裝配式建筑預制構件瓷板反打設計

文/中國建筑設計研究院有限公司 陳敬思 劉伯宇 趙 鈿

0 引言

裝配式混凝土建筑近幾年的迅猛發展，給所有建筑師提出了一個新問題：如何用預制的標準化構件表現建筑的個性化。從經濟性角度考慮，我們并不希望混凝土預制構件過于復雜，并且傾向于選擇較為穩妥的涂料飾面，但帶來的結果是建筑外立面觀感一般，并且隨著時間推移，涂料的老化問題也逐漸嚴重。而用清水混凝土直接表現的方式，則面臨客戶審美小眾化的制約。瓷板反打，正是在提高裝配式建筑整體檔次這一需求之下出現的立面處理工藝。

在北京副中心某周轉房項目（以下簡稱周轉房）中，成功應用了瓷板反打技術。設計單位從設計伊始，針對不同構件提出對應的設計策略，并在深化過程中，與瓷板廠家、預制構件廠家、門窗廠家及施工單位緊密配合，保證瓷板反打的實施效果。該項目建筑設計品質優良，立面完成度高，實現了建筑個性化需求與工業化建造技術的成功結合（見圖1）。

1 瓷板反打設計要點

瓷板反打工藝是在制作預制構件時，將選定的瓷磚或石材在工廠內部與混凝土一同澆筑，一體成型（見圖2）。相比干掛或濕貼工藝，反打工藝成品表面光潔平整，定位精準，附著牢固，能夠有效避免凍脹、老化等問題。

反打技術主要采用小型瓷磚(見圖3左)，但受工藝所限，不宜在北方大面積使用，隨著反打工藝不斷成熟，反打飾面材料尺寸不斷增大，在裝配式建筑技術發展領先的日本，已經可以反打較大的石材（見圖3右）。

圖1 北京副中心某周轉房項目鳥瞰

圖2 北京副中心某周轉房項目瓷板反打技術

圖3 日本早期反打瓷磚建筑效果（左）及近期反打石材建筑效果（右）

許多建筑的外墻反打材料采用石材，石材雖具有較好的觀感，但存在耐酸堿性不足、膨脹率較大、與混凝土黏結強度不穩定等問題，且不同石材質地相差較大，這些因素大大增加制作難度。因此，性能更加穩定的瓷板逐步成為裝配式建筑反打飾面的首選。

2 北京副中心某周轉房項目瓷板反打技術應用

在北京副中心某周轉房項目中，綜合考慮成本、工期、質量等因素，經過詳細論證，最終選取較大尺寸瓷板作為外立面預制構件的反打材料。

2.1 技術策劃

反打飾面與干掛飾面相比，一旦有修改或損毀，更換的代價遠比干掛飾面要大，甚至不可更換。因此在設計之初，應與建筑、結構、機電等專業共同進行技術策劃，確定與建筑立面有關的原則。

2.1.1 模數協同

建筑基本模數是確定飾面尺寸的基礎數據原則，一般情況下，瓷板尺寸類型較為單一，提高建筑立面模數化，一方面將有效提高瓷板利用率，減少經濟浪費；另一方面，尺寸相近的建筑模數也將使立面更加規整美觀。因此，在設計之初，建筑師應在平面、立面、剖面等多重維度中聯合建筑、結構、機電等專業，設立共同的設計原則，對平面開間、建筑層高、構件尺寸、門窗洞口、機電預留洞口等進行統一規劃，避免后期改動帶來的損失。

北京副中心周轉房項目平面功能較為復雜，經過比選，確定了以450mm為橫向模數，630mm為豎向模數的基本原則，訂購630mm×900mm的瓷板，保證瓷板利用最大化。

2.1.2 構件尺寸協同

預制構件尺寸是影響瓷板尺寸的基礎。因此，為使瓷板能最大化利用，減少裁切工作量，預制構件應考慮盡量符合瓷板尺寸模數，當確實無法滿足時，應將裁切方式盡量做到統一，裁掉的瓷板尺寸各邊均不宜小于300mm。當需要做轉角構件時，轉角短邊尺寸應不小于瓷板短邊長度，也不應出現比瓷板長邊長度略長的情況。周轉房項目中，轉角構件短邊尺寸統一為900mm，1塊瓷板可恰好鋪滿（見圖4）。

2.1.3 洞口預留

建筑門窗洞口邊緣應盡量與瓷板分縫重合，一方面確保立面規整美觀；另一方面，因瓷板難以反打到洞口側面，洞口側面往往需另加金屬封邊，將瓷板分縫保持與洞口邊緣重合，便于封邊外檐與墻體飾面統一處理。

預留洞口時，應盡量考慮尺寸的模數化和相近用途洞口尺寸的統一性，避免過于靈活的開洞位置對瓷板排布效果造成影響。

建筑立面構件中，難以避免要出現預留外挑梁板洞口的情況，當洞口對瓷板布局產生較大影響時，設計應預先考慮對應手法，如圖5所示。

2.2 分縫設計

瓷板反打工藝為設計提供了更加靈活、更加精細的分縫控制手段，瓷板反打立面一般存在3類分縫，如圖6所示。

圖4 周轉房項目轉角構件

圖5 預留外挑梁板洞口

圖6 北京副中心周轉房項目瓷板反打構件分縫

1）第1種縫為建筑構件之間的縫隙 一般寬20mm，多為膠縫填充，在建筑立面上較為明顯，是立面設計必須考慮的因素。

2）第2種縫為瓷板之間的橫縫 相對瓷板間豎縫，瓷板橫縫尺寸相對較為自由，甚至當有特殊需求時，橫縫可作為尺寸調節的重要元素，在周轉房項目中，標準層層高3200mm，除去構件間20mm寬的留縫，構件凈高度為3180mm，因此，設計將豎向瓷板反打單列數量定義為X，單塊瓷板高度定義為Y，瓷板間分縫定義為Z，得出方程式：XY+（X-1）Z=3180，其中X、Y為整數，Y的取值范圍為600～700mm。Z初定不大于10mm，經過列舉比較，X為4時，則方程式為4Y+3Z=3180，Z不大于10mm，則Y為788mm以上，相對瓷板而言，此高度明顯有些偏高；同理，當X=6的時候，Y的高度則最大也僅有530mm，相對偏小，因此進一步試驗得出，X=5，Y取值630mm，Z則為7.5mm，整體數據較為合理，且視覺觀感比較均衡。

3）第3種縫為瓷板之間的豎縫 反打的瓷板在立面上往往要滿足多種構件洞口尺寸寬度需求，對縫隙尺寸的適用性要求遠高于橫縫，因此瓷板豎縫尺寸不宜過大，以免影響瓷板寬度布局，一般以不大于5mm為宜，同時應不小于2mm（不留縫隙的密拼除外），在周轉房項目中，豎縫定為4mm，既滿足整體精致程度，豎縫帶來的尺寸微差也可通過簡單打磨瓷板邊緣進行消解。

綜上可見，瓷板反打的縫隙設計應在美觀的基礎上，兼顧用材經濟、工藝要求合理等因素，避免裁切過多、邊角料過小、施工精度過于苛刻導致施工誤差更加明顯等現象，確保工程效果的實現（見圖7）。

2.3 洞口細部處理

瓷板反打預制構件在設計之初，應將門窗做法結合起來一并考慮，瓷板的排布應給門窗的造型處理留有余地，避免不必要的材料做法沖突；門窗設計也應考慮預制構件厚度、窗框收口處膠縫朝向等問題，保證門窗設計與瓷板效果相協調。

在周轉房項目中，考慮到瓷板反打到門窗洞口側面有一定難度，為避免洞口側面素混凝土外露影響整體效果，設計之初便確定了以門窗副框外凸、與預制構件外完成面齊平的設計思路，而瓷板的排布，既應滿足縫隙與洞口邊緣基本重合的美觀需求，又應讓瓷板的裁切量降到最小。

如圖8所示，以YGB-3#-50-1號掛板為例，掛板寬3580mm，高3180mm，窗洞口尺寸為1800mm×1800mm，窗側邊緣距離掛板邊緣各890mm，上邊緣距離掛板邊緣635mm，下邊緣距離掛板邊緣745mm。

該掛板進行瓷板排布有以下難點：①窗洞口側邊緣距離掛板邊緣均略小于900mm，裁切難以避免。②下邊緣距離掛板邊緣遠大于瓷板高度（630mm），1塊瓷板無法鋪滿，用2塊瓷板拼貼，一方面裁切量較大；另一方面出現高度不足120mm的瓷板，效果也難以保證美觀。

經過設計論證，該掛板的瓷板類型控制在AB 2種，A型瓷板為完整瓷板，630mm×900mm，用于窗洞上下4塊瓷板，兩側瓷板為B型瓷板，長邊均統一裁切為884mm，4塊瓷板寬度合計3568mm，剩余12mm長度，均勻形成3條4mm的瓷板豎縫，與窗洞邊緣基本重合。

窗洞下部距離瓷板剩余115mm寬度裸混凝土表面，則需與門窗設計溝通，在窗臺下部，設計1個120mm寬的金屬窗臺，凸出表面50mm，反扣于瓷板之上，恰好遮住這一節裸露混凝土面。這一細節設計，精致美觀，既起到活潑窗洞立面效果的作用，又兼具披水功能，可謂一舉兩得（見圖9）。

圖7 北京副中心周轉房項目瓷板反打局部效果

圖8 YGB-3#-50-1掛板

圖9 外窗完成效果

隨著項目推進，業主對立面風格提出適度多樣化的要求，因此，在第2標段工程地塊，對建筑立面進行了從色彩到細節的調整，豐富了社區的整體效果，同時對于門窗洞口的處理也嘗試了新的方法（見圖10）。

第2標段工程中，設計并未將瓷板邊緣與窗洞口平齊，而是與洞口邊緣保持了200mm的距離，大膽將混凝土表面表現在外，門窗的副框凸出構件表面50mm，反扣在混凝土面層之上，形成瓷板-混凝土-金屬窗框3個材質層次，利用不同材料本身的質感差異，以及不同做法凸出表面厚度的差別，形成細膩的光影變化，成為立面設計的一大亮點，如圖11所示。

圖10 第2標段工程瓷板反打設計效果

圖11 第2標段工程瓷板反打完成效果

圖12 不同材質的交接關系

2.4 不同構造做法的交接

裝配式混凝土建筑在有抗震要求的地區，底部加強區一般采用現澆方式，保障整個建筑的抗震性能。同時，由于建筑功能和美觀的要求，建筑中也存在露臺、挑檐等構件，這也對反打構件的精細化設計提出更高要求。因此，瓷板的設計不僅要滿足對縫工整、排布美觀，還要考慮與其他構造做法的協調。

在周轉房項目中，以第1標段某6層建筑為例，該樓首層為現澆結構，中間兩開間為專門的立面設計造型，該樓邊套型中均設開敞花臺，并選取幕墻做法。除此之外，該樓掛板邊緣和底部均需做金屬封邊處理。

不同的構造，帶來了不同的材質質感及做法厚度，如何在設計中將這些做法與瓷板反打效果統籌考慮，是決定工程細節的核心因素。

在設計之初，建筑師共同確定了幾個不同構造的做法厚度：首層現澆段外掛及中間兩開間幕墻做法厚度300mm，開敞花臺外包鋁板厚100mm，花臺檐口翻邊寬50mm，瓷板反打的無保溫預制外墻板厚150mm；同類構造均嚴格按規定厚度施工作業，避免構造厚度種類過多增加不必要的施工難度；同時考慮到瓷板的物理性質較脆，預制外墻板上的瓷板反打和干掛幕墻所用瓷板從施工精度到容錯程度上均有差異，所以不同厚度構造做法之間主要通過金屬鋁板的線腳和封邊進行調節，避免不同做法的瓷板直接接觸。

如圖12所示，首層現澆段，外立面采用300mm厚干掛瓷板幕墻做法，在首層與2層交界面上存在150mm厚度差，因此在2層底部的瓷板反打上預留金屬埋件，首層和2層交界面上設計1條金屬線腳，通過埋件與上下瓷板相連，化解這一高度差。為防止雨水從瓷板反打和金屬線腳的膠縫中滲透進干掛瓷板的龍骨區，在線腳內部設計中加入1層金屬披水，避免雨水滲漏導致的隱患（見圖13）。

圖13 現澆層與裝配層之間構造交接

瓷板反打預制構件邊緣長期暴露在外，容易因各種原因破損，影響完成效果，因此，設計中專門為瓷板最外邊緣增加1條金屬封邊，固定于預制構件外邊緣之上，封邊寬70mm，厚度與預制構件等同，均為150mm，封邊與瓷板之間縫隙控制在10mm，確保兩者之間的微小變形不會互相影響，金屬封邊這一細節的處理，既對瓷板起到保護作用，又使預制構件邊緣更加挺拔俊朗。

最外側掛板金屬封邊的處理，使花臺外包金屬板可直接與其相接，封邊亦可作為花臺金屬板和預制構件的緩沖，消解預制構件遇小震輕微變形時對周邊帶來的影響（見圖14）。

在選擇瓷板尺寸時，應同時考慮其他材料與瓷板進行統一分縫的可行性.該項目中，瓷板寬度定在900mm，既可滿足瓷板排布需求，同樣兼顧金屬板分割美觀性，金屬板的分割完全以相鄰瓷板為準，預制構件之間的20mm縫隙也成為金屬板上的裝飾凹槽，線面一體，三維對應，整個立面體現一種嚴謹而高雅的工業美學（見圖15，16）。

3 結語

瓷板反打技術，尤其是大尺寸瓷板反打技術的應用在國內尚屬起步階段，可參考案例有限，通過北京副中心某周轉房工程的設計探索，初步形成一系列設計方法，總結經驗，以供未來設計參考。

1）瓷板反打技術需要有完善的前期技術策劃，根據建筑層高及開間面寬，確定瓷板的具體尺寸和留縫寬度，并盡可能根據瓷板尺寸確定構件各尺寸模數，當無法避免裁切時應將瓷板的浪費降到最低。

2）瓷板反打一旦磨損將難以修補及更換，因此應注意瓷板反打構件的成品保護，尤其是瓷板外邊緣不宜直接暴露在外，在諸如門窗洞口之處應有對瓷板的相應保護措施。

3）瓷板材性硬脆，因此與不同材質交接的時候應盡量選用具備一定彈性的材質（如金屬）作為中間過渡材質，并預留一定容錯余地，避免因外力導致構件振動碰撞損壞瓷板。

瓷板反打的設計是裝配式建筑精細化設計的一個重要方面，通過對瓷板反打各種性能狀況的深入分析，建筑師可實現對建筑完成效果的進一步精細化控制。通過北京副中心某周轉房項目實踐，瓷板反打的應用取得令人滿意的效果。可預見將來會有更多精美的瓷板反打項目出現，將使裝配式建筑從外觀到品質更上一個新臺階。

圖14 周轉房項目局部剖面

圖15 瓷板20mm橫縫與4mm豎縫關系

圖16 設計模型與完成效果對比