預(yù)制混凝土外墻設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)分析

黃佳

（廣東省重工建筑設(shè)計院有限公司）

為推動傳統(tǒng)建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級與發(fā)展，國家與地方政府陸續(xù)出臺了大量關(guān)于推行裝配式建筑實(shí)施的指導(dǎo)意見。裝配式可將傳統(tǒng)的密集型建筑產(chǎn)業(yè)模式轉(zhuǎn)型升級為具有標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)模式，有效提升行業(yè)生產(chǎn)效率，縮短施工工期，同時降低污染。預(yù)制混凝土外墻的設(shè)計與施工是裝配式混凝土建筑項(xiàng)目建造過程的重點(diǎn)之一，涵蓋大量技術(shù)難點(diǎn)，其設(shè)計與施工質(zhì)量直接影響裝配式建筑整體質(zhì)量。

1 預(yù)制混凝土外墻設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

預(yù)制混凝土外墻的設(shè)計主要包括拆分設(shè)計和深化設(shè)計。拆分設(shè)計關(guān)系到建筑功能的實(shí)現(xiàn)、裝配率的考核以及建筑效果的呈現(xiàn)；而深化設(shè)計則關(guān)系到預(yù)制混凝土外墻的成品質(zhì)量以及施工的效率，二者均對裝配式建筑整體建造產(chǎn)生較大影響[1]。

1.1 預(yù)制混凝土外墻拆分設(shè)計關(guān)鍵點(diǎn)

1.1.1 基于強(qiáng)制性指標(biāo)下的拆分設(shè)計要求

以《裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T51129-20017 為例，圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻部分最低得分為10 分，目前裝配式項(xiàng)目通常采用非承重圍護(hù)墻非砌筑5 分以及內(nèi)隔墻非砌筑5 分。除了全部采用玻璃幕墻的建筑，普通的公建和住宅項(xiàng)目外墻一般需要采用預(yù)制混凝土外墻，且預(yù)制混凝土外墻需占外圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用比例的80%以上。由此可見，預(yù)制混凝土外墻在整個裝配式建筑中的占比非常大。

預(yù)制混凝土外墻的拆分設(shè)計主要注意以下幾個方面：①外墻節(jié)點(diǎn)拆分需滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，保證與結(jié)構(gòu)連接的可靠性；②拆分的位置不能影響建筑外立面相關(guān)要求，需與建筑設(shè)計師共同溝通分縫的位置；③拆分的預(yù)制構(gòu)件需要根據(jù)項(xiàng)目所在地域的道路運(yùn)輸限制條件以及施工采用的塔吊最大吊裝限制等，確定構(gòu)件的尺寸及重量。

1.1.2 基于經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)下的拆分設(shè)計要求

預(yù)制混凝土外墻構(gòu)件的范圍一般選擇較為規(guī)整的外墻區(qū)域，同時需要考慮標(biāo)準(zhǔn)化和模數(shù)化的要求[2]。一方面規(guī)整的預(yù)制混凝土外墻可滿足建筑專業(yè)對于建筑物外立面的觀感要求，另一方面有助于裝配式建筑降低造價成本。通常選取塔樓上部標(biāo)準(zhǔn)層的外墻采用預(yù)制的形式，在保證預(yù)制率滿足要求的情況下，非標(biāo)準(zhǔn)層的外墻盡量不采用預(yù)制。該做法的目的是減少構(gòu)件種類，從而降低由于構(gòu)件種類繁多而增加的設(shè)計、生產(chǎn)以及施工過程中的造價費(fèi)用，同時也減少深化設(shè)計的工作量。

1.2 預(yù)制混凝土外墻深化設(shè)計關(guān)鍵點(diǎn)

預(yù)制混凝土外墻的種類及連接技術(shù)對比其他預(yù)制構(gòu)件更多種多樣。預(yù)制混凝土外墻板包含預(yù)制內(nèi)嵌式外墻、預(yù)制外掛墻板以及預(yù)制梁墻一體構(gòu)件等。因此預(yù)制混凝土外墻的深化設(shè)計需根據(jù)選用的不同預(yù)制構(gòu)件樣式，進(jìn)而確定不同的形狀深化、節(jié)點(diǎn)深化等設(shè)計內(nèi)容。

1.2.1 構(gòu)件形狀深化設(shè)計注意事項(xiàng)

項(xiàng)目深化設(shè)計過程中，預(yù)制混凝土外墻由于門洞、窗洞的關(guān)系形成“7”字形或“C”字形等非封閉異形預(yù)制構(gòu)件，需在構(gòu)件的開口端設(shè)置一塊加強(qiáng)鋼梁，加強(qiáng)構(gòu)件薄弱位置的強(qiáng)度，保證預(yù)制構(gòu)件在生產(chǎn)、運(yùn)輸以及施工吊裝過程中的完整性，防止構(gòu)件在脫模吊裝或施工吊裝時發(fā)生破壞。鋼梁建議采用20a 的槽鋼，設(shè)置原則為利用鋼梁將預(yù)制混凝土外墻變成一個四周“完整”的構(gòu)件，鋼梁一般設(shè)置在開口處，且避免構(gòu)件出現(xiàn)“懸挑”部分。槽鋼補(bǔ)強(qiáng)布置示意圖如圖1 所示。

圖1 槽鋼補(bǔ)強(qiáng)布置示意圖

1.2.2 構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計注意事項(xiàng)

預(yù)制混凝土外墻構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)需設(shè)計成柔性連接，避免與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛性連接從而導(dǎo)致其承受主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。目前廣東地區(qū)的預(yù)制混凝土外墻板多為不帶夾心保溫設(shè)置，且多采用內(nèi)嵌式而非外掛式設(shè)置，因此廣東地區(qū)的裝配式建筑預(yù)制混凝土外墻大部分采用點(diǎn)支承或點(diǎn)支承+線支承的組合連接方式。

點(diǎn)支承+線支承組合連接方式的主要優(yōu)點(diǎn)是相比單獨(dú)的點(diǎn)支承連接方式更為安全可靠，同時比線支承的連接方式更便捷。設(shè)計時需根據(jù)受力要求確定點(diǎn)支承的數(shù)量以及排布位置。底部點(diǎn)支承+頂部線支承連接大樣圖如圖2 所示。

圖2 底部點(diǎn)支承+頂部線支承連接大樣圖

1.2.3 構(gòu)件防水節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計注意事項(xiàng)

預(yù)制混凝土外墻構(gòu)件需滿足各種建筑功能要求如防水、隔聲以及保溫等[3]。主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)多為混凝土后澆連接，所以防水性能相對較有保障。而預(yù)制混凝土外墻連接節(jié)點(diǎn)采用點(diǎn)支承的連接方式，均存在接縫的連通構(gòu)造，故需重點(diǎn)考慮連通位置的防水設(shè)計。

“堵不如疏”出自《國語·周語下》，是指治水時合理的疏導(dǎo)比強(qiáng)行的堵塞要好。所以預(yù)制混凝土外墻防水構(gòu)造設(shè)計借鑒該理念，設(shè)計成可以導(dǎo)水排水的空腔構(gòu)造，通過合理的排水路徑設(shè)計將水流排向室外，同時借助橡膠止水條進(jìn)行合理的封堵，形成雙重保障，有效達(dá)到防水的目的。預(yù)制混凝土外墻防水構(gòu)造大樣圖如圖3 所示。

圖3 預(yù)制混凝土外墻防水構(gòu)造大樣圖

2 預(yù)制混凝土外墻施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

點(diǎn)支承節(jié)點(diǎn)主要采用干式工法連接，如鋼筋套筒連接或連接鐵件連接等；線支承節(jié)點(diǎn)一般采用濕式工法連接，如鋼筋搭接后澆或鋼筋漿錨搭接連接等。由于主體結(jié)構(gòu)在使用狀態(tài)中會出現(xiàn)層間位移，而預(yù)制墻板非主體結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件，所以需允許預(yù)制混凝土外墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)有相對的自由度[4]，從而保證預(yù)制混凝土外墻板在日常使用過程中不發(fā)生破壞。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

不同連接方式對應(yīng)不同施工方式，按照吊裝的先后順序區(qū)分，預(yù)制混凝土外墻的施工方法可以分為先裝法和后裝法。

點(diǎn)支承連接方式主要應(yīng)用在后裝法中[5]，即預(yù)制混凝土外墻構(gòu)件在主體結(jié)構(gòu)施工完成后安裝，預(yù)制混凝土外墻的施工安裝與主體結(jié)構(gòu)的施工不在同一樓層進(jìn)行，形成流水施工。后裝法的優(yōu)點(diǎn)是不同分部分項(xiàng)的施工工序可以同時流水施工，具有更大的施工操作面，可加快施工速度，避免施工交叉作業(yè)帶來的問題，例如工期、人力、造價等；缺點(diǎn)是后安裝法對主體結(jié)構(gòu)的成品質(zhì)量要求較高，若出現(xiàn)精度問題，后續(xù)需花費(fèi)較多時間進(jìn)行修整處理。

點(diǎn)支承+線支承的組合連接方式則主要運(yùn)用在先裝法中，即預(yù)制混凝土外墻安裝與主體結(jié)構(gòu)處于同一樓層施工，預(yù)制混凝土外墻與其他主體預(yù)制構(gòu)件安裝完成后進(jìn)行整體澆筑。先裝法對比后裝法，施工精度更好控制，擁有更好的容差機(jī)制，且規(guī)避了部分構(gòu)件構(gòu)造接縫，防水性能相對較好。但預(yù)制混凝土外墻安裝與主體結(jié)構(gòu)同時施工，工作面較小，同時施工導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的施工速度有所下降，對施工工期和工序安排提出較高的要求。

3 預(yù)制混凝土外墻質(zhì)量控制

預(yù)制混凝土外墻構(gòu)件需從設(shè)計、生產(chǎn)、施工全過程進(jìn)行質(zhì)量控制，從而保證構(gòu)件成品質(zhì)量及裝配式建筑項(xiàng)目整體的品質(zhì)。控制措施總結(jié)如下：

⑴深化設(shè)計質(zhì)量控制。進(jìn)行預(yù)制混凝土外墻深化設(shè)計時，構(gòu)件配筋需滿足受力要求[6]，同時對構(gòu)件形狀進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，避免出現(xiàn)構(gòu)件運(yùn)輸破壞，吊裝拉裂等情況。

⑵生產(chǎn)質(zhì)量控制。預(yù)制混凝土外墻構(gòu)件生產(chǎn)需保證構(gòu)件尺寸的精度，構(gòu)件脫模時需保證混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求的強(qiáng)度值，防止構(gòu)件出現(xiàn)破壞。

⑶施工質(zhì)量控制。構(gòu)件防水施工的難點(diǎn)在于吊裝階段如何保證設(shè)計要求的防水空腔實(shí)施到位，不能出現(xiàn)空腔的間距誤差大小不一，或止水條被構(gòu)件壓壞等施工問題。該部分施工工序進(jìn)行前，項(xiàng)目相關(guān)人員需提前進(jìn)行技術(shù)交底，另外施工過程中需密切監(jiān)督操作人員的操作過程是否規(guī)范，施工完成后，注意防水接縫構(gòu)造的質(zhì)量檢查，構(gòu)造做法需符合設(shè)計圖紙以及相關(guān)圖集的要求。

⑷驗(yàn)收質(zhì)量控制。預(yù)制混凝土外墻進(jìn)場驗(yàn)收需嚴(yán)格把控構(gòu)件質(zhì)量，生產(chǎn)合格證、材料試驗(yàn)合格證等規(guī)范要求的證明需配備齊全，做好進(jìn)場驗(yàn)收記錄，保證能夠追蹤所有構(gòu)件的來源及去向。

4 結(jié)語

對比傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建筑，裝配式建筑更為節(jié)能環(huán)保、施工高效，同時也是未來建筑的發(fā)展方向，預(yù)制混凝土外墻是裝配式建筑不可或缺的一個重要部分。通過總結(jié)預(yù)制混凝土外墻構(gòu)件在設(shè)計以及施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)和質(zhì)量控制措施，力求打造出改進(jìn)革新的裝配式精品工程。