談裝配式鋼結構住宅外墻技術的發展與應用

丁 浩

(巢湖市建設工程質量監督站，安徽 巢湖 238000)

1 概述

發展裝配式建筑是國家戰略，是建筑行業的又一次技術革新，2018年住建部工作會議上指出：深入推進建筑業供給側結構性改革，大力發展鋼結構等裝配式建筑作為兩項重點工作任務提出。將鋼結構應用于裝配式建筑中，能夠有效實現節能減排、控制污染的新型建筑發展模式，促進我國建筑業走向產業化、信息化、智能化，符合我國建筑行業綠色發展和生態文明建設的長遠目標。

從2016年至今，全國范圍內開展了較多的裝配式鋼結構建筑的示范項目建設，其中較多的是針對住宅等居住類建筑。高校、設計、施工等相關企業開展了大量的關于裝配式鋼結構建筑技術體系的研發工作，在建筑材料、產品研發、建造過程及信息化應用方面取得了較多技術成果，較大地促進了裝配式鋼結構住宅的發展與工程應用。但是，裝配式鋼結構住宅外墻技術仍存在諸多問題亟待解決與完善，是目前鋼結構住宅技術體系中關鍵技術革新的重點。

裝配式建筑技術的應用發展已經上升到國家政策層面，2020年7月，住房和城鄉建設部13部委聯合發布《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》(建市[2020]60號)，文件指出：以大力發展建筑工業化為載體，以數字化、智能化升級為動力，創新突破相關核心技術，加大智能建造在工程建設各環節應用，形成涵蓋科研、設計、生產加工、施工裝配、運營等全產業鏈融合一體的智能建造產業體系，提升工程質量安全、效益和品質，有效拉動內需，培育國民經濟新的增長點，實現建筑業轉型升級和持續健康發展。

2 外墻功能與其設計特點

外墻是建筑的“外衣”，不僅影響著建筑的美觀，更重要的是具有防護功能，與傳統住宅外墻相比有其自身的特點，其自身特點體現在裝配式建筑建造全過程之中，裝配式建筑[1]的建造過程管理直接涉及其工程質量及竣工建筑的居住舒適度，本文結合工程建造全過程工程實踐，闡述裝配式鋼結構住宅外墻的建筑功能與其特點如表1所示。

表1 裝配式鋼結構住宅外墻的建筑功能與其設計特點

在對裝配式鋼結構住宅外墻進行設計前，宜結合當地(或合理運輸半徑)墻體的發展實際情況，針對外墻進行技術策劃，包括對當地居住習慣、戶型交通組織、建筑外立面特色、當地的經濟狀況等進行調研。

3 外墻的種類

外墻技術與裝配式鋼結構住宅主體結構發展不同步，雖然市場上墻體材料種類眾多，但能夠實際應用于裝配式鋼結構外墻的卻不多[2]。近年來，隨著國家政策發布與支持，高校、設計院及大型施工企業的研究機構均對外墻進行研發與創新，進行了大量的試驗研究，應用于裝配式鋼結構住宅典型項目的墻體按照其自身組成劃分，如表2所示。

目前，國內還有一些新興墻體材料誕生，并處于試驗與工程實踐階段，不一一列舉。在墻體材料研發、墻體自身組成設計、連接構造設計等方面，均應綜合考慮裝配式鋼結構住宅外墻的各項建筑功能，做到技術先進、安全適用、經濟合理、確保質量。

表2 裝配式鋼結構住宅外墻的種類

4 外墻的選用與分析

鋼結構相比混凝土剪力墻結構，側向剛度弱，呈現懸臂柔性，在風載荷和地震荷載作用下，層間位移可達1/250，同時，鋼梁在豎向荷載作用下，產生較大豎向撓度，對振動荷載敏感。針對裝配式鋼結構住宅外墻的選用，應綜合考慮墻體自身材料的延性、與主體連接節點的變形協調性等，注重柔性、剛性連接的構造設計，避免墻體自身及其與內墻交匯處產生裂縫。

實現圍護結構與主體結構的一體化比較困難[3]，本文提出外墻的關鍵技術突破是解決墻體與主體結構的變形協調性問題，通過分析現有理論研究與近些年工程實踐表明，外墻的技術突破可從三個方面入手：墻體材料(包括輕質高強、延性好、耐久性好)的研究；墻體自身的變形與主體結構變形協調一致；墻體連接節點能夠協調剛性墻體與主體結構的變形；外墻同時需要與室內管線等設備管線的施工結合，能夠做到便于施工裝配及后期使用中的檢修等。目前，裝配式鋼結構住宅外墻的選用簡要分析如下：

1)玻璃幕墻和龍骨體系外墻能夠較好地與鋼結構主體結構“匹配”(“匹配”的含義：兩種材料之間能夠較好地協調變形，主要是抵抗風載、溫度等效應)，技術成熟可靠，但是玻璃幕墻造價較高、節能消耗較大。而龍骨體系，其符合工業化生產現場裝配式的特點，施工簡便易操作，但存在厚重感不足，敲擊空鼓聲音大，也存在一定的隔聲問題，目前在我國居住習慣上尚存在一段接受的適應期。

2)輕質條板類其材料自身具有脆性、易破斷、錨固件易松弛等現象，輕質條板類+保溫裝飾一體化板是較好的外墻體系，但是輕質條板和保溫裝飾一體化板的錨固和防滲是設計工作的重點，必要時應引入新型粘結和錨固材料，同時，輕質條板與主體鋼結構連接的構造設計，應根據試驗驗證可靠后再進行實際工程應用，在工程實踐過程中，有必要采用BIM三維模型針對保溫裝飾一體化板進行深化設計排板。

3)預制混凝土夾心保溫單元式大板在裝配式鋼結構建筑中的應用，引入了歐美、德國等技術，目前，形成了一定規模產業，形成了國家標準、地方標準及企業標準，并具有設計理論和研究基礎，在實體工程中得到應用，造價符合現階段發展，是目前發展裝配式鋼結構住宅的主流趨勢。但是在墻板重量上亟待輕型材料的研發得以降重。

綜合上述內容，本文提出各類外墻可結合的做法(見表2)，例如A+B型、A+D型、A+E型、B+E型組合墻體，無論選用哪一種墻體，工程總承包企業均應對設計人員及施工作業人員進行技術培訓，做好技術策劃與技術交底，外墻的建造過程關鍵在于節點等細節的構造設計及現場做法，做到精細化施工才能確保工程質量。

5 結語

鋼結構具有輕質高強、抗震性能優越、工業化生產等優點，能夠較好地實現大空間，是綠色環保型建筑材料，為真正發揮鋼結構在裝配式住宅項目中的應用價值，需要我們為他披上一件美麗而實用的“外衣”。

1)在裝配式鋼結構住宅外墻的技術研發與工程設計中，應綜合考慮本文所闡述的建筑功能與其設計特點，工程總承包企業應根據項目特點、所在區域等實際情況，組織設計及各部品部件單位對實體項目進行技術策劃，做到技術先進、安全適用、經濟合理、確保質量。

2)裝配式鋼結構住宅外墻的選用應根據實體項目的特點，因地制宜地選擇外墻材料，防水、防冷橋、防霉、防開裂是構造設計的關鍵技術，宜通過工程試驗驗證可靠后在實體工程應用。

3)裝配式建筑的建造與傳統建筑有不同之處，注重協同設計、技術策劃、信息化管理等，工程總承包企業宜對關鍵技術的實施制定設計導則、操作指導書及工法等文件，對產業化工人及安裝工人進行實操培訓，重視外墻安裝施工的每道細節工序。