裝配式建筑預制混凝土外墻的結構設計分析

劉 濤

江蘇大洲工程項目管理有限公司

1 引言

隨著近些年來建筑行業不斷發展，建筑工程也在向著規模越來越大，對于建設精度的要求也越來越高的方向發展。這也使得建筑工程在建設的過程之中所耗費的能源越來越多，而且很多建筑機構在對現場進行建設時，往往不注意衛生的控制以及其他方面的問題，這也為建筑工地周圍的環境帶來了非常大的威脅，甚至會影響到居民的日常生活和起居。而裝配式建筑非常良好的解決了這一問題，在建設的過程之中會產生比普通建筑建設更少的污染物，而且總體耗費的能源更低。但是目前我國裝配式建筑的發展仍舊處于起步階段，比如在混凝土外墻的結構設計上還存在著一些問題，所以本文針對裝配式建筑預制混凝土外墻結構設計之中存在的問題，進行了一定的研究分析。這樣可以為裝配式建筑的發展做出一定的參考和貢獻。

2 裝配式建筑概述

裝配式建筑從本質上來說，就是將傳統的建筑工程進行一定的模塊分割，而后將特定的模塊在工廠之中直接生產出來，運送到施工現場直接進行組裝，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施工場地的影響。另外由于局部的構建，直接進行模式化的生產，也可以在源頭上節約，對于能源的利用。這是當下建筑工程發展的一大趨勢。

在裝配式建筑的建設過程之中，最為主要采取的建筑模式就是內澆外掛體系。具體來說就是建筑的內部采用澆筑的模式進行構建，外部則進行直接的掛件組裝。而在這其中非常重要的一個部分就是外部的混凝土外墻。預制的混凝土外墻對建筑整體的質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計以及制造過程之中，最為主要參考的文件是深圳市發布的《預制裝配混凝土外墻技術規程》，混凝土外墻在外部的裝配形式有兩種，分別是懸掛式和側簾式，需要根據建筑本身不同的情況進行選擇，另外兩種方式在預防的地震級數以及其他方面的強度都有所不同。

3 裝配式預制混凝土外墻結構優勢

3.1 有利于工程建設效率、質量提升

在裝配式建筑施工的前期，最為主要的工作就是對建筑整體進行設計。設計部門給出的相應設計方案和圖紙是后期進行施工最為重要的依據。而且裝配式建筑各個零部件之間的連接往往都更為復雜，對于設計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之中的一種，所以相應地設計圖紙還要包括其他更多部分的內容，比如建筑整體的防火設計，隔聲設計等。但總體來說，通過前期的設計對整個建筑進行結構，而后將局部的構建設計圖紙送往到生產廠家進行生產，這整個過程有利于工程建設效率和質量的提升。與傳統的建筑工程建設相比，要提升裝配式建筑建設的效率和質量，這也建設在前期設計圖紙較為完善的前提之下。

圖1 吊裝施工

3.2 有利于節能降耗目標落實

傳統的建筑工程在進行建設的過程之中，建設現場往往會產生大量的粉塵，會對周圍的環境造成嚴重的污染，有的時候還會影響到周圍居民的人身健康。所以裝配式建筑在建設的過程之中，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行局部構建的生產，所以可以使用更為多元化的原料，降低能源的利用和消耗。另外由于在施工現場，往往只需要對相應零部件進行整裝與傳統的建筑建設不同，所以產生的污染也較低。不過未來在裝配式建筑建設的技術提升上還需要不斷進行改進，比如對相應原料的使用相應技術的更新等，要不斷向著節能降耗的目標進行落實。

圖2 PC外墻

3.3 有利于降低勞動成本

傳統的建筑工程建設，從施工現場的地基打造，一直到最后的竣工，都需要相應地施工人員全部投入到建設過程之中。而裝配式建筑由于很多建筑局部都是在生產制造過程之中完成，在施工現場只需要進行一定的裝配，這也使得現場的施工量大大降低，因而在一定程度上降低了勞動成本。而且由于相應地生產廠家在制造建筑局部構建的過程之中，形成了模式化的生產，規模化生產會使得成本進一步降低。比如在裝配式建筑建設完成之后，一般可以直接對外部進行裝飾性的建設，而不用進行粉刷，從這一步就直接比傳統的建筑工程節省了較高的人力物力財力資源。總的來說裝配式建筑的建設已經從各個方面節省了對于資金的使用，提升了建筑工程整體建設的經濟效益，有利于相應地建筑企業，在市場上獲得更高的競爭力。

4 裝配式建筑預制混凝土外墻的結構設計分析

裝配式建筑在建設的過程之中，與普通建筑建設最為明顯地區別就是將一些局部結構的建設進行模式化的生產，這也就在一定程度上提升了建筑建設整體的效率。而最為突出的局部建設，就是對裝配式建筑預制混凝土外墻的建設。當下很多裝配式建筑的混凝土外墻，往往都是統一規格進行建設，這也使得在裝配的過程之中，更具靈活性和自由度。但是也因為混凝土外墻在生產廠家生產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，對裝配式建筑預制混凝土外墻結構的設計需要注意以下幾點。

4.1 預制混凝土外墻的規格設計

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

另外對預制混凝土外墻進行規格設計的過程之中，還需要考慮建筑本身的設計特性，比如在裝配式建筑中，以橫向的力為主要受力時，往往就需要以橫條板作為主要的預制件，以豎向的力為主要受力時，則需要采用豎條板作為主要的預制件。另外在御制的過程之中，還需要考慮到墻板和沖動之間的關系，對整個建筑所有的窗洞設計都需要進行細致的把控，而后體現到混凝土外墻的規格設計之中。這樣才能在后期的裝配過程之中，使得相應地混凝土外墻與內部已經完成的澆筑結構能夠完全適配。

4.2 預制混凝土外墻的材質設計

在預制混凝土外墻的材質設計以及相應地外觀表現之中，具體可以分為以下兩種方法。第一種就是通過相應地裝飾混凝土外墻以及相應地配合刷漆，對預制的混凝土外墻進行一定的裝飾。另外一種就是直接利用混凝土外墻本身的紋理結構以及其他方面的配合，在生產的過程之中就直接形成相應地裝飾面。其實混凝土外墻在建設的過程之中，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行，出現也是一種淳樸的設計效果。針對不同建筑所處地區的環境狀況不同，以及建筑的用途和其他方面的考慮，在預制混凝土外墻的材質設計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過程之中，相應地混凝土外墻材質設計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地立柱構建而成，具有一定的視覺沖擊力。在另一面的混凝土外墻設計以及裝配過程之中，所使用的就是涂抹材料，這對混凝土本身也具有一定的立面效果。而且在裝配式外墻設計的過程之中，合理的運用相應地顏料以及瓷磚可以大大加強建筑整體在最終完工之后的表現力和藝術審美性。這些都需要設計人員在前期進行不斷地摸索，而后融合各類文化因素，按照建筑本身的要求，建設出最為合理和科學的建筑。

4.3 預制混凝土外墻的結點設計

裝配式建筑與普通的建筑建設相比，最為重要的一個方面就是各個結構構件之間的連接，這也就是結構構件的節點。建設的過程之中，對于連接結構節點的穩定性要求非常高，因為這直接影響著建筑本身的質量。如果連接部位的質量出現了問題，這會使得建筑本身在后期給業主帶來一定的安全隱患。在對節點進行設計的時候，不僅要考慮相關的物理因素，而且還要考慮到施工現場的氣候狀況，地質狀況乃至其他方面的因素。從防凍抗震等角度對節點進行相應地設計。

5 案例分析

5.1 工程簡介

本次裝配式建筑工程位于廣西壯族自治區崇左市寧明縣的一處中學學生宿舍樓。也是廣西壯族自治區第一批裝配式建筑的示范之一，對廣西壯族自治區整體建筑行業的發展以及相應裝配式建筑的建設，都有一定的意義。該學生宿舍樓一共6棟5層高19.35m，建筑總體面積達49,061m2，沒有地下室設計。整體采用的是新式裝配，混凝土框架結構。而且本次裝配式建筑的設計還考慮到廣西壯族自治區所在地的氣候情況，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計

在學生宿舍裝配式建筑，混凝土外墻的設計過程之中要考慮到相應保溫隔熱的要求，而且還要滿足《建筑設計防火規范》（GB 50016—2014）相應地規定，最終確定兩側混凝土裝配墻體的厚度應當大于等于55mm。而后通過下圖之中對相應混凝土外墻項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部保溫復合板兩者進行組合，在建設過程之中，可以最大程度上利用相應地資源。

另外在具體的建設過程之中，往往是采用保溫隔熱一體化的維護系統設計。但是廣西壯族自治區地處，氣候較為特殊，夏季較為炎熱，冬季較為溫暖，所以在進行外墻設計的時候，使用傳統的維護系統不能充分發揮混凝土外墻的優勢。所以內部保溫層需要單獨進行設計，而后聯系相應地生產廠家進行生產。而且在安裝的步驟上也需要進行一定的調整，則是先安裝外部的混凝土掛墻，而后再對內部的保溫層進行安裝。另外在考慮到建筑本身結構特征的基礎之上，上下層建筑結構可以同時進行施工。這樣在一定程度上，兩處施工之間可以進行一定的配合，而且也可以彌補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計方法，也可以在一定程度上起到節能環保的作用，不僅在建設過程之中可以節省相應地能源，而且在后期的使用過程之中，也可以結合當地的自然環境進行節能。

6 結語

總的來說裝配式建筑的設計雖然已經有了一定程度的發展，但是當下仍舊存在著一些問題，尤其是在預制混凝土外墻的設計方面，從源頭的結構設計，包括后期生產過程之中，對相應原料以及技術的使用以及最終的裝配過程都仍舊存在著一些問題。需要相應研究人員和學者不斷地研究和努力，必要時可以借鑒西方在裝配式建筑設計上的一些先進經驗，融合到我國的建筑上來，為我國裝配式建筑的發展作出貢獻。