装配式建筑预制混凝土外墙的结构设计分析

刘 涛

江苏大洲工程项目管理有限公司

1 引言

随着近些年来建筑行业不断发展，建筑工程也在向着规模越来越大，对于建设精度的要求也越来越高的方向发展。这也使得建筑工程在建设的过程之中所耗费的能源越来越多，而且很多建筑机构在对现场进行建设时，往往不注意卫生的控制以及其他方面的问题，这也为建筑工地周围的环境带来了非常大的威胁，甚至会影响到居民的日常生活和起居。而装配式建筑非常良好的解决了这一问题，在建设的过程之中会产生比普通建筑建设更少的污染物，而且总体耗费的能源更低。但是目前我国装配式建筑的发展仍旧处于起步阶段，比如在混凝土外墙的结构设计上还存在着一些问题，所以本文针对装配式建筑预制混凝土外墙结构设计之中存在的问题，进行了一定的研究分析。这样可以为装配式建筑的发展做出一定的参考和贡献。

2 装配式建筑概述

装配式建筑从本质上来说，就是将传统的建筑工程进行一定的模块分割，而后将特定的模块在工厂之中直接生产出来，运送到施工现场直接进行组装，这在一定程度上降低了建筑施工过程之中所带来的污染以及对施工场地的影响。另外由于局部的构建，直接进行模式化的生产，也可以在源头上节约，对于能源的利用。这是当下建筑工程发展的一大趋势。

在装配式建筑的建设过程之中，最为主要采取的建筑模式就是内浇外挂体系。具体来说就是建筑的内部采用浇筑的模式进行构建，外部则进行直接的挂件组装。而在这其中非常重要的一个部分就是外部的混凝土外墙。预制的混凝土外墙对建筑整体的质量具有非常重要的影响作用。目前在装配式建筑混凝土外墙的设计以及制造过程之中，最为主要参考的文件是深圳市发布的《预制装配混凝土外墙技术规程》，混凝土外墙在外部的装配形式有两种，分别是悬挂式和侧帘式，需要根据建筑本身不同的情况进行选择，另外两种方式在预防的地震级数以及其他方面的强度都有所不同。

3 装配式预制混凝土外墙结构优势

3.1 有利于工程建设效率、质量提升

在装配式建筑施工的前期，最为主要的工作就是对建筑整体进行设计。设计部门给出的相应设计方案和图纸是后期进行施工最为重要的依据。而且装配式建筑各个零部件之间的连接往往都更为复杂，对于设计图纸的要求也就更高。另外由于装配式建筑仍旧为建筑行业之中的一种，所以相应地设计图纸还要包括其他更多部分的内容，比如建筑整体的防火设计，隔声设计等。但总体来说，通过前期的设计对整个建筑进行结构，而后将局部的构建设计图纸送往到生产厂家进行生产，这整个过程有利于工程建设效率和质量的提升。与传统的建筑工程建设相比，要提升装配式建筑建设的效率和质量，这也建设在前期设计图纸较为完善的前提之下。

图1 吊装施工

3.2 有利于节能降耗目标落实

传统的建筑工程在进行建设的过程之中，建设现场往往会产生大量的粉尘，会对周围的环境造成严重的污染，有的时候还会影响到周围居民的人身健康。所以装配式建筑在建设的过程之中，可以较为良好的解决这一问题，比如装配式建筑由于是在工厂之中进行局部构建的生产，所以可以使用更为多元化的原料，降低能源的利用和消耗。另外由于在施工现场，往往只需要对相应零部件进行整装与传统的建筑建设不同，所以产生的污染也较低。不过未来在装配式建筑建设的技术提升上还需要不断进行改进，比如对相应原料的使用相应技术的更新等，要不断向着节能降耗的目标进行落实。

图2 PC外墙

3.3 有利于降低劳动成本

传统的建筑工程建设，从施工现场的地基打造，一直到最后的竣工，都需要相应地施工人员全部投入到建设过程之中。而装配式建筑由于很多建筑局部都是在生产制造过程之中完成，在施工现场只需要进行一定的装配，这也使得现场的施工量大大降低，因而在一定程度上降低了劳动成本。而且由于相应地生产厂家在制造建筑局部构建的过程之中，形成了模式化的生产，规模化生产会使得成本进一步降低。比如在装配式建筑建设完成之后，一般可以直接对外部进行装饰性的建设，而不用进行粉刷，从这一步就直接比传统的建筑工程节省了较高的人力物力财力资源。总的来说装配式建筑的建设已经从各个方面节省了对于资金的使用，提升了建筑工程整体建设的经济效益，有利于相应地建筑企业，在市场上获得更高的竞争力。

4 装配式建筑预制混凝土外墙的结构设计分析

装配式建筑在建设的过程之中，与普通建筑建设最为明显地区别就是将一些局部结构的建设进行模式化的生产，这也就在一定程度上提升了建筑建设整体的效率。而最为突出的局部建设，就是对装配式建筑预制混凝土外墙的建设。当下很多装配式建筑的混凝土外墙，往往都是统一规格进行建设，这也使得在装配的过程之中，更具灵活性和自由度。但是也因为混凝土外墙在生产厂家生产的过程之中没有太大的出入，所以在具体装配的过程之中，也没有更多的尺度。具体来说，对装配式建筑预制混凝土外墙结构的设计需要注意以下几点。

4.1 预制混凝土外墙的规格设计

根据相应混凝土外墙在装配式建筑的建设过程之中的作用，可以进行两大分类。分别可以分为围护板混凝土外墙和装饰板混凝土外墙。具体来说，维护板混凝土外墙的作用就是在建设的过程之中对建筑整体内部的浇筑，部分起到维护的作用，也就是混凝土外墙的核心作用。而装饰板主要是对内部的围护板起到装饰的作用，也是为了建筑整体的形状和美观性，两者由于作用不同，所以在具体生产过程之中所使用的原料和技术也各不相同。

另外对预制混凝土外墙进行规格设计的过程之中，还需要考虑建筑本身的设计特性，比如在装配式建筑中，以横向的力为主要受力时，往往就需要以横条板作为主要的预制件，以竖向的力为主要受力时，则需要采用竖条板作为主要的预制件。另外在御制的过程之中，还需要考虑到墙板和冲动之间的关系，对整个建筑所有的窗洞设计都需要进行细致的把控，而后体现到混凝土外墙的规格设计之中。这样才能在后期的装配过程之中，使得相应地混凝土外墙与内部已经完成的浇筑结构能够完全适配。

4.2 预制混凝土外墙的材质设计

在预制混凝土外墙的材质设计以及相应地外观表现之中，具体可以分为以下两种方法。第一种就是通过相应地装饰混凝土外墙以及相应地配合刷漆，对预制的混凝土外墙进行一定的装饰。另外一种就是直接利用混凝土外墙本身的纹理结构以及其他方面的配合，在生产的过程之中就直接形成相应地装饰面。其实混凝土外墙在建设的过程之中，本身就具有一定的审美性和冲击力，所以让混凝土直接作为装饰墙进行，出现也是一种淳朴的设计效果。针对不同建筑所处地区的环境状况不同，以及建筑的用途和其他方面的考虑，在预制混凝土外墙的材质设计过程之中需要因地制宜。

比如在某处北京的装配式建筑建设过程之中，相应地混凝土外墙材质设计使用的就是外挂墙板。具体由专门的横向和纵向的窗板以及相应地立柱构建而成，具有一定的视觉冲击力。在另一面的混凝土外墙设计以及装配过程之中，所使用的就是涂抹材料，这对混凝土本身也具有一定的立面效果。而且在装配式外墙设计的过程之中，合理的运用相应地颜料以及瓷砖可以大大加强建筑整体在最终完工之后的表现力和艺术审美性。这些都需要设计人员在前期进行不断地摸索，而后融合各类文化因素，按照建筑本身的要求，建设出最为合理和科学的建筑。

4.3 预制混凝土外墙的结点设计

装配式建筑与普通的建筑建设相比，最为重要的一个方面就是各个结构构件之间的连接，这也就是结构构件的节点。建设的过程之中，对于连接结构节点的稳定性要求非常高，因为这直接影响着建筑本身的质量。如果连接部位的质量出现了问题，这会使得建筑本身在后期给业主带来一定的安全隐患。在对节点进行设计的时候，不仅要考虑相关的物理因素，而且还要考虑到施工现场的气候状况，地质状况乃至其他方面的因素。从防冻抗震等角度对节点进行相应地设计。

5 案例分析

5.1 工程简介

本次装配式建筑工程位于广西壮族自治区崇左市宁明县的一处中学学生宿舍楼。也是广西壮族自治区第一批装配式建筑的示范之一，对广西壮族自治区整体建筑行业的发展以及相应装配式建筑的建设，都有一定的意义。该学生宿舍楼一共6栋5层高19.35m，建筑总体面积达49,061m2，没有地下室设计。整体采用的是新式装配，混凝土框架结构。而且本次装配式建筑的设计还考虑到广西壮族自治区所在地的气候情况，要兼顾夏季降温和冬季采暖多方面的要求。

5.2 混凝土外墙保温隔热设计

在学生宿舍装配式建筑，混凝土外墙的设计过程之中要考虑到相应保温隔热的要求，而且还要满足《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）相应地规定，最终确定两侧混凝土装配墙体的厚度应当大于等于55mm。而后通过下图之中对相应混凝土外墙项目特征的描述以及分析可以了解到，选择混凝土外墙挂板和内部保温复合板两者进行组合，在建设过程之中，可以最大程度上利用相应地资源。

另外在具体的建设过程之中，往往是采用保温隔热一体化的维护系统设计。但是广西壮族自治区地处，气候较为特殊，夏季较为炎热，冬季较为温暖，所以在进行外墙设计的时候，使用传统的维护系统不能充分发挥混凝土外墙的优势。所以内部保温层需要单独进行设计，而后联系相应地生产厂家进行生产。而且在安装的步骤上也需要进行一定的调整，则是先安装外部的混凝土挂墙，而后再对内部的保温层进行安装。另外在考虑到建筑本身结构特征的基础之上，上下层建筑结构可以同时进行施工。这样在一定程度上，两处施工之间可以进行一定的配合，而且也可以弥补普通施工工序中所存在的一些问题和不足。另外采取这样的混凝土外墙设计方法，也可以在一定程度上起到节能环保的作用，不仅在建设过程之中可以节省相应地能源，而且在后期的使用过程之中，也可以结合当地的自然环境进行节能。

6 结语

总的来说装配式建筑的设计虽然已经有了一定程度的发展，但是当下仍旧存在着一些问题，尤其是在预制混凝土外墙的设计方面，从源头的结构设计，包括后期生产过程之中，对相应原料以及技术的使用以及最终的装配过程都仍旧存在着一些问题。需要相应研究人员和学者不断地研究和努力，必要时可以借鉴西方在装配式建筑设计上的一些先进经验，融合到我国的建筑上来，为我国装配式建筑的发展作出贡献。