徐肖宁
浙江方圆规划建筑设计有限公司
摘 要：由于我国住宅建设能耗的不断增加，对周边生态环境的污染日益严重。装配式建筑应运而生，既能提高建筑的实际质量和安全性，又能在缩短工期的同时减少对周围生态环境的污染。在装配式建筑中，预制混凝土外墙是关键部位，又称PC挂板，对整个建筑的美观、质量、节能等方面都有一定的影响，因此，有必要对装配式建筑中装配式混凝土外墙结构的相关设计进行详细分析，以确保其能够满足我国可持续发展的相关要求。本文以某高层住宅小区建筑的结构设计为例，进行结构设计的分析计算，以期为类似项目提供参考。
关键词：预制混凝土外墙；受力分析；设计方法
1 概述
随着装配式墙体在建筑领域的广泛应用，相关施工技术已成为该领域研究的热点。这种装配式混凝土外墙的应用可以有效地解决外墙施工中的环境污染和资源浪费问题，为可持续发展战略的实施和推进提供有利的支撑，对建筑领域的发展产生积极影响。为了更好地进行结构设计，设计者需要明确这种外墙结构的优点，以便做好结构设计规划，充分发挥结构优势。预制混凝土结构称为装配式结构。由于预制外墙采用工厂化生产方式，安装速度快，在具体实施安装过程中，只需将预制结构吊装到指定位置施工，无需进行更复杂的工序。整体施工效率高，湿作业和人工劳动将呈现明显下降趋势，可实现实际压缩施工时间。通过对以往建设项目的研究可以发现，虽然使用传统建筑材料有一定的优势，但存在着土量大、易产生扬尘和二氧化碳污染的情况，会对项目所在地周围的生态环境造成不同程度的破坏，这与节能环保理念不符。采用预制结构，通过对墙体材料的改进和采用先进的施工方法，妥善处理了环境污染问题，整体施工扬尘污染和噪声相对较小，可以将施工污染和破坏降到最低。在构件加工生产的实施过程中，工厂车间将为产品加工提供优越的支持，可以节省大量的劳动力投入，减少劳动力数量和劳动力成本，对整体工程造价控制产生积极影响。同时，由于预制构件的外观质量有一定的保证，可直接进行外装饰，无需进行油漆施工，节约了该部分的施工成本和劳动力消耗，在保证建设工程施工质量的同时，保证工程造价。
2 装配式外墙工程案例
本文中所涉及的项目位于浙江省某处栋层的住宅楼，采用装配式结构进行施工。其中层住宅的主屋顶高度为m，层住宅的主屋顶高度为m，该住宅建筑还包含地下层。采用剪力墙结构体系的设计。楼板为现场浇筑。建筑圈梁梁截面为，与窗洞平齐。预制墙板混凝土等级为，预制墙板与主体结构连接钢筋为，墙板钢筋为和。
3 预制墙体设计验算
3.1 预制墙体受力分析
3.1.1 正常使用阶段
在主体结构设计中，应考虑预制构件对地震力的影响。由于预制外墙大多采用大开窗，其刚度影响不大，可作为非承重墙，按规范要求调整周期折减系数。在地震力计算中，边梁的刚度可提高1.5倍。在进行设计核验时通常要考虑地震载荷和风载荷，计算时往往考虑在极限状态下是否满足正常使用得要求。
3.1.2 施工阶段
预制混凝土外墙的连接方法主要有干连接和湿连接两种。其中干连接主要是指在建筑物主体结构组装完成后，吊装预制混凝土外墙。这种连接方式不需要现浇，只需将预埋件连接到建筑物主体结构上，而湿连接主要是指先将预制混凝土外墙吊装起来，然后用拉筋使其与建筑物主体结构浇筑。根据预制混凝土外墙的结构，可分为两种类型：一种是单层混凝土墙板，厚度更大，可以内外保温层结合；另一种是夹层保温墙板。这种墙板主要是指在墙体中央放置保温材料，属于外墙板的组成形式，这种墙板可以更好地与整个墙体的防水保温结合起来。但由于这种墙板的位置在双层墙板中，不利于随时更换。因此，保温材料通常具有很强的耐久性。另外，在混凝土与墙板连接时，还必须解决夹芯板与混凝土之间的保温问题。对于吊装、运输、安装过程中的构件，为了保证构件不受到破坏通常会采取一定的措施。在设计过程中，需要做好接缝、斜面以及凸出部位等设计分析，需要将主体结构和外墙有机连接在一起，避免出现设计与实际情况不符状况，导致实际施工受到影响。
3.2 荷载计算
3.2.1 风荷载
在进行风载荷的设计计算时参考进行计算。在检查围护结构时，采用年一遇的风压。根据荷载规范公式，风荷载标准值计算公式参照《》（深圳标准）SJG 24-2012第6.3.3条进行计算。
3.2.2 地震作用
在进行地震载荷的设计计算时参考，本工程场地抗震设防烈度为，设计基本地震加速度为，设计地震分组为第一组。在计算预制外墙受到水平地震载荷的作用下，按照标准（深圳标准），第6.5.1条的规定，，式中为；为外墙板所在楼层在频繁地震作用下的加速度。根据设计软件中楼层地震作用比最大值与楼层重力荷载代表值为，取楼面加速度；为单位面积外墙板质量。
3.3 预制墙板承载力验算
3.3.1 窗侧竖板沿 PC 面内方向的抗弯承载力验算（地震作用沿 PC 窗面内方向）
以某一种墙板为例，在计算窗侧竖板沿PC平面的抗弯承载力时，边界条件可按窗顶确定，其余三边自由进行计算。在验算窗洞两侧的窗侧竖板在设防烈度（以下简称“中震”）和罕遇地震（以下简称“大震”）的地震作用下，是否达到设定的抗震性能指标。设防烈度地震作用约为，罕遇地震作用约为。根据《建筑抗震设计规范：》第条，结构构件的抗震截面计算公式为：，式中为0.80。根据结构设计软件计算结果，窗侧竖板根部弯矩M中=3.5kN·m3；M大=为5.1kN·m3；窗侧竖板截面b=700mm，H=200mm。
⑴ 验算中震作用下是否满足弹性要求
M中=3.5 k N·m3，根据受弯构件承载力计算公式计算，相对界限受压区高度=，As=，配筋率，最小配筋量 As，min=。
⑵ 验算大震作用下是否满足不屈服要求
M大=5.1 k N·m3，根据受弯构件承载力计算公式计算，相对界限受压区高度=，求得As=，配筋率ρ=As/（bh）=0.046%，最小配筋量As，min=280 mm2。
3.3.2 窗侧竖板沿 PC 面外方向的抗弯承载力验算（地震作用沿 PC 窗面外方向）
首先要检查窗洞两侧竖板在中、大地震作用下是否达到设定的抗震性能指标。中强地震的地震作用约为，大地震的地震作用约为。根据软件计算结果，窗侧竖板根部弯矩为M中=6.3kN·m3，M大=8.8kN·m3，窗侧竖板截面为，h=700mm。
⑴ 验算中震作用下是否满足弹性要求·m3，根据受弯构件承载力计算公式计算，相对界限受压区高度，求得，配筋率，最小配筋量。实际配筋面积，满足中震弹性要求。
⑵ 验算大震作用下是否满足不屈服要求·m3，根据受弯构件承载力计算公式计算，相对界限受压区高度，求得，配筋率，最小配筋量。实际配筋面积，满足大震不屈服要求。
3.3.3 窗台横板沿 PC 面外方向的抗弯承载力验算（地震作用沿 PC 窗面外方向）
考虑到窗底自由，其余三面固定的受力情况，对窗台是否满足小震弹性抗震性能指标和风荷载下的承载力进行验算，省略具体计算。
4 结语
综上所述，通过对预制混凝土外墙结构相关内容的阐述，我们对结构设计的基本情况和具体的设计方法有了更清楚的了解。鉴于结构应用的优势，现代建筑工程建设应做好结构的研究和应用。在明确外墙施工目标和重点难点的基础上，做好规范、组合等方面的设计，确保结构使用达到外墙设计的预期目标，从而实现外墙结构的理想设计和应用效果，保证结构的使用质量，保证建筑最终的整体施工效果。
参考文献
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