輕型裝配式外墻的設計、制作與應用研究
——以浙江紹興海濱大酒店項目為例

夏 磊

上海君道住宅工業有限公司

1 引言

近幾年來，隨著裝配式建筑的發展，各地政策對于裝配式建筑指標的要求越來越高。指標基本是三塊內容：主體結構、內外圍護及內裝修，其中外圍護基本為預制夾心保溫外墻、內澆外掛體系的外墻或輕質墻板。但輕型、結構裝飾保溫一體化的外墻應用較少。同時，為了提高裝配率和裝配效率，越來越多的公共建筑甚至住宅都已采用鋼結構體系。然而，傳統的PC外墻質量大，精度不高，與主體結構在結合方面存在一定的問題，尤其是在與鋼結構結合時，不但增加了結構的荷載，同時也影響了施工效率。所以外墻與鋼結構之間的結合一直是個痛點。目前與鋼結構結合較多的基本是ALC板，但其防水性能和裝飾性能較差，不能滿足外墻裝飾、防水、保溫等多功能的需要。另外傳統外墻的安裝節點也存在一定的問題，還需要對安裝節點的可行性及安全性等方面進行綜合設計考慮。目前市場還沒有出現太多比較成熟的產品和案例。而在國外，輕型的裝配式混凝土外墻掛板的應用已經非常普遍，技術也很成熟。

本文針對外墻板的設計過程中的一些關鍵問題研究，并結合國內現有裝配式混凝土外墻掛板體系的發展現狀和國外輕型外墻掛板的多年工程實踐經驗，提出了一種輕型裝配式外墻板。并結合實際工程案例的應用來檢驗該外墻掛板系統可靠性，以便可為未來類似的項目提供積極有益的參考。

2 浙江紹興海濱大酒店工程概況

浙江紹興海濱大酒店項目地址位于浙江省上虞濱海新城。地上9 層，地下1 層，總建筑面積12939.65m2，地上建筑面積11822.35m2，地下建筑面積1117.30m2。建筑總高度為30m。

本建筑結構類型為鋼框架結構，建筑設計使用年限為50年。抗震設防烈度為6°，設計地震分組為第一組，場地特征周期為0.45s。

本項目樓板為現澆鋼筋混凝土，室內隔墻采用輕質隔墻板，外墻即采用本文介紹的輕型裝配式外墻板。

3 建筑立面設計與板塊分格

本項目為酒店樓，基于最大程度發揮裝配式建筑的優勢考慮，我們建議設計師將立面裝飾和墻板分格調成統一的規格，進行標準化和模數化的設計，降低綜合成本。圖1為酒店效果圖。建筑立面裝飾效果為淺灰色清水混凝土。表面肌理為寬20mm、深10mm的梯形豎向裝飾線槽。

本項目分主樓和裙樓兩個部分。裙樓層高為4.5m，主樓層高為3.05m。最大柱間距為7.5m。由于裙樓層高較大且洞口較多，會因標準化程度低而增加成本。故最終裙樓部分采用傳統砌筑的建造方式。主樓立面標準墻板的分格尺寸為3750mm×3050mm，窗洞尺寸為2400mm×1800mm。此類墻板數量達到了225 塊，合計面積約為2600m2，占外墻總面積的約80%。后期生產可實現模具的高周轉率，降低成本。整棟建筑的裝配率達到了85%。

4 輕型裝配式外墻板基本構造設計

4.1 墻板系統結構構造

輕型裝配式外墻板（以下簡稱“墻板”）其本質是預制夾心保溫墻板，故其在基本構造上也分為外頁層、內頁層及中間保溫層。具體構造及措施如下。

（1）墻板外頁層為50mm 厚的高性能混凝土，內部配Φ5@150 的冷拔鋼絲網片，同時摻入一定量的有機纖維，共同作用保證墻板的強度和韌性。

（2）中間層采用高強輕鋼龍骨框架作為整個外墻的受力支撐結構，輕鋼龍骨的規格選用需綜合考慮風荷載和地震荷載及脫模吸附力及吊裝動力系數等因素，計算其在最不利情況下的荷載。

（3）輕鋼龍骨與混凝土之間通過定制的栓釘進行錨固，由于錨固件是混凝土與輕鋼連接的重要部件，為避免錨固件與外頁混凝土之間產生熱橋問題，錨固件表面進行了有環氧樹脂浸漬處理。

（4）為了進一步減少輕鋼龍骨框架與外頁混凝土之間的熱橋，構造上將輕鋼與混凝土之間留出1cm的間隙。

（5）輕鋼龍骨框架空腔部位填充墻體的保溫材料，本項目外墻系統保溫層材料為聚苯顆粒混凝土。具體保溫材料選用可根據項目節能要求設置。

（6）內頁層為15mm水泥纖維板作為內裝修集成墻板安裝的基層板（如竹木纖維板）。具體項目內裝板材的選用及做法需要與裝修專業進行溝通確定。墻板基本構造如圖2。

圖1 項目效果圖

圖2 墻板基本構造

4.2 墻板防水、防火及保溫性能設計

4.2.1 接縫防水構造

綜合考慮結構和溫度變形及安裝誤差，將墻板之間的拼縫寬度設計為20mm，防水設計采用構造防水與材料防水相結合的方式。根據16SJ110-2、16SG333《預制混凝土外墻掛板》6.4.1中的規定：建筑高度50m 以下的建筑掛板板縫可采用一道防材料防水和構造防水相結合的做法；50m 以上的建筑掛板板縫應采用兩道材料防水和構造防水結合的做法。本項目高度為30m，但為保證萬無一失，我們采用了高標準。具體做法為以下幾點。

（1）墻板水平縫和豎向縫均采用了兩道材料防水。水平縫采用企口的造型，避免了水在重力和風的作用下產生向室內倒流。

（2）豎向縫仍采用平直拼縫。在墻板吊裝完成后在墻板靠室外側（企口下端）施打適量的聚氨酯泡沫填縫劑，然后在塞入泡沫棒，并用改性硅酮密封膠密封，密封膠有效深度不小于10mm。充分保證墻板的防水性能。

（3）墻板接縫內側采用三元乙丙膠條進行對壓密封，保證外墻系統的氣密性。

4.2.2 防火性能

該墻板系統本身材料均為不燃材料，經耐火極限測試結果為3h。滿足規范對非承重維護構件的耐火極限要求。且墻板外露輕鋼龍骨均采用防火涂料涂刷。施工時只需做好水平層間防火，防止“煙囪效應”的發生即可。本項目墻板與鋼結構之間的間隙為50mm。層間采用了國產優質的防火巖棉填充，梁上下采用1.5mm 鍍鋅板封堵，保證巖棉不會脫落。同時起到防火和保溫的雙重作用。

4.2.3 保溫隔熱性能及隔聲性能

墻板保溫層為130mm 厚的聚苯顆粒混凝土，綜合考慮保溫性能和低容重的前提下，我們通過不同配合比的試塊進行性能測試，最終根據實際檢測報告數據得，該項目墻板的傳熱系數為0.59W/（m2·K），滿足公共建筑節能設計規范和建筑設計的要求。由于外墻系統特殊的構造，墻板的隔聲性能也較好，檢測結論為所測構件在上述工況下的空氣聲計權隔聲量Rw（C；Ctr）為49（-1；-4）dB。滿足GB 50118—2010《民用建筑隔聲設計規范》的要求。

4.2.4 耐久性能

由于混凝土為人造材料，尤其對有裝飾要求的外墻板來說，長期暴露在室外環境中會產生諸如：返堿、開裂、變色、污染等現象，在鹽霧及酸堿條件下更為明顯。所以需要對外墻表面進行防護處理，我們經與專業團隊進行研發，針對市場常見防護劑存在的問題進行改善，研發一種納米二氧化硅的專用防護劑。其通過表面成膜和滲透的特性保證了外墻的防水和耐污防護，使得外墻板的耐久性能得到極大的改善。

5 墻板生產工藝及質量控制應用要點

5.1 模具的設計及選用

在生產過程中，主要是墻板制作與輕鋼的組裝。裝飾混凝土板的生產主要在于模具的制作和處理，一塊墻板3000×3750，重量大約1.5t，模具的表面必須做到平整，邊模的制作及尺寸定位必須準確。否則，生產出的墻板平整度不滿足要求，四邊的垂直度不滿足要求，影響現場安裝。該項目因標準板數量多，翻模次數多，我們采用鋼模作側模，綜合成本較木模來說降低不少，同時保證了墻板的制作質量。

再者，墻板有豎向凹槽，剛開始我們基本成本考慮，采用定制的硅膠條粘在底模上，但由于粘接不牢，每次脫模后硅膠條都被從底模上拉起，重新粘貼及清理比較費人工；后來我們改成整體鋼模，凹槽造型用鋼板銑出線條造型與鋼底板焊在一起，鋼模的使用解決了板塊平整度的問題，誤差也控制在規定范圍內，但由于鋼線條尺寸較小，每次脫模后板塊凹槽位置會容易崩邊，后期修補量較大，故該方案也不可取。

經過前幾次的經驗，我們總結出不僅需要開與墻板尺寸1：1整體模具，保證板塊的整體性，精度，模具材料材質必須較軟，保證凹槽線條方便脫模，不至于被損壞，最終本人建議采用整體硅膠模。經試驗，該方案切實可行，雖然成本稍高，但基本解決了上述所有出現的問題。

5.2 輕鋼龍骨的加工與裝配

鋼框的加工組裝，由于開始考慮到節約成本，鋼框由廠家加工好材料，我們自己組裝，豎龍骨與橫龍骨之間采用轉接件采用螺釘連接。實際證明，該方式耗費的人工較多。后來我們改為橫龍骨穿孔，豎龍骨從橫龍骨孔隙穿過，直接用螺釘固定橫豎龍骨的翼緣，雖然此法材料加工成本較高，但節約的人工成本基本可以與高出的加工費持平，實際經驗說明，控制人工成本遠遠比控制材料成本更有效節約綜合成本。

5.3 墻板的加工制作

墻板由于對裝飾性的要求高且墻板現場不作二次處理，所以對制作工藝的要求較傳統夾心外墻更高，應注意以下關鍵節點的控制。

（1）首先要控制好混凝土的配合比，保證其具有一定的流動性及和易性，保證其能在正常振搗的情況下可以充分密實，避免角部、錨固件及窗框位置的空洞，但流動性也不能過大，過大不利于墻板防水翻邊的制作。

（2）因輕鋼與側模之間操作空間較小，還有錨固件、鋼絲網片等，必須采用平板振動器與細型的振動棒相結合，振動時間需控制在30s之內，避免混凝土產生離析現象。

（3）聚苯顆粒混凝土填充時應當保證壓實，且填充到輕鋼空腔的各個角落，避免空洞，從而影響墻板的保溫性能。

（4）墻板制作完成后應進行覆膜養護，同時避免接觸風口位置，避免失水太快影響強度的增長。

（5）墻板養護15h～16h，待抗壓強度達到設計強度75%時可以進行脫模起吊，在墻板離開模具之前應當緩慢提升，避免墻板損壞，同時為了保證安全，起吊的角度應小于45°。

（6）墻板轉至規定位置進行繼續養護至7天，避免墻板受陽光直射，同時曬水養護，每天保證2～3次，保證墻板充分養護，避免后期的返堿現象。

（7）在后期養護過程中及運輸轉運過程中一定要注意墻板的成品保護，采用質軟的且不易在墻板表面留痕的材料進行隔離。通過上述各環節的控制，才能最大程度保證墻板的質量和裝飾效果。

6 墻板安裝節點及誤差控制措施

本項目墻板的結構連接設計采用四點連接，基本支座受力形式為轉動式的掛板連接形式，下端支撐受力的方式，上端為轉動鉸接連接，只承受水平拉力。

目前市場上出現的外墻掛板存在連接多數不能實現誤差的調節，或調節余量較小。這樣的方式不但現場安裝精度不高，還會導致現場安裝費用增高，一旦發現錯誤，無法更改。為了避免上述情況，我們采用了以下節點方案。

（1）連接節點為座立式，下掛點采用掛件卡接式連接，如圖3。該種形式的掛件可使板塊的安裝非常便捷，板塊可以通過掛件在L型轉接件上滑動實現左右的調節，L型轉接件上開有前后方向的長圓孔，與U 型底座的左右方向長圓孔對接可實現前后距離的調節，位置調好后，用方墊片點焊定位。

圖3 墻板下掛點

（2）板塊掛件上的螺栓用于標高方向調節，保證調節余量為±2cm～3cm；上掛點為水平限位節點，主要承受水平方向上的荷載，我們采用定制加工的螺紋套筒與板內輕鋼骨架連接，現場安裝時通過L 型轉接件一端與套筒連接，一端與主體結構鋼梁通過U 型轉接件連接，調節原理與上掛點類似，如圖4。均能實現墻板的三維六向調節，施工安裝的誤差得到了有效的控制，且安裝效率大大提高，節省了施工周期。墻板現場安裝及安裝完成后的效果如圖5、圖6。

圖4 墻板上掛點

圖5 墻板現場安裝

圖6 墻板安裝完成效果

7 結論與展望

綜上所述，我們在經過對輕型裝配式墻板結構性能、防水構造、隔熱保溫、耐火性能及隔聲性能的綜合分析，確定了符合上述要求的外墻系統構造，并通過對生產制作及安裝過程中關鍵節點的控制，使得輕型外墻系統的優勢在項目應用中得到完美的呈現。

本文在目前國內輕型裝配式外墻板應用較少且無相關標準及案例可遵循的情況下，結合現有預制外墻掛板相關標準和國外外墻掛板的技術和應用情況，對輕型裝配式外墻板的構造、生產工藝、安裝技術等關鍵問題進行了研究并通過實際項目的實踐，驗證了該外墻系統的可行性及可靠性。

通過我們對該類輕型裝配式外墻的技術的闡述，希望能給此類外墻的研究帶來一些有益的借鑒和參考，并能夠引起更多業內同行的關注，共同參與研究探討及技術推廣，使輕型裝配式外墻系統的技術更加成熟，標準更加完善。并在更多的項目上得以應用。