裝配式建筑預(yù)制混凝土外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

劉 濤

江蘇大洲工程項(xiàng)目管理有限公司

1 引言

隨著近些年來建筑行業(yè)不斷發(fā)展，建筑工程也在向著規(guī)模越來越大，對(duì)于建設(shè)精度的要求也越來越高的方向發(fā)展。這也使得建筑工程在建設(shè)的過程之中所耗費(fèi)的能源越來越多，而且很多建筑機(jī)構(gòu)在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行建設(shè)時(shí)，往往不注意衛(wèi)生的控制以及其他方面的問題，這也為建筑工地周圍的環(huán)境帶來了非常大的威脅，甚至?xí)绊懙骄用竦娜粘Ｉ詈推鹁?。而裝配式建筑非常良好的解決了這一問題，在建設(shè)的過程之中會(huì)產(chǎn)生比普通建筑建設(shè)更少的污染物，而且總體耗費(fèi)的能源更低。但是目前我國(guó)裝配式建筑的發(fā)展仍舊處于起步階段，比如在混凝土外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還存在著一些問題，所以本文針對(duì)裝配式建筑預(yù)制混凝土外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中存在的問題，進(jìn)行了一定的研究分析。這樣可以為裝配式建筑的發(fā)展做出一定的參考和貢獻(xiàn)。

2 裝配式建筑概述

裝配式建筑從本質(zhì)上來說，就是將傳統(tǒng)的建筑工程進(jìn)行一定的模塊分割，而后將特定的模塊在工廠之中直接生產(chǎn)出來，運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行組裝，這在一定程度上降低了建筑施工過程之中所帶來的污染以及對(duì)施工場(chǎng)地的影響。另外由于局部的構(gòu)建，直接進(jìn)行模式化的生產(chǎn)，也可以在源頭上節(jié)約，對(duì)于能源的利用。這是當(dāng)下建筑工程發(fā)展的一大趨勢(shì)。

在裝配式建筑的建設(shè)過程之中，最為主要采取的建筑模式就是內(nèi)澆外掛體系。具體來說就是建筑的內(nèi)部采用澆筑的模式進(jìn)行構(gòu)建，外部則進(jìn)行直接的掛件組裝。而在這其中非常重要的一個(gè)部分就是外部的混凝土外墻。預(yù)制的混凝土外墻對(duì)建筑整體的質(zhì)量具有非常重要的影響作用。目前在裝配式建筑混凝土外墻的設(shè)計(jì)以及制造過程之中，最為主要參考的文件是深圳市發(fā)布的《預(yù)制裝配混凝土外墻技術(shù)規(guī)程》，混凝土外墻在外部的裝配形式有兩種，分別是懸掛式和側(cè)簾式，需要根據(jù)建筑本身不同的情況進(jìn)行選擇，另外兩種方式在預(yù)防的地震級(jí)數(shù)以及其他方面的強(qiáng)度都有所不同。

3 裝配式預(yù)制混凝土外墻結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

3.1 有利于工程建設(shè)效率、質(zhì)量提升

在裝配式建筑施工的前期，最為主要的工作就是對(duì)建筑整體進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)部門給出的相應(yīng)設(shè)計(jì)方案和圖紙是后期進(jìn)行施工最為重要的依據(jù)。而且裝配式建筑各個(gè)零部件之間的連接往往都更為復(fù)雜，對(duì)于設(shè)計(jì)圖紙的要求也就更高。另外由于裝配式建筑仍舊為建筑行業(yè)之中的一種，所以相應(yīng)地設(shè)計(jì)圖紙還要包括其他更多部分的內(nèi)容，比如建筑整體的防火設(shè)計(jì)，隔聲設(shè)計(jì)等。但總體來說，通過前期的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)，而后將局部的構(gòu)建設(shè)計(jì)圖紙送往到生產(chǎn)廠家進(jìn)行生產(chǎn)，這整個(gè)過程有利于工程建設(shè)效率和質(zhì)量的提升。與傳統(tǒng)的建筑工程建設(shè)相比，要提升裝配式建筑建設(shè)的效率和質(zhì)量，這也建設(shè)在前期設(shè)計(jì)圖紙較為完善的前提之下。

圖1 吊裝施工

3.2 有利于節(jié)能降耗目標(biāo)落實(shí)

傳統(tǒng)的建筑工程在進(jìn)行建設(shè)的過程之中，建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)往往會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，有的時(shí)候還會(huì)影響到周圍居民的人身健康。所以裝配式建筑在建設(shè)的過程之中，可以較為良好的解決這一問題，比如裝配式建筑由于是在工廠之中進(jìn)行局部構(gòu)建的生產(chǎn)，所以可以使用更為多元化的原料，降低能源的利用和消耗。另外由于在施工現(xiàn)場(chǎng)，往往只需要對(duì)相應(yīng)零部件進(jìn)行整裝與傳統(tǒng)的建筑建設(shè)不同，所以產(chǎn)生的污染也較低。不過未來在裝配式建筑建設(shè)的技術(shù)提升上還需要不斷進(jìn)行改進(jìn)，比如對(duì)相應(yīng)原料的使用相應(yīng)技術(shù)的更新等，要不斷向著節(jié)能降耗的目標(biāo)進(jìn)行落實(shí)。

圖2 PC外墻

3.3 有利于降低勞動(dòng)成本

傳統(tǒng)的建筑工程建設(shè)，從施工現(xiàn)場(chǎng)的地基打造，一直到最后的竣工，都需要相應(yīng)地施工人員全部投入到建設(shè)過程之中。而裝配式建筑由于很多建筑局部都是在生產(chǎn)制造過程之中完成，在施工現(xiàn)場(chǎng)只需要進(jìn)行一定的裝配，這也使得現(xiàn)場(chǎng)的施工量大大降低，因而在一定程度上降低了勞動(dòng)成本。而且由于相應(yīng)地生產(chǎn)廠家在制造建筑局部構(gòu)建的過程之中，形成了模式化的生產(chǎn)，規(guī)?；a(chǎn)會(huì)使得成本進(jìn)一步降低。比如在裝配式建筑建設(shè)完成之后，一般可以直接對(duì)外部進(jìn)行裝飾性的建設(shè)，而不用進(jìn)行粉刷，從這一步就直接比傳統(tǒng)的建筑工程節(jié)省了較高的人力物力財(cái)力資源?？偟膩碚f裝配式建筑的建設(shè)已經(jīng)從各個(gè)方面節(jié)省了對(duì)于資金的使用，提升了建筑工程整體建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，有利于相應(yīng)地建筑企業(yè)，在市場(chǎng)上獲得更高的競(jìng)爭(zhēng)力。

4 裝配式建筑預(yù)制混凝土外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

裝配式建筑在建設(shè)的過程之中，與普通建筑建設(shè)最為明顯地區(qū)別就是將一些局部結(jié)構(gòu)的建設(shè)進(jìn)行模式化的生產(chǎn)，這也就在一定程度上提升了建筑建設(shè)整體的效率。而最為突出的局部建設(shè)，就是對(duì)裝配式建筑預(yù)制混凝土外墻的建設(shè)。當(dāng)下很多裝配式建筑的混凝土外墻，往往都是統(tǒng)一規(guī)格進(jìn)行建設(shè)，這也使得在裝配的過程之中，更具靈活性和自由度。但是也因?yàn)榛炷镣鈮υ谏a(chǎn)廠家生產(chǎn)的過程之中沒有太大的出入，所以在具體裝配的過程之中，也沒有更多的尺度。具體來說，對(duì)裝配式建筑預(yù)制混凝土外墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要注意以下幾點(diǎn)。

4.1 預(yù)制混凝土外墻的規(guī)格設(shè)計(jì)

根據(jù)相應(yīng)混凝土外墻在裝配式建筑的建設(shè)過程之中的作用，可以進(jìn)行兩大分類。分別可以分為圍護(hù)板混凝土外墻和裝飾板混凝土外墻。具體來說，維護(hù)板混凝土外墻的作用就是在建設(shè)的過程之中對(duì)建筑整體內(nèi)部的澆筑，部分起到維護(hù)的作用，也就是混凝土外墻的核心作用。而裝飾板主要是對(duì)內(nèi)部的圍護(hù)板起到裝飾的作用，也是為了建筑整體的形狀和美觀性，兩者由于作用不同，所以在具體生產(chǎn)過程之中所使用的原料和技術(shù)也各不相同。

另外對(duì)預(yù)制混凝土外墻進(jìn)行規(guī)格設(shè)計(jì)的過程之中，還需要考慮建筑本身的設(shè)計(jì)特性，比如在裝配式建筑中，以橫向的力為主要受力時(shí)，往往就需要以橫條板作為主要的預(yù)制件，以豎向的力為主要受力時(shí)，則需要采用豎條板作為主要的預(yù)制件。另外在御制的過程之中，還需要考慮到墻板和沖動(dòng)之間的關(guān)系，對(duì)整個(gè)建筑所有的窗洞設(shè)計(jì)都需要進(jìn)行細(xì)致的把控，而后體現(xiàn)到混凝土外墻的規(guī)格設(shè)計(jì)之中。這樣才能在后期的裝配過程之中，使得相應(yīng)地混凝土外墻與內(nèi)部已經(jīng)完成的澆筑結(jié)構(gòu)能夠完全適配。

4.2 預(yù)制混凝土外墻的材質(zhì)設(shè)計(jì)

在預(yù)制混凝土外墻的材質(zhì)設(shè)計(jì)以及相應(yīng)地外觀表現(xiàn)之中，具體可以分為以下兩種方法。第一種就是通過相應(yīng)地裝飾混凝土外墻以及相應(yīng)地配合刷漆，對(duì)預(yù)制的混凝土外墻進(jìn)行一定的裝飾。另外一種就是直接利用混凝土外墻本身的紋理結(jié)構(gòu)以及其他方面的配合，在生產(chǎn)的過程之中就直接形成相應(yīng)地裝飾面。其實(shí)混凝土外墻在建設(shè)的過程之中，本身就具有一定的審美性和沖擊力，所以讓混凝土直接作為裝飾墻進(jìn)行，出現(xiàn)也是一種淳樸的設(shè)計(jì)效果。針對(duì)不同建筑所處地區(qū)的環(huán)境狀況不同，以及建筑的用途和其他方面的考慮，在預(yù)制混凝土外墻的材質(zhì)設(shè)計(jì)過程之中需要因地制宜。

比如在某處北京的裝配式建筑建設(shè)過程之中，相應(yīng)地混凝土外墻材質(zhì)設(shè)計(jì)使用的就是外掛墻板。具體由專門的橫向和縱向的窗板以及相應(yīng)地立柱構(gòu)建而成，具有一定的視覺沖擊力。在另一面的混凝土外墻設(shè)計(jì)以及裝配過程之中，所使用的就是涂抹材料，這對(duì)混凝土本身也具有一定的立面效果。而且在裝配式外墻設(shè)計(jì)的過程之中，合理的運(yùn)用相應(yīng)地顏料以及瓷磚可以大大加強(qiáng)建筑整體在最終完工之后的表現(xiàn)力和藝術(shù)審美性。這些都需要設(shè)計(jì)人員在前期進(jìn)行不斷地摸索，而后融合各類文化因素，按照建筑本身的要求，建設(shè)出最為合理和科學(xué)的建筑。

4.3 預(yù)制混凝土外墻的結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

裝配式建筑與普通的建筑建設(shè)相比，最為重要的一個(gè)方面就是各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接，這也就是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)。建設(shè)的過程之中，對(duì)于連接結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性要求非常高，因?yàn)檫@直接影響著建筑本身的質(zhì)量。如果連接部位的質(zhì)量出現(xiàn)了問題，這會(huì)使得建筑本身在后期給業(yè)主帶來一定的安全隱患。在對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，不僅要考慮相關(guān)的物理因素，而且還要考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)的氣候狀況，地質(zhì)狀況乃至其他方面的因素。從防凍抗震等角度對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)地設(shè)計(jì)。

5 案例分析

5.1 工程簡(jiǎn)介

本次裝配式建筑工程位于廣西壯族自治區(qū)崇左市寧明縣的一處中學(xué)學(xué)生宿舍樓。也是廣西壯族自治區(qū)第一批裝配式建筑的示范之一，對(duì)廣西壯族自治區(qū)整體建筑行業(yè)的發(fā)展以及相應(yīng)裝配式建筑的建設(shè)，都有一定的意義。該學(xué)生宿舍樓一共6棟5層高19.35m，建筑總體面積達(dá)49,061m2，沒有地下室設(shè)計(jì)。整體采用的是新式裝配，混凝土框架結(jié)構(gòu)。而且本次裝配式建筑的設(shè)計(jì)還考慮到廣西壯族自治區(qū)所在地的氣候情況，要兼顧夏季降溫和冬季采暖多方面的要求。

5.2 混凝土外墻保溫隔熱設(shè)計(jì)

在學(xué)生宿舍裝配式建筑，混凝土外墻的設(shè)計(jì)過程之中要考慮到相應(yīng)保溫隔熱的要求，而且還要滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016—2014）相應(yīng)地規(guī)定，最終確定兩側(cè)混凝土裝配墻體的厚度應(yīng)當(dāng)大于等于55mm。而后通過下圖之中對(duì)相應(yīng)混凝土外墻項(xiàng)目特征的描述以及分析可以了解到，選擇混凝土外墻掛板和內(nèi)部保溫復(fù)合板兩者進(jìn)行組合，在建設(shè)過程之中，可以最大程度上利用相應(yīng)地資源。

另外在具體的建設(shè)過程之中，往往是采用保溫隔熱一體化的維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。但是廣西壯族自治區(qū)地處，氣候較為特殊，夏季較為炎熱，冬季較為溫暖，所以在進(jìn)行外墻設(shè)計(jì)的時(shí)候，使用傳統(tǒng)的維護(hù)系統(tǒng)不能充分發(fā)揮混凝土外墻的優(yōu)勢(shì)。所以內(nèi)部保溫層需要單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而后聯(lián)系相應(yīng)地生產(chǎn)廠家進(jìn)行生產(chǎn)。而且在安裝的步驟上也需要進(jìn)行一定的調(diào)整，則是先安裝外部的混凝土掛墻，而后再對(duì)內(nèi)部的保溫層進(jìn)行安裝。另外在考慮到建筑本身結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)之上，上下層建筑結(jié)構(gòu)可以同時(shí)進(jìn)行施工。這樣在一定程度上，兩處施工之間可以進(jìn)行一定的配合，而且也可以彌補(bǔ)普通施工工序中所存在的一些問題和不足。另外采取這樣的混凝土外墻設(shè)計(jì)方法，也可以在一定程度上起到節(jié)能環(huán)保的作用，不僅在建設(shè)過程之中可以節(jié)省相應(yīng)地能源，而且在后期的使用過程之中，也可以結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境進(jìn)行節(jié)能。

6 結(jié)語

總的來說裝配式建筑的設(shè)計(jì)雖然已經(jīng)有了一定程度的發(fā)展，但是當(dāng)下仍舊存在著一些問題，尤其是在預(yù)制混凝土外墻的設(shè)計(jì)方面，從源頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括后期生產(chǎn)過程之中，對(duì)相應(yīng)原料以及技術(shù)的使用以及最終的裝配過程都仍舊存在著一些問題。需要相應(yīng)研究人員和學(xué)者不斷地研究和努力，必要時(shí)可以借鑒西方在裝配式建筑設(shè)計(jì)上的一些先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，融合到我國(guó)的建筑上來，為我國(guó)裝配式建筑的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。