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装配式建筑预制混凝土外墙结构设计高娜娜

发表时间：2020/6/19 来源：《基层建设》2020年第6期作者：高娜娜张永齐

[导读] 摘要：在装配式建筑工程中预制混凝土占有非常关键的位置，主要是因为预制混凝土这项技术较为成熟，且耐久性好，安全性能高，在生产制作中需要的成本低。

        中建八局第一建设有限公司山东省济南市历下区 250000；
        同圆设计集团有限公司山东省济南市高新区 250000
        摘要：在装配式建筑工程中预制混凝土占有非常关键的位置，主要是因为预制混凝土这项技术较为成熟，且耐久性好，安全性能高，在生产制作中需要的成本低。预制混凝土外墙是预制混凝土中较为主要的一部分，其施工工艺、现场安装都会影响装配式建筑的实际质量。本篇文章主要简述装配式建筑预制混凝土外墙的类型,进而分析装配式建筑预制混凝土外墙的结构设计,旨在为装配式建筑的相关设计提供参考与帮助。
        关键词：装配式混凝土建筑；预制混凝土；预制外墙结构设计
        装配式混凝土结构是以预制构件作为主要受力构件，经装配、连接而成的混凝土结构，常采用内浇外挂体系，即建筑外墙采用预制混凝土构件，内部结构主体采用现浇混凝土的结构体系。预制混凝土外墙挂板（以下简称“PC”墙板）是装配式建筑的重要组成部分，其出色的标准化设计、工厂化生产、装配式施工，较好地解决了传统建筑外墙漏水、裂缝等顽疾，成为当前采用预制部位的首选目标。
        1装配式建筑预制混凝土外墙的连接方式及类型
        预制混凝土外墙主要有两种连接方式，即干式连接与湿式连接。其中，干式连接是指当主体结构装配完成后，将预制混凝土外墙吊装其中，这种连接方式不用现浇，只需通过预埋件连接到主体结构中即可，而湿式连接是指先将预制混凝土外墙吊装上，再通过拉结钢筋与建筑的主体结构一起现浇。根据预制混凝土外墙自身的结构特点可以将其划分为两种类型，一种是单层的混凝土墙板，这种墙板较厚，自重较大，可将其与内、外保温层相互结合，另一种是夹芯的保温墙板，这种墙板主要是把保温材料安置在预制墙体中间，属于组合型的外墙板，这种墙板更适用于较为寒冷的地区，其在安全方面的性能较高，可将其与整个墙体防水、保温相互结合，但由于这种墙板的保温层在两层墙板之间，非常不利于随时更换，所以保温材料通常都有着较强的耐久性能，且在应用夹芯的保温墙板时，一定要及时解决混凝土肋与金属连接部件之间所形成的热桥效应。
        2装配式建筑预制混凝土外墙结构设计
        ①临时支撑系统设计
        预制墙板的临时支撑系统由2组水平连接和2组斜向可调节螺杆组成（见图1），下口设置2组微调预埋件和可调支座。可调节螺杆外管为Ф52mm×6mm，中间螺杆直径为Ф28mm，材质为45#中碳钢，抗拉强度按Ⅱ级钢材计算。根据现场施工情况，对重量过重或悬挑构件采用2组水平连接两头设置和3组可调节螺杆均布设置，确保施工安全。

        图1 PC外墙斜撑
        ②PC外墙施工方法
        PC外墙的施工工艺为：根据给定的水准标高、控制轴线引出层水平标高线、轴线，然后按水平标高线，楼上施工人员首先在楼面上粘贴密封条或PE棒（图2a，PE棒即聚乙烯棒，不吸湿）；缓慢下放PC板，下面4名工人立即上前稳住，对准位置；测量员用水准仪对准PC板上的水平线进行测量，达到要求后，将板落下；安装调节内外铁件，进行固定（图2b）；用经纬仪测量垂直线，安装斜支撑，调节PC板的垂直度（图3a）；紧固铁件的螺母，2名工人撤下吊钩，准备下一块板吊装。安装多块PC板后，将2块PC板之间的竖缝用密封条、PE棒进行密封；用干性无收缩防水砂浆将PC、PCF板竖缝在PE棒密封外面进行封堵（室内使用砂浆，室外使用密封胶）。

图2 PC外墙安装施工
③外墙安装时垂直度、水平度控制墙体在安装前在预埋的螺母上套上螺栓，然后根据板墙底标高调整螺栓面标高，以控制板墙在水平方向的水平标高，然后校正、固定。预制墙板的垂直高度采用千斤顶调整（图3a），水平方向位置使用手拉葫芦调整（图3b）；吊装就位后，采用靠尺检验挂板的垂直度，偏差用调节杆进行调整（图3c）。

        图3 PC墙体安装精度控制
        ④预制墙体受力分析。在主体结构设计时，应考虑预制构件对地震力的影响。由于多数预制外墙都设有较大的窗洞口，其刚度的影响较小，可以作为非承重墙体按照规范要求适当调整周期折减系数。地震力计算时，在模型中地震力放大系数可考虑放大1.1倍。预制外墙设计时应考虑风荷载、地震作用，并按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。
        3预制混凝土外墙的材质及组合设计
        3.1预制混凝土外墙的材质设计
        通过预制混凝土外墙的材质处理外观的方法非常多，但主要可以将其分为两种，一种是直接采用预制混凝土板来呈现混凝土独有的特点，另一种是直接涂刷颜料或与其他材料结合。第一种方法主要就是把混凝土材料自身的颜色以及生产模具所留下的纹路当做立面外观，可以为人们带来最为淳朴的自然感受。因为混凝土这种材料自身就具备一定的表现力，所以在处理混凝土的材料时所使用的手法有所不同时，最终所呈现在人们眼前的立面效果也会有所不同。例如：在北京市某区中一装配式建筑，所采用的就是预制混凝土的外墙挂板，呈现出来的外形主要是由横向与竖向的窗间板与立柱所形成，完全呈现出混凝土这种材料独有的特点。第二种方法主要就是在生产预制混凝土外墙时，在其表面上粘贴石材与瓷砖等装饰材料，或者是在预制混凝土板上涂抹彩色的颜料，也可以在制作混凝土板时填入颜料变成彩色混凝土板，这些都可以呈现出较为充实的立面效果。例如：在上海某装配式建筑的工程项目中，就采取了现浇框架的剪力墙结构，并在外墙板中加入了其他材料，如颜料与瓷砖等加以复合，从而大幅度增添了整栋建筑的表现力。
        3.2预制混凝土外墙的组合设计
        通常在设计预制混凝土外墙的组合方法时，都会选择同一性或是复合性这两种重复方法。同一性主要是由标准的外墙挂件所组成较为简洁的立面效果，通过标准外墙板的材质与色彩，根据叠加或是错动的形式所组成各不相同的外形，这种组成方法较为简单，但却存在一定的限制性。而复合性则是由几个材质、尺寸各不相同的标准外墙挂件，通过有所规律或是无规律的组成，所形成的立面外形。
        结语
        综上所述，如今我国在装配式建筑中设计预制混凝土的外墙结构时，会因为目前的施工工艺与施工设备等因素有所限制，而且PC挂板在耐久、防水与保温等多方面问题也是解决难点。由于我国在建筑方面的发展一直处于不断加速的状态，而在发展的过程中具体应该怎样处理装配式建筑中，预制混凝土外墙在限制性、灵活性、多样化、标准化之间所产生的矛盾，就会成为建筑行业在发展过程中需要共同处理与讨论的重点。
        参考文献
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        [3]钟微.装配式剪力墙结构预制构件安装及质量控制[J].广东土木与建筑，2018，25（7）：83-85，94.