轻型装配式外墙的设计、制作与应用研究——以浙江绍兴海滨大酒店项目为例

夏 磊

上海君道住宅工业有限公司

1 引言

近几年来，随着装配式建筑的发展，各地政策对于装配式建筑指标的要求越来越高。指标基本是三块内容：主体结构、内外围护及内装修，其中外围护基本为预制夹心保温外墙、内浇外挂体系的外墙或轻质墙板。但轻型、结构装饰保温一体化的外墙应用较少。同时，为了提高装配率和装配效率，越来越多的公共建筑甚至住宅都已采用钢结构体系。然而，传统的PC外墙质量大，精度不高，与主体结构在结合方面存在一定的问题，尤其是在与钢结构结合时，不但增加了结构的荷载，同时也影响了施工效率。所以外墙与钢结构之间的结合一直是个痛点。目前与钢结构结合较多的基本是ALC板，但其防水性能和装饰性能较差，不能满足外墙装饰、防水、保温等多功能的需要。另外传统外墙的安装节点也存在一定的问题，还需要对安装节点的可行性及安全性等方面进行综合设计考虑。目前市场还没有出现太多比较成熟的产品和案例。而在国外，轻型的装配式混凝土外墙挂板的应用已经非常普遍，技术也很成熟。

本文针对外墙板的设计过程中的一些关键问题研究，并结合国内现有装配式混凝土外墙挂板体系的发展现状和国外轻型外墙挂板的多年工程实践经验，提出了一种轻型装配式外墙板。并结合实际工程案例的应用来检验该外墙挂板系统可靠性，以便可为未来类似的项目提供积极有益的参考。

2 浙江绍兴海滨大酒店工程概况

浙江绍兴海滨大酒店项目地址位于浙江省上虞滨海新城。地上9 层，地下1 层，总建筑面积12939.65m2，地上建筑面积11822.35m2，地下建筑面积1117.30m2。建筑总高度为30m。

本建筑结构类型为钢框架结构，建筑设计使用年限为50年。抗震设防烈度为6°，设计地震分组为第一组，场地特征周期为0.45s。

本项目楼板为现浇钢筋混凝土，室内隔墙采用轻质隔墙板，外墙即采用本文介绍的轻型装配式外墙板。

3 建筑立面设计与板块分格

本项目为酒店楼，基于最大程度发挥装配式建筑的优势考虑，我们建议设计师将立面装饰和墙板分格调成统一的规格，进行标准化和模数化的设计，降低综合成本。图1为酒店效果图。建筑立面装饰效果为浅灰色清水混凝土。表面肌理为宽20mm、深10mm的梯形竖向装饰线槽。

本项目分主楼和裙楼两个部分。裙楼层高为4.5m，主楼层高为3.05m。最大柱间距为7.5m。由于裙楼层高较大且洞口较多，会因标准化程度低而增加成本。故最终裙楼部分采用传统砌筑的建造方式。主楼立面标准墙板的分格尺寸为3750mm×3050mm，窗洞尺寸为2400mm×1800mm。此类墙板数量达到了225 块，合计面积约为2600m2，占外墙总面积的约80%。后期生产可实现模具的高周转率，降低成本。整栋建筑的装配率达到了85%。

4 轻型装配式外墙板基本构造设计

4.1 墙板系统结构构造

轻型装配式外墙板（以下简称“墙板”）其本质是预制夹心保温墙板，故其在基本构造上也分为外页层、内页层及中间保温层。具体构造及措施如下。

（1）墙板外页层为50mm 厚的高性能混凝土，内部配Φ5@150 的冷拔钢丝网片，同时掺入一定量的有机纤维，共同作用保证墙板的强度和韧性。

（2）中间层采用高强轻钢龙骨框架作为整个外墙的受力支撑结构，轻钢龙骨的规格选用需综合考虑风荷载和地震荷载及脱模吸附力及吊装动力系数等因素，计算其在最不利情况下的荷载。

（3）轻钢龙骨与混凝土之间通过定制的栓钉进行锚固，由于锚固件是混凝土与轻钢连接的重要部件，为避免锚固件与外页混凝土之间产生热桥问题，锚固件表面进行了有环氧树脂浸渍处理。

（4）为了进一步减少轻钢龙骨框架与外页混凝土之间的热桥，构造上将轻钢与混凝土之间留出1cm的间隙。

（5）轻钢龙骨框架空腔部位填充墙体的保温材料，本项目外墙系统保温层材料为聚苯颗粒混凝土。具体保温材料选用可根据项目节能要求设置。

（6）内页层为15mm水泥纤维板作为内装修集成墙板安装的基层板（如竹木纤维板）。具体项目内装板材的选用及做法需要与装修专业进行沟通确定。墙板基本构造如图2。

图1 项目效果图

图2 墙板基本构造

4.2 墙板防水、防火及保温性能设计

4.2.1 接缝防水构造

综合考虑结构和温度变形及安装误差，将墙板之间的拼缝宽度设计为20mm，防水设计采用构造防水与材料防水相结合的方式。根据16SJ110-2、16SG333《预制混凝土外墙挂板》6.4.1中的规定：建筑高度50m 以下的建筑挂板板缝可采用一道防材料防水和构造防水相结合的做法；50m 以上的建筑挂板板缝应采用两道材料防水和构造防水结合的做法。本项目高度为30m，但为保证万无一失，我们采用了高标准。具体做法为以下几点。

（1）墙板水平缝和竖向缝均采用了两道材料防水。水平缝采用企口的造型，避免了水在重力和风的作用下产生向室内倒流。

（2）竖向缝仍采用平直拼缝。在墙板吊装完成后在墙板靠室外侧（企口下端）施打适量的聚氨酯泡沫填缝剂，然后在塞入泡沫棒，并用改性硅酮密封胶密封，密封胶有效深度不小于10mm。充分保证墙板的防水性能。

（3）墙板接缝内侧采用三元乙丙胶条进行对压密封，保证外墙系统的气密性。

4.2.2 防火性能

该墙板系统本身材料均为不燃材料，经耐火极限测试结果为3h。满足规范对非承重维护构件的耐火极限要求。且墙板外露轻钢龙骨均采用防火涂料涂刷。施工时只需做好水平层间防火，防止“烟囱效应”的发生即可。本项目墙板与钢结构之间的间隙为50mm。层间采用了国产优质的防火岩棉填充，梁上下采用1.5mm 镀锌板封堵，保证岩棉不会脱落。同时起到防火和保温的双重作用。

4.2.3 保温隔热性能及隔声性能

墙板保温层为130mm 厚的聚苯颗粒混凝土，综合考虑保温性能和低容重的前提下，我们通过不同配合比的试块进行性能测试，最终根据实际检测报告数据得，该项目墙板的传热系数为0.59W/（m2·K），满足公共建筑节能设计规范和建筑设计的要求。由于外墙系统特殊的构造，墙板的隔声性能也较好，检测结论为所测构件在上述工况下的空气声计权隔声量Rw（C；Ctr）为49（-1；-4）dB。满足GB 50118—2010《民用建筑隔声设计规范》的要求。

4.2.4 耐久性能

由于混凝土为人造材料，尤其对有装饰要求的外墙板来说，长期暴露在室外环境中会产生诸如：返碱、开裂、变色、污染等现象，在盐雾及酸碱条件下更为明显。所以需要对外墙表面进行防护处理，我们经与专业团队进行研发，针对市场常见防护剂存在的问题进行改善，研发一种纳米二氧化硅的专用防护剂。其通过表面成膜和渗透的特性保证了外墙的防水和耐污防护，使得外墙板的耐久性能得到极大的改善。

5 墙板生产工艺及质量控制应用要点

5.1 模具的设计及选用

在生产过程中，主要是墙板制作与轻钢的组装。装饰混凝土板的生产主要在于模具的制作和处理，一块墙板3000×3750，重量大约1.5t，模具的表面必须做到平整，边模的制作及尺寸定位必须准确。否则，生产出的墙板平整度不满足要求，四边的垂直度不满足要求，影响现场安装。该项目因标准板数量多，翻模次数多，我们采用钢模作侧模，综合成本较木模来说降低不少，同时保证了墙板的制作质量。

再者，墙板有竖向凹槽，刚开始我们基本成本考虑，采用定制的硅胶条粘在底模上，但由于粘接不牢，每次脱模后硅胶条都被从底模上拉起，重新粘贴及清理比较费人工；后来我们改成整体钢模，凹槽造型用钢板铣出线条造型与钢底板焊在一起，钢模的使用解决了板块平整度的问题，误差也控制在规定范围内，但由于钢线条尺寸较小，每次脱模后板块凹槽位置会容易崩边，后期修补量较大，故该方案也不可取。

经过前几次的经验，我们总结出不仅需要开与墙板尺寸1：1整体模具，保证板块的整体性，精度，模具材料材质必须较软，保证凹槽线条方便脱模，不至于被损坏，最终本人建议采用整体硅胶模。经试验，该方案切实可行，虽然成本稍高，但基本解决了上述所有出现的问题。

5.2 轻钢龙骨的加工与装配

钢框的加工组装，由于开始考虑到节约成本，钢框由厂家加工好材料，我们自己组装，竖龙骨与横龙骨之间采用转接件采用螺钉连接。实际证明，该方式耗费的人工较多。后来我们改为横龙骨穿孔，竖龙骨从横龙骨孔隙穿过，直接用螺钉固定横竖龙骨的翼缘，虽然此法材料加工成本较高，但节约的人工成本基本可以与高出的加工费持平，实际经验说明，控制人工成本远远比控制材料成本更有效节约综合成本。

5.3 墙板的加工制作

墙板由于对装饰性的要求高且墙板现场不作二次处理，所以对制作工艺的要求较传统夹心外墙更高，应注意以下关键节点的控制。

（1）首先要控制好混凝土的配合比，保证其具有一定的流动性及和易性，保证其能在正常振捣的情况下可以充分密实，避免角部、锚固件及窗框位置的空洞，但流动性也不能过大，过大不利于墙板防水翻边的制作。

（2）因轻钢与侧模之间操作空间较小，还有锚固件、钢丝网片等，必须采用平板振动器与细型的振动棒相结合，振动时间需控制在30s之内，避免混凝土产生离析现象。

（3）聚苯颗粒混凝土填充时应当保证压实，且填充到轻钢空腔的各个角落，避免空洞，从而影响墙板的保温性能。

（4）墙板制作完成后应进行覆膜养护，同时避免接触风口位置，避免失水太快影响强度的增长。

（5）墙板养护15h～16h，待抗压强度达到设计强度75%时可以进行脱模起吊，在墙板离开模具之前应当缓慢提升，避免墙板损坏，同时为了保证安全，起吊的角度应小于45°。

（6）墙板转至规定位置进行继续养护至7天，避免墙板受阳光直射，同时晒水养护，每天保证2～3次，保证墙板充分养护，避免后期的返碱现象。

（7）在后期养护过程中及运输转运过程中一定要注意墙板的成品保护，采用质软的且不易在墙板表面留痕的材料进行隔离。通过上述各环节的控制，才能最大程度保证墙板的质量和装饰效果。

6 墙板安装节点及误差控制措施

本项目墙板的结构连接设计采用四点连接，基本支座受力形式为转动式的挂板连接形式，下端支撑受力的方式，上端为转动铰接连接，只承受水平拉力。

目前市场上出现的外墙挂板存在连接多数不能实现误差的调节，或调节余量较小。这样的方式不但现场安装精度不高，还会导致现场安装费用增高，一旦发现错误，无法更改。为了避免上述情况，我们采用了以下节点方案。

（1）连接节点为座立式，下挂点采用挂件卡接式连接，如图3。该种形式的挂件可使板块的安装非常便捷，板块可以通过挂件在L型转接件上滑动实现左右的调节，L型转接件上开有前后方向的长圆孔，与U 型底座的左右方向长圆孔对接可实现前后距离的调节，位置调好后，用方垫片点焊定位。

图3 墙板下挂点

（2）板块挂件上的螺栓用于标高方向调节，保证调节余量为±2cm～3cm；上挂点为水平限位节点，主要承受水平方向上的荷载，我们采用定制加工的螺纹套筒与板内轻钢骨架连接，现场安装时通过L 型转接件一端与套筒连接，一端与主体结构钢梁通过U 型转接件连接，调节原理与上挂点类似，如图4。均能实现墙板的三维六向调节，施工安装的误差得到了有效的控制，且安装效率大大提高，节省了施工周期。墙板现场安装及安装完成后的效果如图5、图6。

图4 墙板上挂点

图5 墙板现场安装

图6 墙板安装完成效果

7 结论与展望

综上所述，我们在经过对轻型装配式墙板结构性能、防水构造、隔热保温、耐火性能及隔声性能的综合分析，确定了符合上述要求的外墙系统构造，并通过对生产制作及安装过程中关键节点的控制，使得轻型外墙系统的优势在项目应用中得到完美的呈现。

本文在目前国内轻型装配式外墙板应用较少且无相关标准及案例可遵循的情况下，结合现有预制外墙挂板相关标准和国外外墙挂板的技术和应用情况，对轻型装配式外墙板的构造、生产工艺、安装技术等关键问题进行了研究并通过实际项目的实践，验证了该外墙系统的可行性及可靠性。

通过我们对该类轻型装配式外墙的技术的阐述，希望能给此类外墙的研究带来一些有益的借鉴和参考，并能够引起更多业内同行的关注，共同参与研究探讨及技术推广，使轻型装配式外墙系统的技术更加成熟，标准更加完善。并在更多的项目上得以应用。