裝配式混凝土結構外墻設計分析

常晉

（太原理工大學建筑設計研究院，山西太原 030024）

0 引言

近年來，隨著我國建筑業的不斷發展，越來越多先進建筑技術和建筑設計理念被應用于建筑工程的建設中，以提高建筑物的質量，滿足人們的生活需求。在我國裝配式結構是一種新型的建筑形式，既能有效地縮短施工時間和成本，又能進一步提高建設工程質量，對我國建筑現代化的實現有著重要的意義。

1 裝配式混凝土構件概述

裝配式建筑是建筑業的重大變革，是我國建筑業的重要戰略措施。裝配式建筑是建筑結構的主要形式之一，其在技術體系、工藝標準、安全性能、質量穩定性等方面都優于現澆混凝土結構。裝配式混凝土結構在抗震性能、質量穩定性、安全性、抗滲性等技術指標都處于行業前列，我國裝配式混凝土結構的發展起步較晚，但發展速度很快。近年來，我國一直在致力于裝配式混凝土構件生產、裝配式混凝土結構標準體系編制、工藝流程改進，大力發展裝配式建筑。

預制混凝土構件與現澆混凝土施工的主要區別在于：裝配式構件的加工均在工廠內完成，引進機械卷揚機可顯著提高工業化生產水平，降低建筑施工成本。除此之外，預制混凝土構件可在工廠加工時，同時完成預制墻體構件的保溫、裝飾，從而提高窗框周圍保溫材料的防水效果和耐久性。同時，解決了墻體裝飾現場施工的問題，減少了材料損耗和施工工藝對周圍結構的影響，滿足建筑的節能環保要求。

根據施工制度，預制混凝土結構可分為整體式混凝土結構和全裝配式混凝土結構。預制混凝土是由預制構件可靠組合的混凝土結構，整體式混凝土結構是目前我國預制混凝土結構的主流結構，而其主要構件的連接形式是濕連接。近年來，有關預制混凝土結構的技術規范和標準主要是針對裝配式整體混凝土結構。在裝配式混凝土結構中，很少或甚至沒有澆注混凝土，其結構性能與混凝土澆注體有很大不同，計算和設計方法也有很大不同。大型裝配式建筑項目很少，經驗較國外相對比較欠缺。

2 裝配式混凝土結構關鍵技術應用

2.1 結構連接設計的基本要求

裝配式混凝土結構構件連接點的模型設計應滿足建筑耐久性要求，保證裝配式構件的連續性和裝配式結構的穩定性，避免在使用過程中逐漸崩塌。裝配式混凝土的組合應考慮建筑物高度和抗震等級等因素，并選擇適當的連接形式。此外，節點和支撐結構中的節點承載力和韌性不應低于構件本身，以增強節點的連接能力。

2.2 鋼筋套筒灌漿連接技術

目前套筒灌漿技術在美國和日本得到了廣泛應用，是目前最新的套管驅動技術，在套管的一端用螺紋進行預生產加固，另一端通過現場條紋進行加固。該項技術要求材料具有一定的強度，材料堅固，材料與鋼筋加固相兼容。

2.3 鋼筋漿錨連接技術

鋼筋錨桿的連接方式不同于以往的連接方式，以往的穿甲錨的連接技術是錨固在卡箍、螺母和管子上進行緊固。在基本結構中，例如，必須通過剪切將拉力傳遞給連接材料。另外，加固技術具有一定的牽引力，對底盤有嚴格要求，開孔應滿足強度高、不收縮的要求。

3 裝配式混凝土外墻規格設計分析

干連通預制混凝土墻根據功能可分為兩個系統，即根據立面預制建筑的主要特點，分為屋面板和整個空間板兩個系統，屋面板可分為水平筋板、垂直條板，在外墻設計中分為三個體系，不同的體系有不同的要求。對于已完工建筑物的施工，如果立面以水平為主體，則將水平條板作為預制構件，在土壤中的許多墻板中被分割；如果以垂直方式為主，垂直條板可作為海灣內所有地板覆蓋物的預制構件，當外墻與窗洞分離時，可利用墻板與窗洞的連接來延伸隔墻，并將預留的窗洞接在外墻板上，水平或垂直地坎板可用作標準墻。

混凝土外墻的材料施工方法許多，可以通過混凝土處理外墻材料。一般可以分為兩種方式：一種是直接用混凝土板來體現混凝土的獨特性能，另一種是直接或用其他材料涂刷顏料。第一種方法是用混凝土材料的顏色和線條留下的形狀作為立面，給人最簡單的裝飾感受。混凝土本身就具有一定的表現力，在處理混凝土材料時所采用的方法不同，呈現給人們的立面效果也不盡相同。以某裝配式建筑為例，使用預制混凝土墻吊機，所描繪的形狀主要由水平和垂直的窗玻璃和柱子組成，具有展示混凝土的獨特特性。第二種方法是用石材等裝飾材料將瓷磚粘貼于混凝土墻表面，或在混凝土板上涂上或填充顏料，在生產混凝土板時將其轉變為彩色混凝土板，從而產生更強的立面效果。某預制構件工程，如剪力墻結構中，在外墻上增加了現澆框架和其他材料，如顏料、瓷磚等，大大提高了整個建筑的藝術性。

混凝土外墻的組合設計通常是在設計混凝土外墻時，選擇相同或組合的方法。主要由標準的壁掛組成，一種相對簡單的時尚效果。標準墻的材料和顏色，取決于重疊或疊放的形狀，構圖方法相對簡單，但也具有一定的局限性。外墻連接的立面造型是由不同材質和尺寸的不同標準外墻按規則或不規則的組合而成。對建筑設計中的影響因素進行詳細分析，是保證建筑設計合理的必要環節，同時并將室內溫濕度、日照等因素的影響降至最低。另外，設計人員必須重視外墻覆蓋物的防風、防雨、防潮和隔熱功能設計，做好防潮隔熱層的設計，對物理性能特殊的建筑物進行功能設計，要求在保證材料質量滿足物理性能要求的同時，必須做好窗框的設計工作。窗框尺寸和窗板的設計應根據建筑物的高低而定，合理利用BIM 等技術完成設計參數的測試和計算，以保證建筑物的功能和外觀。裝配式結構的外墻與樓板的連接大樣如圖1 所示，外墻與梁連接大樣如圖2 所示。

圖1 裝配式結構的外墻與樓板的連接大樣

4 裝配式建筑存在的問題分析及建議

4.1 存在的問題

我國裝配式混凝土技術相對薄弱，①由于地震中大量混凝土結構的破壞，人們對預制結構的采用較為保守；②我國現澆混凝土節點存在抗拉寬度低、耐久性差、韌性差、品種單一等問題，嚴重制約了我國裝配式建筑的發展。

圖2 裝配式結構的外墻與梁連接大樣

整體式混凝土結構的生產中，關于預制柱之間的連接、現澆梁與預制柱的連接、自立鋼筋方面的研究理論很少，裝配式整體混凝土結構的設計規范由于缺乏強有力的數據支撐，在裝配式框架結構體系的設計中沒有得到廣泛應用，必須加以改進。

4.2 建議措施

（1）加強區域特點的研究。在我國，模塊化協調僅限于建筑構件的預制和安裝，對住宅產品、設備和設施的開發、生產、安裝缺乏相應的指導。然而，標準化、系列化、通用化的住宅構件開發、生產與建筑藝術的創作存在沖突。國外在這一問題上有著相對成熟的經驗。不僅具有成熟的措施協調規則和建筑體系，而且還有一套結構體系，這對建筑多元化的發展很有幫助。在我國一般制度的發展過程中，可借鑒國外的成熟做法。

（2）加強施工技術協調和組織管理。建筑技術與組織管理的協調過程中應重技術，提倡建筑技術與組織管理相結合，在最低消耗的前提下促進效益的最大化。國外通過建設流程整合了技術與組織管理，將各種項目進度計劃和財務計劃結合起來，產生最大限度的綜合效益。

（3）加強科研投入。由于缺乏統計數據，科研院所難以應用數學模型來滿足住房設計需求，模擬技術在提高住房質量發展中起著極其重要的作用。

5 結束語

裝飾與建筑一體化是裝配式建筑市場開發的主要焦點，基于裝配式混凝土構件的設計與施工的有效整合，可以挖掘裝飾行業和預制構件企業的潛在能力和價值，在建筑業符合裝飾業設計與施工一體化發展的條件下，并使裝飾行業和預制構件企業得到全面、系統的發展，對裝飾業的發展具有較強的促進作用。為了讓裝配式建筑行業的未來更加輝煌，創造出高品質的預制混凝土構件，應大力推動裝飾設計融入裝配式建筑行業。