裝配式建筑半內嵌式外防水內保溫外墻板的研究

蒙立強1 陳 俊1 劉桂萍1 袁 波2

1. 廣西建工集團第四建筑工程有限責任公司 廣西 桂林 541003；2. 廣西建工集團有限責任公司 廣西 南寧 530200

在裝配式建筑SI體系的基本理念中，S是建筑的主體結構部分，主要包括承重結構中的柱、墻（承重）、梁、板，I是建筑的功能性設施，比如非承重墻、裝修、設備等。對于I部分的非承重墻，外墻板直接與建筑外部大氣接觸，其性能顯得尤為重要，特別是防水與保溫性能。

目前裝配式建筑工程中，外墻板多采用內嵌或外掛2種方式。內嵌式的外墻板主要采用輕質材料制成，如蒸壓加氣混凝土、陶粒混凝土、泡沫混凝土、空心形式的普通混凝土等，其外表面直接接觸大氣，容易受環境因素影響而產生裂縫，且墻板之間的接縫處容易出現滲漏水現象。外掛式的外墻板通常采用普通混凝土材料澆筑而成，其施工難度較大、成本較高，且保溫隔熱性能較差，需另外再安裝保溫隔熱材料[1-2]。

1 研究思路

針對上述所提出的問題，我們考慮研究一種半內嵌式外防水內保溫的外墻板，采用內外雙層復合的方式，即墻板外層采用普通混凝土澆筑而成，內層則使用泡沫混凝土材料，2層之間通過鋼筋桁架進行連接，墻板與主體結構之間通過預埋件連接固定，以使安全、防水、保溫等性能得到保障。墻板外觀及鋼筋桁架如圖1、圖2所示。

2 具體流程

配筋設計及計算→模板及預埋件設計→模板及預埋件加工制作→模板支設及鋼筋、預埋件安裝施工→模板、鋼筋及預埋件驗收→澆筑普通混凝土→澆筑泡沫混凝土→養護→拆側模→脫底模→吊裝及安裝試驗

圖1 墻板外觀

圖2 鋼筋桁架

3 實施要點

3.1 配筋設計及計算

墻板除自重外，主要承受室外風荷載及水平地震作用。風荷載按B類地區50年一遇風壓考慮，取基本風壓值w0=0.55 kN/mm2，體形系數取2.0，高度變化系數按50 m高度取1.62，陣風系數按50 m高度取1.55，地震荷載按抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g，抗震設防類別按丙類。通過計算，所設計墻板參數符合要求，主要參數值為：墻板板厚200 mm，其中，外層部分采用普通混凝土，強度等級為C30，厚度為80 mm，內層部分采用泡沫混凝土，抗壓強度為3.5 MPa，厚度為120 mm，墻板配置雙層雙向φ6 mm@100 mm的HRB400級鋼筋，距離墻板側邊200 mm起配置鋼筋桁架，墻板中的鋼筋桁架間距為400 mm，并根據計算配置相應預埋件，墻板配筋局部如圖3所示。

圖3 墻板配筋局部平面示意

3.2 模板及預埋件設計

由于墻板體的每個側面都具有一定的線條，形狀不規則，因此，可使用BIM技術先對墻板體進行建模，然后在建模環境下新建模板模具材料，將墻板體線條的凹陷部分填滿，最后使用相同的模板模具材料來繪制出模板模具及肋板等輔助件，并出最終施工圖。

1）根據所設計的墻板體尺寸，通過體量族的方式，對墻板體進行建模，將墻板各個側面的槽口、企口等線條繪制出來。墻板體的模型建好之后，再利用新建模板模具的材料，將槽口和企口等線條填滿。

2）沿著已填滿線條的墻板體的側面繪制出模板模具及肋板等輔助件，然后將墻板體刪除并另存為族文件，新建一個項目文件，將族文件載入到項目，進入三維視圖，在項目瀏覽器中找到族，然后創建實例，即可得到模板模具及其線條的三維模型圖。

3）分別在平、立面視圖中創建詳圖索引，于是在項目瀏覽器中便自動生成詳圖索引視圖，進入視圖對文件進行處理，主要是標注尺寸及調整比例，調整比例使尺寸的顯示大小在視圖中顯示合適，并把不需要在導出的圖紙中顯示的內容選中并隱藏，然后新建一張圖紙，將平、立面的詳圖索引及三維視圖拖拽到圖紙窗口中，完成之后即可打印最終施工圖，或導出CAD格式圖紙。

4）利用同上方法步驟對預埋件進行建族并導入到新建的項目文件中，然后出最終施工圖。

3.3 模板及預埋件加工制作

根據繪制好的模板模具及預埋件的配件加工圖，向加工廠技術工人交底，將各零部配件加工制作出來。在將零部配件組裝與焊接之前務必要先校核尺寸，以免焊接完成之后發現有誤而不得不返工，尺寸校核無誤后，方可進行組裝與焊接。

3.4 模板支設及鋼筋、預埋件安裝施工

用截面尺寸為50 mm×80 mm的木方作為底模梁，其下墊普通燒結頁巖磚，其上鋪設厚16 mm木膠合板，并將模具固定于膠合板上，用釘子釘牢。校核尺寸無誤后，安裝預埋件、鋼筋及鋼筋桁架，完成后復核尺寸，確認無誤后，方可進入下一步工序。

3.5 澆筑普通混凝土

把現場用的水泥、砂、石等原材料提供給實驗室，由實驗室給定混凝土配合比，并結合現場的砂、石含水量計算出施工配合比，嚴格按照配合比進行混凝土的配制，并使用攪拌機進行拌和。在澆筑之前，要把模板面上的雜物清除干凈，并完成對模板、鋼筋及預埋件的驗收，在澆筑過程中，嚴禁隨意往混凝土拌和物中加水，并嚴格控制澆筑層的厚度，同時按事先制定的方案留置同條件養護試塊。

3.6 澆筑泡沫混凝土

待普通混凝土終凝后，方可澆筑泡沫混凝土，泡沫混凝土的原材料與普通混凝土不同，主要有水、水泥、專用膠水、泡沫顆粒，其配合比也是由實驗室給定。將現場使用的原材料提供給實驗室，再根據實驗室給定的配合比計算出每盤泡沫混凝土所需各材料用量，使用攪拌機在現場拌和均勻后進行澆筑，澆筑過程中按方案留置試塊。

3.7 吊裝及安裝試驗

1）吊裝。當留置的同條件養護試塊的試壓強度達到75%之后，即普通混凝土的試壓強度達22.5 MPa、泡沫混凝土的試壓強度達2.63 MPa后，方可將墻板運輸至實驗室進行吊裝。把墻板放置在翻轉架上，翻轉角度達到規范要求的≥45°時，把事先準備好的吊環桿與墻板中的預埋吊件連接，預埋吊件宜為2個，后通過吊車吊鉤扣住吊環，確保安全后方可進行試吊。當墻板被吊起離地20 cm左右時，暫停起吊，觀察吊點處的連接牢固性、墻板的穩定性以及繩索的變化情況，確認無異常后，方可繼續正式吊運至安裝位置。

2）安裝。把事先預埋在墻板中的鋼牛腿件置于實驗室工字鋼梁上的指定螺栓點位置，工字鋼梁上預留孔洞尺寸滿足規格為M36六角頭螺栓的插入要求，調整螺栓高度，使其頂面能夠與鋼牛腿件完全接觸，并支承整個墻板自重，然后用L形件將預埋螺桿與工字鋼梁進行連接，工字鋼梁事先開孔，孔洞尺寸滿足規格為M20六角頭螺栓的插入要求，采用螺栓將其固定牢固，以限制墻板水平方向的位移，安裝完成之后，方可松開吊車吊鉤[3-4]。

4 應用案例

4.1 工程概況

南寧市某大飯店項目位于青秀區云景路以南、高坡嶺路以東。項目規劃總用地面積為16 716.94 m2，總建筑面積為111 809.20 m2，由1棟建筑面積為33 928.17 m2的29層酒店，1棟建筑面積為35 866.5 m2的24層商務辦公樓，1棟建筑面積為5 168.25 m2的5層商業裙樓組成。酒店和商務辦公樓建筑屋面高度為119.85 m，5層商業裙房建筑屋面高度為23.82 m，整體設3層地下室，地下室建筑面積32 484.79 m2。酒店子項要求按裝配式建筑設計，裝配率要求≥30%，故酒店子項結構形式為混合框架-混凝土核心筒的雙重抗側力結構體系，混合框架為矩形鋼管混凝土柱＋鋼梁＋鋼筋桁架樓承板結構體系。

4.2 應用效果

通過半內嵌式外防水內保溫外墻板在該項目中的應用測試，其效果如下：

1）成本與進度方面。與傳統內嵌式外墻板相比，半內嵌式外防水內保溫外墻板能夠很大程度地避免后期由于墻板開裂出現滲漏水而導致的維修問題。與外掛式外墻板相比，其質量輕，施工難度相對較低，且后續不需再另外安裝保溫隔熱材料，對于節約成本起到了較大作用。另外，一次吊裝安裝完成，即實現防水與保溫功效，減少了后期安裝保溫隔熱材料所需時間，縮短了一部分工期。

2）安全與質量方面。通過設計與計算，確定配筋及相關預埋件，并進行加工制作與安裝施工。經過對墻板進行吊裝及安裝試驗，確認墻板在承受荷載方面可行，符合安全可靠的要求。從原材料到配合比，再到澆筑與養護，層層把關，過程控制，嚴格按照施工工藝進行操作，按照相關規范規定進行檢查與驗收。實踐證明，質量能夠達到預期效果。

3）防水與保溫方面。其槽口與企口均參照現行國家建筑標準設計圖集進行設計，所使用氣密條、建筑密封膠及其背襯材料均符合規范要求，經淋水試驗，確認防水性能良好。在保溫方面，主要依靠內層厚120 mm的泡沫混凝土，由于泡沫混凝土中含有大量的封閉細小孔隙，因此具有良好的保溫隔熱性能，通常密度在300～1 200 kg/m3范圍的泡沫混凝土，導熱系數k在0.08～0.30 W/（m2·K）之間，滿足k≤0.8的最低標準限值的要求，熱阻是普通混凝土的10～20倍，能夠滿足建筑節能要求。

5 結語

本文主要是對裝配式建筑SI體系半內嵌式外防水內保溫外墻板進行研究，其防水與保溫方面的性能達到了預期效果，安全穩定方面也能滿足要求。但是，該半內嵌式外墻板也存在著許多不足，比如接縫處仍舊需要進行打膠處理，其耐久性問題仍待考究，且高處打膠作業的安全保障措施成本依舊較高。在今后的實踐過程中，應深入研究接縫處的構造自防水內容，以避免打膠作業，從而更好地推動裝配式建筑技術的發展。