預制混凝土外墻掛板接縫的美觀與性能優(yōu)化

張景涵（上海建科建筑設計院有限公司,上海 200032）

裝配式建筑可分為輕鋼裝配式建筑、木結構裝配式建筑和預制混凝土裝配式建筑，在我國 95% 的裝配式住宅選用預制混凝土結構。預制混凝土裝配式建筑從生產裝配、經濟控制等角度出發(fā)無疑是目前國內裝配式建筑主流，而預制混凝土外墻掛板作為裝配在鋼結構和混凝土結構上的非承重外墻圍護掛板或裝飾版，在預制混凝土裝配式建筑中普遍應用。

1 預制混凝土外掛墻板美觀要素

影響預制混凝土外墻掛板美觀的因素可分為：① 掛板構造設計；② 掛板配套細部構件；③ 掛板立面色彩與材質3 個部分。

掛板本身結構構造設計影響美觀的因素包括：① 選用的材料樣式，如混凝土、外露連接件和預埋件等；② 外墻掛板的劃分與版型設計，如圍護板按照立面特征劃分可分為整間板體系、橫條板體系、豎條板體系等；③ 加工制作水平，不同尺寸和工藝的生產設備對于構件板的制約不同，對應掛板成品的標準化與美觀程度相差較大。

掛板配套細部構件主要包括外窗、雨棚、遮陽板、掛板接縫等功能性構件以及線腳、外框等裝飾性構件。外窗、雨棚與掛板接縫等構件首先應滿足其使用功能要求，但在合理設置的前提下，應根據(jù)整體建筑形象注重細部構件的美觀設計。而線腳外框等裝飾構件在滿足建筑整體美觀的前提下，應考慮掛板的生產、運輸以及安裝可行性。

掛板立面色彩與材質是對于建筑立面美觀影響最直觀的因素。建筑通過色彩與材質的選擇達到功能形象的塑造以及同周圍環(huán)境的和諧。通過不同構造部位的色彩與材質區(qū)分可形成生動多變的建筑立面語言。隨著生產制作工藝的進步，預制混凝土外墻掛板具備更多樣的材質與色彩選擇。

2 預制混凝土外掛墻板接縫的美觀影響

在眾多影響預制混凝土外墻掛板美觀的要素中，掛板接縫可能不是顛覆性影響因素，但卻是不可避免的必要性因素。掛板接縫施工從外至內的常規(guī)次序依次為建筑密封膠層、第一發(fā)泡封堵層、導水腔、第二發(fā)泡封堵層、耐火密封層。對外其主要是美觀及防水密封影響，對內主要是防火及美觀影響。

有別于外墻掛板結構構件，外窗等構件以及外立面不同色彩和材質面層可預先在工廠完成生產與安裝，達到產品級的精確程度。掛板接縫對外對內的密封層均需工人現(xiàn)場施工。由于掛板現(xiàn)場安裝的尺寸不確定性以及人工封膠的品質不穩(wěn)定性，造成掛板接縫往往成為預制混凝土外墻掛板建筑美觀的薄弱環(huán)節(jié)，呈現(xiàn)接縫寬窄不一，對縫難達到豎向垂直、橫向水平，縫隙封膠表面不平整，色彩與立面色差較大等狀況。

3 預制混凝土外掛墻板接縫的優(yōu)化原則與方法

3.1 優(yōu)化原則

外掛墻板接縫的設計優(yōu)化最主要是對于外立面建筑密封部位的美觀優(yōu)化，因此首先需要遵循美觀的優(yōu)化原則；其次，在技術實施的可行性上應遵循經濟性原則；再次，在優(yōu)化的方案上應選擇構件精簡、標準化程度高的設計；最后，優(yōu)化方案應具備適配性，可較廣泛應用與不同地域與環(huán)境的建筑中。

3.2 優(yōu)化方法

通過分析影響預制混凝土外掛墻板的美觀要素，可通過以下幾方面進行接縫優(yōu)化設計思考。

(1) 更換色彩與材質。接縫對于外墻美觀影響主要體現(xiàn)在色彩、材質與外墻面層的差異。建筑密封膠的材質較難與普通建筑立面材質達到統(tǒng)一，因此選擇與外墻面層色彩接近的耐候膠體作為掛板接縫的封堵，可以很大程度弱化接縫對于立面美觀的影響?，F(xiàn)有密封膠產品經過技術革新，可形成多彩色甚至金屬色澤外觀，基本能滿足常規(guī)建筑立面色彩需求。

(2) 增加遮蓋與保護。改變建筑密封膠色彩雖然起到弱化視覺色差效果，但密封膠仍需人工操作，未能有效提升接縫精確程度。通過增設一個覆蓋保護層在密封膠層外，成為接縫美觀優(yōu)化的進階選擇。對于覆蓋保護層的選擇從材料角度出發(fā)存在硬質剛性與軟質柔性兩種方向，兩種方向各存利弊，硬質覆蓋材料具備尺寸精確、耐候時間長的優(yōu)點，但存在不可調節(jié)尺寸適配現(xiàn)場施工誤差和較難固定的缺陷；柔性材料具備尺寸可調，適配性強，方便施工的優(yōu)點，但也存在穩(wěn)定性和耐候性差，外觀平整程度低的缺點。結合接縫對于建筑美觀的主要影響在于縫隙平整度與尺寸一致度，硬質覆蓋材料能更好達到美觀提升效果。

如何解決硬質覆蓋材料尺寸適配性和固定安全性，成為提升接縫外立面美觀的重點。解決這一問題，需要從構造形式考慮，“一”字型作為最經濟的方案，首選進行設計嘗試（圖1）?！耙弧弊中透采w板材料需要選擇具備一定彎曲性的硬質材料，且長度可隨外掛墻板模塊尺寸任意切割，通過在外墻板上預留凹槽進行卡扣固定。但通過施工經驗論證，由于規(guī)范控制接縫理想尺寸為 25 mm，但現(xiàn)場安裝誤差可能達到 35 mm 以上，因此“一”字型蓋板的寬度過寬則現(xiàn)場安裝困難，損耗率高，過窄則容易脫落產生安全隱患。

圖1 “一”字型覆蓋板接縫節(jié)點

為了提升蓋板固定安全性，增加蓋板與外墻板的接觸面積成為解決方案，應運而生 U 字型方案（圖2），通過具備異形造型增加硬質材料可調節(jié)彈性尺寸，以適應現(xiàn)場縫隙寬度差。但通過設計模擬，U 字型構造也存在固定薄弱，存在安全隱患的問題，且建筑立面接縫不垂直不水平的問題仍然存在。

圖2 U 字型覆蓋板接縫節(jié)點

為了解決固定安全性和接縫達到垂直水平拉通美觀的問題，覆蓋板構造優(yōu)化為“幾”字型（圖3），縮小內凹構造尺寸，以適應現(xiàn)場接縫的施工誤差。外折增加的飛邊在增加固定安裝面的同時，保證外立面接縫水平與垂直統(tǒng)一性，有效提升預制混凝土外掛墻板建筑外立面美觀。

圖3 “幾”字型覆蓋板接縫節(jié)點

(3) 提升接縫性能。接縫作為裝配式建筑的防水密閉薄弱環(huán)節(jié)，標準圖集通過發(fā)泡封堵層和外低內高的擋水企口構造達到防水設計意圖。但相較于普通現(xiàn)澆或砌筑外墻，預制混凝土外掛墻板體系的氣密性、水密性、抗風壓、平面內變形四性規(guī)范指標及計算方法卻是缺失的。結合“幾”字型外蓋板構造，和通過預制形成用于卡住第一發(fā)泡封堵層的優(yōu)化構造，接縫自外到內，均依次設有金屬嵌條、第一耐候膠層、第一發(fā)泡封堵層、導水層、第二發(fā)泡封堵層、第二耐候膠層；橫向拼縫的導水層和第二發(fā)泡封堵層之間還設有外低內高的擋水企口。接縫美觀性能、安裝性能與防水性能均有所提升（圖4）。

圖4 “幾”字型性能優(yōu)化接縫節(jié)點

優(yōu)化接縫設計后，外掛墻板體系的 4 性是否達到或優(yōu)于現(xiàn)澆砌筑做法，由于缺少標準化計算方法，需要科學試驗論證性能提升是否達標。

4 預制混凝土外掛墻板優(yōu)化接縫的試驗論證

4.1 試驗原則

試驗是針對預制構件的氣密性、水密性、抗風壓、平面內變形 4 個方面進行測試。試驗將在測試箱內模擬條件對實際樣品進行檢測，試驗樣品需按照實際工程中的常規(guī)材料及尺寸制作，樣品施工及安裝方法也應與實際施工現(xiàn)場相一致。

4.2 試驗樣品

樣品的面積尺寸為 8 340 mm×7 400 mm，包含寬度 2個板塊，高度 2 個板塊，高度跨 2 個層高，層高 3.7 m。預制構件的面板構造：鋼筋混凝土板 4 170 mm×3 700 mm，厚（70+55（巖棉）+150）mm；風荷載標準取值：Wk=2.06 kPa。

4.3 試驗設備

測試箱能檢測的樣品尺寸約為 17.0 m×8.5 m×16.9 m。加壓系統(tǒng)能提供的最大正壓及負壓為 12 kPa（250 PSF），壓力量測裝置的能力達到 12 kPa；噴淋裝置能以 2.0、3.4 或4.0 L/（min·m-2）的速率進行淋水，40 個位移測量裝置能測量撓度；飛機引擎裝置能提供的風速為 50 m/s；高精度復合氣流量測裝置。

4.4 試驗過程概述

試驗分別進行了氣密性能試驗、水密性能試驗、抗風壓性能試驗、平面內變形性能試驗，并重復進行氣密性能試驗和水密性能試驗。其中氣密性能檢測、水密性能檢測、抗風壓性能檢測方法參照 GB/T 15227—2007《建筑幕墻氣密、水密、抗風壓性能檢測方法》，平面內變形性能檢測方法參照 GB/T 18250—2015《建筑幕墻層間變形性能分級及檢測方法》。

然后模擬自然狀態(tài)下，外側耐候密封膠部分失效時，再次對預制構件進行氣密性、水密性、抗風壓性等方面檢測。重復氣密性能檢測方法和重復水密性能檢測方法仍然參照GB/T 15227—2007 。

最后模擬外側所有擋水、防水措施失效時，僅存內側雙層發(fā)泡氯丁橡膠條的極限狀況下，對預制構件的氣密性、水密性、抗風壓性等方面檢測。

4.5 試驗結果

通過對預制混凝土外掛墻板進行為期 20 d，3 個周期的試驗。參用氣密性、水密性、抗風壓、房間變形 4 方面的性能參數(shù)以及重復驗證，都取得令人滿意的結論。試件整體氣密性能達到 0.04 m3/(m2·h) ，抗風壓性能達到正壓 2.350 kPa，負壓 2.335 kPa，水密性能固定部分 ≥1 000 Pa，房間變形性能層間位移角 ≥1/183。

5 結 語

文章從美觀和性能提升角度分析預制混凝土外掛墻板接縫的優(yōu)化可行性，并通過試驗驗證得到目前較為有優(yōu)勢的論證結果，優(yōu)化的節(jié)點方案可以作為行之有效的方法供后續(xù)項目借鑒。未來外掛墻板接縫的優(yōu)化會向著更美觀、穩(wěn)固、可調的方向發(fā)展，對整體提升裝配式建筑品質起到更多助力作用。