裝配式建筑外掛墻板結構設計

錢富貴

（中國建筑西南設計研究院有限公司貴州分院，貴州 貴陽 550000）

從20世紀60年代，裝配式建筑在瑞典、丹麥、芬蘭等北歐國家由政府主導建設的“安居工程”中，大量建造PC建筑。主要為多層“板樓”，成功解決了國民住房問題，不僅提高了效率，降低了成本，也保證了質量。裝配式建筑是指，先將梁、板、柱、外墻等建筑構件在PC構件廠內生產完成，通過與PC構件模數協調、與路線環境相匹配的運輸工具運到施工現場，然后采用可靠的安裝方式和安裝器械將這些建筑構件組裝連接起來，使建筑物具備不同使用功能。與傳統建筑現場施工相比，這種建造方式具有污染小、集成度高、工程進度快、建筑構件質量容易得到保證等優點。然而由于我國現有的施工技術和機械化條件不先進、不成熟、不系統、外掛墻板設計中的保溫問題、防水問題、耐久性問題都是迫切需要解決的。

1 裝配式建筑的發展前景

1.1 裝配式建筑的優缺點

隨著我國城市化進程的加快，城鎮越來越多的樓房拔地而起，這就迫切需要一種新型的建造方式來適應這種形勢，裝配式建筑順應了這種形勢的發展，建筑行業迎來了新的契機。裝配式建筑有以下優點：降低了施工現場的噪聲污染，保護環境；構件能夠在工廠內進行產業化生產，生產便捷，到了施工現場后，可以直接安裝，速度快，效率高，可大大縮短施工工期；在施工現場的作業量減少，在很大的程度上降低了材料浪費，使材料的利用率最大化；構件在工廠采用機械化生產，產品質量在機械參數化生產后得到有效保證；降低料具租賃費用，減少周轉料具投入量，節約成本；減少施工現場的作業量，有利于環境的保護；構件生產基本上都是機械化，減少了現場施工人員配備，節約成本。然而，裝配式建筑外掛墻板也有很多缺點：裝配式剪力墻施工時，由于外掛墻板依附于鋼筋混凝土墻板（內葉板）上，有時外掛墻板上的預留對拉螺桿孔洞過少，可能導致模板剛度不夠，使外掛板向外偏移，現場組裝困難[1]。

1.2 裝配式建筑的展望

隨著人民生活水平的不斷提高，越來越多的樓房在建設之中，政府、人民對建筑品質的要求也越來越高，因此建筑行業競爭壓力逐漸變大，如何推進建筑業產業發展方式的升級與轉變是建筑行業有關人士亟需思考的問題。走綠色環保、低碳循環、持續發展的道路，促進節能減排是建筑行業目前發展的主流方向。因此裝配式建筑對改善生態質量和促進社會經濟可持續發展具有重大的意義。

2 裝配式建筑外掛墻板的拆分原則

外掛墻板不是結構構件，其拆分設計主要由建筑師根據建筑立面效果確定。外掛墻板應安裝在主體結構構件上，及結構柱、梁、樓板或結構墻體上，墻板拆分受到主體結構布置的約束，必須考慮到實現與主體結構連接的可行性。如果主體結構體系的構件無法滿足墻板連接節點的要求，應當引出如“牛腿”類的連接件或次梁次柱等二次結構體系，以服從建筑功能和藝術效果的要求。外掛墻板最大尺寸一般以一個層高和一個開間為限。歐美國家也有跨兩個層高的超大型墻板，但制作和運輸都很不方便。開口墻板如設置有窗戶洞口的墻板，洞口邊板的有效寬度不宜低于300mm。

3 裝配式建筑外掛墻板的結構設計

3.1 PC墻板結構設計內容

1）連接節點布置

PC墻板的結構設計首先要進行連接節點的布置，因為墻板以連接節點為支座，結構設計計算在連接節點確定之后才能進行。

2）墻板結構設計

墻板自身的結構設計包括墻板結構尺寸的確定、作用及作用組合計算、配置鋼筋、結構承載能力和正常使用狀態的驗算、墻板構造設計等。

3）連接節點結構設計

設計連接節點的類型、連接方式；作用及作用組合計算；進行節點結構計算；設計應對主體結構變形的構造；連接節點的其他構造設計。

4）制作、堆放、運輸、施工環節的結構驗算與構造設置

PC墻板在制作、堆放、運輸、施工環節的結構驗算與構造設置包括脫模、翻轉、吊運、安裝預埋件的設置；制作、施工環節荷載作用下墻板承載能力和裂縫驗算等。

3.2 外掛墻板結構設計

1）外掛墻板必須滿足構件在制作、堆放、運輸、施工各個階段和整個使用壽命期的承重能力要求，保證強度和穩定性；還應控制裂縫和撓度。

外掛墻板是裝飾性構件、對裂縫和撓度比較敏感。按現行國家標準《混凝土結構設計規范》 （GB50010-2010）規定的最大允許裂縫寬度為0.2mm。0.2mm的結構裂縫是清晰可視的，清水混凝土和表面涂漆的墻板不大容易被用戶接受，心理上會形成不安全感。外掛墻板在制作、堆放、運輸、安裝環節荷載作用下不應當出現裂縫。《混凝土設計規范》規定的受彎構件撓度的限值，是為屋蓋、樓蓋及樓梯構件規定的；外掛墻板計算跨度一般小于7m，照搬1/200撓度是可行的，這個撓度在視角上不會有明顯的感覺。

2）作用與PC墻板的荷載與作用

不考慮連接節點，PC墻板本身結構計算需要考慮的荷載與作用與墻板方向有關。豎直PC墻板結構計算不需要考慮與墻板平行的重力荷載，只需考慮垂直于墻板的作用，包括風荷載和地震作用。不規則建筑表面傾斜和仰斜的PC墻板需要考慮的作用包括自重荷載、仰斜墻板還包括雪荷載、維修集中荷載。

3.3 墻板結構計算簡圖

3.3.1 無洞口墻板

外掛墻板的結構計算是驗算水平荷載作用下板的承載能力和變形；豎直荷載主要是對連接節點和內外葉板的拉結件作用。外掛墻板是以連接節點為支承的板式構件，即四點支撐板。

3.3.2 長寬比大的墻板

長寬比較大的墻板，長邊內力分布比較均勻，可直接按照簡支板計算；短邊內力因支座距離較遠而分布不均勻，支座板帶比跨中板帶分擔更多的荷載，應當對內力進行調整：支座板帶承擔75%的荷載，跨中板帶承擔25%的荷載。

3.3.3 墻板結構計算內容包括：配筋和墻板承載力驗算；撓度驗算；裂縫寬度計算。

按照日本經驗，PC墻板隨著安裝節點位置的變化、開動情況的不同等，計算機計算的結果與人工計算結果差距較大。為了確保安全，在計算機計算的同時也可以采用人工計算進行比較，取更為安全的結果[2]。

4 結語

目前裝配式建筑發展最快的地區是歐洲部分國家地區、北美、日本、新加坡和香港地區。在我國還處于探索發展階段，理論體系尚未成熟，裝配式建筑發展前景未來可期。但裝配式建筑的優點顯而易見，它相對于傳統建造方式來說，能夠保證房屋的質量和安全性，提高穩定性和耐久性，而且能夠減少環境污染，改善環境質量，符合社會經濟可持續發展的要求，是順應我國未來建筑行業的發展趨勢的新的建造形式，值得大家共同探索。