装配式建筑半内嵌式外防水内保温外墙板的研究

蒙立强¹ 陈 俊¹ 刘桂萍¹ 袁 波²

1. 广西建工集团第四建筑工程有限责任公司 广西 桂林 541003；2. 广西建工集团有限责任公司 广西 南宁 530200

在装配式建筑SI体系的基本理念中，S是建筑的主体结构部分，主要包括承重结构中的柱、墙（承重）、梁、板，I是建筑的功能性设施，比如非承重墙、装修、设备等。对于I部分的非承重墙，外墙板直接与建筑外部大气接触，其性能显得尤为重要，特别是防水与保温性能。

目前装配式建筑工程中，外墙板多采用内嵌或外挂2种方式。内嵌式的外墙板主要采用轻质材料制成，如蒸压加气混凝土、陶粒混凝土、泡沫混凝土、空心形式的普通混凝土等，其外表面直接接触大气，容易受环境因素影响而产生裂缝，且墙板之间的接缝处容易出现渗漏水现象。外挂式的外墙板通常采用普通混凝土材料浇筑而成，其施工难度较大、成本较高，且保温隔热性能较差，需另外再安装保温隔热材料[1-2]。

1 研究思路

针对上述所提出的问题，我们考虑研究一种半内嵌式外防水内保温的外墙板，采用内外双层复合的方式，即墙板外层采用普通混凝土浇筑而成，内层则使用泡沫混凝土材料，2层之间通过钢筋桁架进行连接，墙板与主体结构之间通过预埋件连接固定，以使安全、防水、保温等性能得到保障。墙板外观及钢筋桁架如图1、图2所示。

2 具体流程

配筋设计及计算→模板及预埋件设计→模板及预埋件加工制作→模板支设及钢筋、预埋件安装施工→模板、钢筋及预埋件验收→浇筑普通混凝土→浇筑泡沫混凝土→养护→拆侧模→脱底模→吊装及安装试验

图1 墙板外观

图2 钢筋桁架

3 实施要点

3.1 配筋设计及计算

墙板除自重外，主要承受室外风荷载及水平地震作用。风荷载按B类地区50年一遇风压考虑，取基本风压值w0=0.55 kN/mm2，体形系数取2.0，高度变化系数按50 m高度取1.62，阵风系数按50 m高度取1.55，地震荷载按抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，抗震设防类别按丙类。通过计算，所设计墙板参数符合要求，主要参数值为：墙板板厚200 mm，其中，外层部分采用普通混凝土，强度等级为C30，厚度为80 mm，内层部分采用泡沫混凝土，抗压强度为3.5 MPa，厚度为120 mm，墙板配置双层双向φ6 mm@100 mm的HRB400级钢筋，距离墙板侧边200 mm起配置钢筋桁架，墙板中的钢筋桁架间距为400 mm，并根据计算配置相应预埋件，墙板配筋局部如图3所示。

图3 墙板配筋局部平面示意

3.2 模板及预埋件设计

由于墙板体的每个侧面都具有一定的线条，形状不规则，因此，可使用BIM技术先对墙板体进行建模，然后在建模环境下新建模板模具材料，将墙板体线条的凹陷部分填满，最后使用相同的模板模具材料来绘制出模板模具及肋板等辅助件，并出最终施工图。

1）根据所设计的墙板体尺寸，通过体量族的方式，对墙板体进行建模，将墙板各个侧面的槽口、企口等线条绘制出来。墙板体的模型建好之后，再利用新建模板模具的材料，将槽口和企口等线条填满。

2）沿着已填满线条的墙板体的侧面绘制出模板模具及肋板等辅助件，然后将墙板体删除并另存为族文件，新建一个项目文件，将族文件载入到项目，进入三维视图，在项目浏览器中找到族，然后创建实例，即可得到模板模具及其线条的三维模型图。

3）分别在平、立面视图中创建详图索引，于是在项目浏览器中便自动生成详图索引视图，进入视图对文件进行处理，主要是标注尺寸及调整比例，调整比例使尺寸的显示大小在视图中显示合适，并把不需要在导出的图纸中显示的内容选中并隐藏，然后新建一张图纸，将平、立面的详图索引及三维视图拖拽到图纸窗口中，完成之后即可打印最终施工图，或导出CAD格式图纸。

4）利用同上方法步骤对预埋件进行建族并导入到新建的项目文件中，然后出最终施工图。

3.3 模板及预埋件加工制作

根据绘制好的模板模具及预埋件的配件加工图，向加工厂技术工人交底，将各零部配件加工制作出来。在将零部配件组装与焊接之前务必要先校核尺寸，以免焊接完成之后发现有误而不得不返工，尺寸校核无误后，方可进行组装与焊接。

3.4 模板支设及钢筋、预埋件安装施工

用截面尺寸为50 mm×80 mm的木方作为底模梁，其下垫普通烧结页岩砖，其上铺设厚16 mm木胶合板，并将模具固定于胶合板上，用钉子钉牢。校核尺寸无误后，安装预埋件、钢筋及钢筋桁架，完成后复核尺寸，确认无误后，方可进入下一步工序。

3.5 浇筑普通混凝土

把现场用的水泥、砂、石等原材料提供给实验室，由实验室给定混凝土配合比，并结合现场的砂、石含水量计算出施工配合比，严格按照配合比进行混凝土的配制，并使用搅拌机进行拌和。在浇筑之前，要把模板面上的杂物清除干净，并完成对模板、钢筋及预埋件的验收，在浇筑过程中，严禁随意往混凝土拌和物中加水，并严格控制浇筑层的厚度，同时按事先制定的方案留置同条件养护试块。

3.6 浇筑泡沫混凝土

待普通混凝土终凝后，方可浇筑泡沫混凝土，泡沫混凝土的原材料与普通混凝土不同，主要有水、水泥、专用胶水、泡沫颗粒，其配合比也是由实验室给定。将现场使用的原材料提供给实验室，再根据实验室给定的配合比计算出每盘泡沫混凝土所需各材料用量，使用搅拌机在现场拌和均匀后进行浇筑，浇筑过程中按方案留置试块。

3.7 吊装及安装试验

1）吊装。当留置的同条件养护试块的试压强度达到75%之后，即普通混凝土的试压强度达22.5 MPa、泡沫混凝土的试压强度达2.63 MPa后，方可将墙板运输至实验室进行吊装。把墙板放置在翻转架上，翻转角度达到规范要求的≥45°时，把事先准备好的吊环杆与墙板中的预埋吊件连接，预埋吊件宜为2个，后通过吊车吊钩扣住吊环，确保安全后方可进行试吊。当墙板被吊起离地20 cm左右时，暂停起吊，观察吊点处的连接牢固性、墙板的稳定性以及绳索的变化情况，确认无异常后，方可继续正式吊运至安装位置。

2）安装。把事先预埋在墙板中的钢牛腿件置于实验室工字钢梁上的指定螺栓点位置，工字钢梁上预留孔洞尺寸满足规格为M36六角头螺栓的插入要求，调整螺栓高度，使其顶面能够与钢牛腿件完全接触，并支承整个墙板自重，然后用L形件将预埋螺杆与工字钢梁进行连接，工字钢梁事先开孔，孔洞尺寸满足规格为M20六角头螺栓的插入要求，采用螺栓将其固定牢固，以限制墙板水平方向的位移，安装完成之后，方可松开吊车吊钩[3-4]。

4 应用案例

4.1 工程概况

南宁市某大饭店项目位于青秀区云景路以南、高坡岭路以东。项目规划总用地面积为16 716.94 m2，总建筑面积为111 809.20 m2，由1栋建筑面积为33 928.17 m2的29层酒店，1栋建筑面积为35 866.5 m2的24层商务办公楼，1栋建筑面积为5 168.25 m2的5层商业裙楼组成。酒店和商务办公楼建筑屋面高度为119.85 m，5层商业裙房建筑屋面高度为23.82 m，整体设3层地下室，地下室建筑面积32 484.79 m2。酒店子项要求按装配式建筑设计，装配率要求≥30%，故酒店子项结构形式为混合框架-混凝土核心筒的双重抗侧力结构体系，混合框架为矩形钢管混凝土柱＋钢梁＋钢筋桁架楼承板结构体系。

4.2 应用效果

通过半内嵌式外防水内保温外墙板在该项目中的应用测试，其效果如下：

1）成本与进度方面。与传统内嵌式外墙板相比，半内嵌式外防水内保温外墙板能够很大程度地避免后期由于墙板开裂出现渗漏水而导致的维修问题。与外挂式外墙板相比，其质量轻，施工难度相对较低，且后续不需再另外安装保温隔热材料，对于节约成本起到了较大作用。另外，一次吊装安装完成，即实现防水与保温功效，减少了后期安装保温隔热材料所需时间，缩短了一部分工期。

2）安全与质量方面。通过设计与计算，确定配筋及相关预埋件，并进行加工制作与安装施工。经过对墙板进行吊装及安装试验，确认墙板在承受荷载方面可行，符合安全可靠的要求。从原材料到配合比，再到浇筑与养护，层层把关，过程控制，严格按照施工工艺进行操作，按照相关规范规定进行检查与验收。实践证明，质量能够达到预期效果。

3）防水与保温方面。其槽口与企口均参照现行国家建筑标准设计图集进行设计，所使用气密条、建筑密封胶及其背衬材料均符合规范要求，经淋水试验，确认防水性能良好。在保温方面，主要依靠内层厚120 mm的泡沫混凝土，由于泡沫混凝土中含有大量的封闭细小孔隙，因此具有良好的保温隔热性能，通常密度在300～1 200 kg/m3范围的泡沫混凝土，导热系数k在0.08～0.30 W/（m2·K）之间，满足k≤0.8的最低标准限值的要求，热阻是普通混凝土的10～20倍，能够满足建筑节能要求。

5 结语

本文主要是对装配式建筑SI体系半内嵌式外防水内保温外墙板进行研究，其防水与保温方面的性能达到了预期效果，安全稳定方面也能满足要求。但是，该半内嵌式外墙板也存在着许多不足，比如接缝处仍旧需要进行打胶处理，其耐久性问题仍待考究，且高处打胶作业的安全保障措施成本依旧较高。在今后的实践过程中，应深入研究接缝处的构造自防水内容，以避免打胶作业，从而更好地推动装配式建筑技术的发展。