基于高層鋼結構住宅的外掛墻板技術研究與應用

沈萬玉， 李 花， 王從章， 田朋飛， 姚 翔

(安徽富煌鋼構股份有限公司，安徽 巢湖 238076)

0 引 言

裝配式鋼結構建筑指的是以鋼結構作為結構體系同時兼具圍護系統、設備與管線系統和內裝系統[1]且協調統一的建筑。安徽阜陽市潁泉區棚戶區改造抱龍安置區一期工程位于安徽省阜陽市潁泉區。該項目是以裝配式鋼結構建筑實施建造，其技術體系為：結構體系為鋼管混凝土框架支撐、預制疊合板、預制樓梯；圍護體系為預制混凝土保溫夾芯外掛墻板,即PC幕墻；通過ALC內墻條板穿電氣管線和PC幕墻電氣管線集成，符合設備系統的SI系統管線分離思想；通過內裝設計理念實現內裝系統與其他系統的協調統一。文章是基于該項目對PC幕墻的設計、制作、安裝總結。

1 設計要點

PC幕墻進行集成設計時，應結合建筑、結構、機電設備、裝飾、制作工藝、運輸、施工安裝以及運營維護等多方面的因素綜合確定，并應符合標準化要求，以少規格、多組合的方式實現多樣化的建筑外圍護體系。PC幕墻結構組成[3]如下：

1.1 產品建筑性能設計

(1)隔聲、保溫節能設計。PC幕墻具有優越的隔聲保溫性能。據規范《預制混凝土夾心保溫外墻板應用技術規程》，本墻板隔聲大于48dB，滿足規范要求。

PC幕墻具有優越的保溫性能。本墻板采用50厚鋼筋混凝土(C30)+50厚擠塑聚苯板+50厚鋼筋混凝土(C30)，傳熱系數為0.58。

(2)防水、防火設計。PC幕墻選用了構造與材料相結合的防排水綜合系統。水平縫采用高低縫，內側采用密閉性止水條。外側采用防水性能、耐候性能和耐老化性能優良的防水密封膠作嵌縫材料。豎縫采用減壓導水槽，每隔三層的垂直縫底部設置排水管，排水管宜采用PVC材料，內徑不應小于10mm。

PC幕墻具有優越的保溫性能。按照《建筑設計防火規范》(GB 50016-2014)第5.1.2條，非承載外墻構件一級及二級耐火極限需>1.00 h，據《建筑設計防火規范》(GB 50016-2014)，續附錄1，鋼筋混凝土大板墻(C20)60厚耐火極限為1.00 h，120厚耐火極限為2.60 h，本墻板采用50厚鋼筋混凝土(C30)+50厚擠塑聚苯板+50厚鋼筋混凝土(C30)，耐火極限>1.00 h，滿足規范要求。

(3)健康檢測系統設計。結構健康監測系統是保證重大工程結構安全的重要手段，對于保障人民群眾的生命財產安全以及經濟和社會的可持續發展具有重大意義。[2]PC幕墻可以通過產品部品件預埋芯片技術完成結構健康檢測。

1.2 產品力學性能設計

鋼結構建筑結構與外掛式墻板之間需要合理的連接形式(圖1)，如何選取結構安全且施工便利的連接方式，意義重大，國內市場上出現一些連接節點，但基本上不能同時兼具結構安裝與施工便利兩者。

與主體結構應采用柔性連接，連接節點[4]具有足夠的承載力和適應主體結構變形的能力。

通過PC幕墻抗彎實驗(圖2)表明：抗彎承載力是自重的13.32倍，抗彎性能優秀。框架整體抗震實驗表明滯回環包圍面積較大，耗能性能好。連接節點力學性能實驗表明：豎向受壓承載力達到350 kN，水平受拉承載力達到160 kN，節點力學性能優秀。實驗數據綜合表明：該板材及連接件具有良好的力學性能。

圖2 力學實驗

2 加工制作

2.1 工藝思路

由于PC幕墻為50 mm混凝土內葉、50 mm擠塑聚苯板、50 mm混凝土外葉組成，需要兩次澆筑成型。考慮與主體結構連接預埋直螺紋套筒出口朝向及預埋電氣線盒朝向，選擇正打工藝，即：模臺面為內葉面，背模臺面為外葉面，也為混凝土澆筑可視面。該工藝還可實現外葉外側微拉毛，保證了真石漆噴涂黏接牢固。澆筑混凝土時，電氣線盒的固定通過模臺定位螺母精確定位，預埋直螺紋套筒通過模具桁架進行精確定位，網片鋼筋保護層厚度通過不銹鋼桁架拉結件波紋腹筋與上、下弦鋼筋控制。保溫層通過內葉混凝土初凝后鋪設并二次澆注外葉混凝土工藝控制墻板厚度方向上的空間定位。

2.2 工藝流程

PC幕墻加工制作具體工藝流程如圖3所示。

圖3 制作工藝

3 安裝

3.1 工藝思路

吊裝總體分為兩步：初步安裝就位、微調終擰螺栓。初步安裝就位過程，利用墻板頂部吊裝孔進行吊裝，利用墻板下部兩個預埋螺栓與本層鋼梁連接，利用墻板上部另外兩個預埋螺栓與上層鋼梁連接。微調墻板時，利用原吊裝孔通過電動葫蘆掛住上層鋼梁，可實現平面內水平方向、平面外水平方向、豎直方向三維調節，保證了墻板安裝精度。

3.2 工藝流程

PC幕墻安裝具體工藝流程如圖4所示。

圖4 安裝工藝

4 小結及展望

文章介紹了鋼結構住宅PC幕墻維護系統產品及設計、制作、安裝環節。并總結了以下要點：

(1)確了產品設計要點：力學性能設計、保溫隔聲設計、防火性能設計、防水性能設計。

(2)提出了產品加工十個步驟：模臺清理、組裝模具、安裝預埋、布料、夾心保溫板鋪設、鋼筋及預埋件綁、外葉板二次澆筑、振動收光、養護窯養護、出窯運至堆場，保證了產品品質。

(3)給出了產品安裝九個步驟：安裝下連接節點、安裝起吊吊環、起吊墻板、安裝上連接節點、微調墻板、終擰螺栓、板縫防火施工、板縫防水施工、外墻板真石漆噴涂，確保了墻體安裝精度。

由于PC幕墻由混凝土材料組成，該墻板單位面積重量為250 kg，與其他輕質材料相比較，產品容重較大，對板材與主體結構連接要求較高。借助建筑材料的研究方法[5]，尋求一種輕能替代該板材內外葉混凝土的輕質材料[6]，是我們需要繼續努力的方向[7]。