鋼結構外掛預制夾芯保溫墻板施工技術研究

徐洪武　殷倩倩

摘 要：本文立足于裝配式建筑的施工階段。對施工技術方案進行深入研究，優化外掛構件于鋼結構節點連接方式，嚴控外防水施工工序，工程實體質量達到設計要求，為今后類似工程施工技術提供參考借鑒，具有推廣應用價值。

關鍵詞：裝配式建筑；節點連接；新工藝

1 工程綜述

1.1 工程背景

黨中央、國務院高度重視裝配式建筑的發展，中央城市工作會議以來，我國裝配式建筑進入全面發展期。大力推廣裝配式建筑，力爭10年左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達30%。

大力發展裝配式建筑，是產業創新、轉型升級、實現產業現代化的必經之路。裝配式建筑的推廣有利于節約資源能源、減少施工污染、提升勞動生產效率和質量安全水平，有利于促進建筑業與信息化工業化深度融合，培育新產業新動能，推動化解過剩產能，適應實現經濟、安全、綠色、美觀的建設要求。

裝配式建筑是指采用部件部品，在施工現場以可靠連接方式裝配而成的建筑，具有設計標準化、生產工廠化、施工裝配化、裝修一體化、管理信息化等特征，裝配式建筑包括預制混凝土結構、鋼結構和木結構以及混合結構等多種類型。

1.2 工程概況

濟陽縣第二實驗小學擴建工程教學實驗樓工程，建筑高度為24.60m，建筑面積10382.92m2，占地面積2025.35m2，地上五層，局部六層。本工程主體結構為鋼結構框架結構，外墻為預制夾心保溫復合墻板，厚度為200mm（50mm+100mm+50mm），采用下托上拉形式與鋼構件連接；預制預應力疊合板厚40mm，上部為90mm厚現澆混凝土疊合層；內墻為200厚加氣砼砌塊。本工程單體預制裝配率為85%，預制率34%。

2 施工方案研究

裝配式結構安裝精度要求高，涉及工廠化預制和現場安裝等多種工序的施工。施工前應根據實際情況確定圖紙拆分方案，制定出預制構件加工圖及節點總安裝圖，確保結構尺寸盡量統一，預埋暗管和孔洞位置正確，安裝方便；確定鋼結構及外墻板吊裝順序，嚴控鋼結構構件變形，確保預制構件安裝質量。

總體施工方案為：圍墻板和PK板鋼構件工廠化生產，鋼構件現場拼裝，經驗收合格后，逐層安裝PK板并現場綁扎上層鋼筋，澆筑混凝土；外掛墻板由外墻中間向兩側對稱，由低往高逐層安裝、固定。

外墻板施工工藝如下：鋼結構主體框架驗收完成→測量放線及驗線→外掛板和連接件進場驗收→連墻板安裝連接件→搭設活動腳手架→鋼梁鉆孔→安裝連接件→外掛板吊裝微調→初步固定→外掛板校核→最終固定。

3 構件關鍵節點技術

框架結構中梁柱連接通常也稱為梁柱節點、梁柱連接、框架節點。主要是指框架梁與框架柱相交的節點核心區與鄰近核心區的梁端和柱端。根據不同的結構特點，不同的連接位置。采用的框架節點構造形式不同，選用的內柱2梁連接和外柱2梁連接可能不同；不同的連接構造及位置也影響著節點的性能。 除具有較好整體性能的整澆節點外，根據施工技術、節點形式，框架節點常用的有預應力技術節點、牛腿連接節點、整澆梁柱節點、部分現澆節點等[1-3]。

3.1 加芯保溫外墻板與鋼框架構件節點連接

外墻板采用下托上拉方式與鋼梁進行連接，其中下部托件有兩種形式，（1）U型托件，設置在一層圈梁，主要起到一層外墻板的限位和找平作用；（2）二層以上N型托件，起到承托外掛板作用，主要承載墻板重力，將外掛板重力傳遞到鋼梁、鋼柱；上部拉件有兩種形式（1）L型拉件，焊接在鋼梁下翼緣，起到固定外掛板的作用，主要承載水平力，（2）長折型拉件，一端使用螺栓連接外掛板，另一端通過高強螺栓連接鋼梁，起到固定外掛板作用，同樣主要承載外掛板接受的水平力。

3.1.1 一層U型托件連接件與外墻板連接

一層外墻板落在外圈梁頂面，一層墻板吊裝前，首先將U型托件與圈梁頂部預埋鐵板（圈梁預埋鐵板下部焊接2根直徑10鋼筋同圈梁鋼筋綁扎固定）焊接固定，然后安裝一層墻板，將一層墻板預留槽同U型件對應安裝放置，安裝節點如圖1所示。

3.1.2 二層以上N型托件連接件與鋼梁、外墻板連接

本項目中二層以上墻板托件采用N型托件，墻板吊裝前，將N型托件使用M20高強螺栓與加工廠內預埋在外墻板的套絲筒栓接，終擰固定，然后吊裝墻板至鋼梁相應位置，將N型托件立板及肋板焊接在鋼梁上表面，安裝節點如圖2。

3.1.3 L型拉件連接件與鋼梁、外墻板連接

L型拉件為外墻板上部同鋼梁連接的其中一種形式，連接件在安裝槽（加工廠內預留）內使用M20高強螺栓連接在外墻板上，連接件的另一端緊貼鋼梁下翼緣焊接在鋼梁底部，安裝節點如圖3。

3.1.4 長折型拉件連接件與鋼梁、外墻板連接

長折型拉件一端為直徑30mm的橢圓形孔，一端為22mm圓形孔，將橢圓形孔端使用螺母安裝在外墻板頂部預留預埋螺栓桿上，另一端連接前，在鋼梁上翼緣內側根據定位使用磁力臺鉆現場鉆孔，然后使用高強螺栓同鋼梁上翼緣內側連接，如圖4。

3.2 裝配式鋼結構外掛板板縫防水構造技術

裝配式鋼結構外掛板現場拼裝完成后，影響工程質量的重點是外掛板水平、垂直板縫的防水處理問題，需采取有效的防水技術措施，達到防水要求。

3.2.1 防水構造的具體實施步驟

（1）裝配式鋼結構外掛板在工廠內制作過程中，水平拼接縫隙位置制作成內側高和外側低造型構造，內外高低差為50mm。豎向拼接接縫制作成空腔造型構造。

（2）水平拼縫縫隙中嵌入背襯材料（如PE棒），待背襯材料（如PE棒）全部嵌入完成后，根據填充要求填充密封膠，槍嘴直徑應小于注膠接口厚度，注膠應緩慢，連續均勻，防止氣泡或空穴。填入襯墊材料（如PE棒）時須考慮接縫尺寸，一般來說，圓形泡沫棒的寬度要比膠縫的寬度大20%-30%。接縫密封膠施工應從頂層自上而下進行，以防雨天時積水影響膠的性能。

（3）豎向拼縫縫隙中空腔內根據直徑選擇合適圓形PVC管填充，阻擋室外雨水的流入。

3.2.2 防水構造技術優勢

該外掛板防水構造技術簡單易行，通用性強，防水效果好。主要表現在：

（1）外掛板水平縫的防水方式采用企口防水，即在墻板的水平連接處造型內側高、外側低的高差防水企口，阻止室外雨水滲漏至室內；（2）外掛板豎向縫防水方式采用空腔防水，即在墻板的豎向連接處造型兩側高、中間為圓形空腔，防止室外雨水順墻板滲漏至室內；（3）在垂直圓形空腔內填充PVC管，即阻擋室外雨水的流入，使滲漏進板縫內的雨水順PVC管向下流淌；（4）水平、豎向墻板連接拼縫采用柔性連接，在拼縫處均嵌入背襯材料并填充密封膠，背襯材料為PE棒（圓形或者矩形），密封膠為裝配式硅烷改性聚醚密封膠，柔韌性高，達到了很好的防水效果。

3.3 裝配式鋼結構外掛板防裂方法及抗裂裝置技術

項目采用外掛板構造為50mm混凝土外頁板+100mm保溫板+50mm混凝土外頁板，在生產工藝方面屬于新型生產方式，在整個墻板的預制生產過程中因各種因素的控制程度不同，容易造成預制復合墻板出現裂紋、裂縫等問題，且預制外掛板在通過運輸車輛運送至現場過程中，容易受到外部碰撞而受到損壞。為解決這一技術問題，使用了一種可調節帶絲螺桿控制裝置及墻板內防裂鋼筋的配置方法，由兩根兩頭絲螺桿與預留在墻板內的套筒進行連接，中間通過連接套筒進行連接，使用套筒根據洞口尺寸調節絲桿長度。預制過程中，墻板內配置防裂鋼筋，在內外頁墻板及門窗洞口四周加設加強筋，鋼筋為直徑為10的三級鋼，并設置拉鉤，拉鉤鋼筋為直徑為6，間距200的三級鋼，在墻板內形成鋼筋框架構造。存在門洞口的外墻板，在洞口墻板內側每邊各預留預埋兩個套絲筒。

3.3.1 實施方法

由兩根兩頭絲螺桿與預留在墻板內的套筒進行連接，中間通過連接套筒進行連接，使用套筒根據洞口尺寸調節絲桿長度。墻板內配置防裂鋼筋，在內外頁墻板及門窗洞口四周加設加強筋，鋼筋為直徑為10的三級鋼，并設置拉鉤，拉鉤鋼筋為直徑為6，間距200的三級鋼，在墻板內形成鋼筋框架構造。可調節帶絲螺桿由直徑16的鋼筋制成。

4 BIM技術在裝配式鋼框架結構施工中的應用

利用BIM軟件進行深化設計建模，主要是節點細化和碰撞檢查。基于BIM模型的設計，減少了設計錯誤，同時，模型數據的傳遞減少了重復勞動力，提高了設計效率。給排水設計、電氣設計及一體化裝修均采用BIM技術協同工作進行，對各專業模型進行碰撞檢查，機電管線本身、機電管線與結構構件、機電管線與內裝修等。通過準確的信息模型，調高了設計的精度、效率。直觀的信息模型有效的調高了溝通的效率。利用BIM技術，將項目結構體系進行三維可視化，并將結構體系拆分模數化、體系化。

4.1 模擬拼裝

根據結構施工圖建立軸線布置和搭建桿件實體模型。導入AutoCAD中的單線布置，并進行相應的校核和檢查，保證兩套軟件設計出來的構件數據理論上完全吻合，從而確保了構件定位和拼裝精度。通過多次執行，最后消除一切詳圖誤差。

4.2 深化節點設計

在深化設計時要考慮整體鋼結構的建模準確度，完整性；重點在于因構件分段定位，要進行接口設計，焊縫收縮量量化補償；圖紙還要與現場焊接的配合，如坡口方向、連接板設計等。

4.3 碰撞檢測

本項目裝配率較高，并且使用較多的鋼結構，設計人員無法對各類設計中的失誤進行高效排查，容易導致施工過程中出現問題。利用BIM技術中的碰撞檢測來開展結構碰撞檢查，系統會一一羅列碰撞檢測的相關信息，并及時調整。通過BIM建模碰撞檢測，共發現了24處鋼結構與外墻板、疊合板、線管等連接混亂的地方，項目技術人員及時對出現的各個區域問題進行了及時調整，從而實現了對于模型錯誤的預先了解，減少了實際施工中的返工損失，及時對其細部構造進行優化。明顯的改善了設計質量，提高了工作效率，加快了現場安裝進度，減少失誤，節約了工程成本，通過實踐BIM技術在裝配式建筑施工具有諸多優勢，例如：

（1）在BIM建筑信息模型中，由于整個過程都是可視化的，我們未來要建造的建筑物是什么樣子的，有哪些不合理的地方通過沉浸式的漫游、可視化提前發現問題。所以，可視化的效果不僅可以用作效果圖的展示及報表的生成，更重要的是項目設計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態下進行。模擬三維的立體事物可使項目在設計、建造、運營等整個建設過程可視化，方便進行更好的溝通，討論與決策。（2）BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期對各專業的碰撞問題進行協調，生成協調數據，提供出來，將問題提前解決。（3）各專業協同工作，提高了設計質量及效率，能夠高效的完成設計深化，并通過模型輸出圖紙。（4）進場構件的信息與模型一一對應，通過模型，作業人員能夠迅速確定構件的安裝位置及方向，提高了現場安裝效率，節省了人工，避免了裝錯、裝反問題的發生。

因此BIM技術在裝配式建筑領域具有較強的經濟效益。

5 質量控制措施

（1）認真研究設計圖紙，對構件進行拆分，尤其是梁和柱節點處、預留孔洞部位、空調懸挑板等部位做好深化設計，確保預制構件一次安裝到位。（2）細化施工方案，嚴格按方案施工，加強過程監督管控。（3）加強測量后管理工作，尤其是鋼結構安裝、外掛墻板施工時，勤測量，嚴控鋼結構變形。（4）疊合板施工中，嚴格按規范圖集要求，跨度≥3.3米的PK板增加豎向支撐（板下跨中處）帶；PK板端部支撐于鋼梁的長度不得少于40mm。（5）嚴把墻板接縫密封膠質量關，應選用耐久性質量好的密封膠。接縫密封膠施工時應從頂層自上而下進行，以防雨天時積水影響膠的性能。

6 結論

在本工程中，通過BIM技術得應用，深化設計和構件拆分，尤其是對外墻板與鋼結構梁柱的連接進行了深化設計，確保了工程一次安裝就位，加快工程進度，節約了成本。該工程獲山東省裝配式建筑示范工程。

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