談裝配式鋼結構住宅外墻技術的發(fā)展與應用

丁 浩

(巢湖市建設工程質量監(jiān)督站，安徽 巢湖 238000)

1 概述

發(fā)展裝配式建筑是國家戰(zhàn)略，是建筑行業(yè)的又一次技術革新，2018年住建部工作會議上指出：深入推進建筑業(yè)供給側結構性改革，大力發(fā)展鋼結構等裝配式建筑作為兩項重點工作任務提出。將鋼結構應用于裝配式建筑中，能夠有效實現(xiàn)節(jié)能減排、控制污染的新型建筑發(fā)展模式，促進我國建筑業(yè)走向產(chǎn)業(yè)化、信息化、智能化，符合我國建筑行業(yè)綠色發(fā)展和生態(tài)文明建設的長遠目標。

從2016年至今，全國范圍內開展了較多的裝配式鋼結構建筑的示范項目建設，其中較多的是針對住宅等居住類建筑。高校、設計、施工等相關企業(yè)開展了大量的關于裝配式鋼結構建筑技術體系的研發(fā)工作，在建筑材料、產(chǎn)品研發(fā)、建造過程及信息化應用方面取得了較多技術成果，較大地促進了裝配式鋼結構住宅的發(fā)展與工程應用。但是，裝配式鋼結構住宅外墻技術仍存在諸多問題亟待解決與完善，是目前鋼結構住宅技術體系中關鍵技術革新的重點。

裝配式建筑技術的應用發(fā)展已經(jīng)上升到國家政策層面，2020年7月，住房和城鄉(xiāng)建設部13部委聯(lián)合發(fā)布《關于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導意見》(建市[2020]60號)，文件指出：以大力發(fā)展建筑工業(yè)化為載體，以數(shù)字化、智能化升級為動力，創(chuàng)新突破相關核心技術，加大智能建造在工程建設各環(huán)節(jié)應用，形成涵蓋科研、設計、生產(chǎn)加工、施工裝配、運營等全產(chǎn)業(yè)鏈融合一體的智能建造產(chǎn)業(yè)體系，提升工程質量安全、效益和品質，有效拉動內需，培育國民經(jīng)濟新的增長點，實現(xiàn)建筑業(yè)轉型升級和持續(xù)健康發(fā)展。

2 外墻功能與其設計特點

外墻是建筑的“外衣”，不僅影響著建筑的美觀，更重要的是具有防護功能，與傳統(tǒng)住宅外墻相比有其自身的特點，其自身特點體現(xiàn)在裝配式建筑建造全過程之中，裝配式建筑[1]的建造過程管理直接涉及其工程質量及竣工建筑的居住舒適度，本文結合工程建造全過程工程實踐，闡述裝配式鋼結構住宅外墻的建筑功能與其特點如表1所示。

表1 裝配式鋼結構住宅外墻的建筑功能與其設計特點

在對裝配式鋼結構住宅外墻進行設計前，宜結合當?shù)?或合理運輸半徑)墻體的發(fā)展實際情況，針對外墻進行技術策劃，包括對當?shù)鼐幼×晳T、戶型交通組織、建筑外立面特色、當?shù)氐慕?jīng)濟狀況等進行調研。

3 外墻的種類

外墻技術與裝配式鋼結構住宅主體結構發(fā)展不同步，雖然市場上墻體材料種類眾多，但能夠實際應用于裝配式鋼結構外墻的卻不多[2]。近年來，隨著國家政策發(fā)布與支持，高校、設計院及大型施工企業(yè)的研究機構均對外墻進行研發(fā)與創(chuàng)新，進行了大量的試驗研究，應用于裝配式鋼結構住宅典型項目的墻體按照其自身組成劃分，如表2所示。

目前，國內還有一些新興墻體材料誕生，并處于試驗與工程實踐階段，不一一列舉。在墻體材料研發(fā)、墻體自身組成設計、連接構造設計等方面，均應綜合考慮裝配式鋼結構住宅外墻的各項建筑功能，做到技術先進、安全適用、經(jīng)濟合理、確保質量。

表2 裝配式鋼結構住宅外墻的種類

4 外墻的選用與分析

鋼結構相比混凝土剪力墻結構，側向剛度弱，呈現(xiàn)懸臂柔性，在風載荷和地震荷載作用下，層間位移可達1/250，同時，鋼梁在豎向荷載作用下，產(chǎn)生較大豎向撓度，對振動荷載敏感。針對裝配式鋼結構住宅外墻的選用，應綜合考慮墻體自身材料的延性、與主體連接節(jié)點的變形協(xié)調性等，注重柔性、剛性連接的構造設計，避免墻體自身及其與內墻交匯處產(chǎn)生裂縫。

實現(xiàn)圍護結構與主體結構的一體化比較困難[3]，本文提出外墻的關鍵技術突破是解決墻體與主體結構的變形協(xié)調性問題，通過分析現(xiàn)有理論研究與近些年工程實踐表明，外墻的技術突破可從三個方面入手：墻體材料(包括輕質高強、延性好、耐久性好)的研究；墻體自身的變形與主體結構變形協(xié)調一致；墻體連接節(jié)點能夠協(xié)調剛性墻體與主體結構的變形；外墻同時需要與室內管線等設備管線的施工結合，能夠做到便于施工裝配及后期使用中的檢修等。目前，裝配式鋼結構住宅外墻的選用簡要分析如下：

1)玻璃幕墻和龍骨體系外墻能夠較好地與鋼結構主體結構“匹配”(“匹配”的含義：兩種材料之間能夠較好地協(xié)調變形，主要是抵抗風載、溫度等效應)，技術成熟可靠，但是玻璃幕墻造價較高、節(jié)能消耗較大。而龍骨體系，其符合工業(yè)化生產(chǎn)現(xiàn)場裝配式的特點，施工簡便易操作，但存在厚重感不足，敲擊空鼓聲音大，也存在一定的隔聲問題，目前在我國居住習慣上尚存在一段接受的適應期。

2)輕質條板類其材料自身具有脆性、易破斷、錨固件易松弛等現(xiàn)象，輕質條板類+保溫裝飾一體化板是較好的外墻體系，但是輕質條板和保溫裝飾一體化板的錨固和防滲是設計工作的重點，必要時應引入新型粘結和錨固材料，同時，輕質條板與主體鋼結構連接的構造設計，應根據(jù)試驗驗證可靠后再進行實際工程應用，在工程實踐過程中，有必要采用BIM三維模型針對保溫裝飾一體化板進行深化設計排板。

3)預制混凝土夾心保溫單元式大板在裝配式鋼結構建筑中的應用，引入了歐美、德國等技術，目前，形成了一定規(guī)模產(chǎn)業(yè)，形成了國家標準、地方標準及企業(yè)標準，并具有設計理論和研究基礎，在實體工程中得到應用，造價符合現(xiàn)階段發(fā)展，是目前發(fā)展裝配式鋼結構住宅的主流趨勢。但是在墻板重量上亟待輕型材料的研發(fā)得以降重。

綜合上述內容，本文提出各類外墻可結合的做法(見表2)，例如A+B型、A+D型、A+E型、B+E型組合墻體，無論選用哪一種墻體，工程總承包企業(yè)均應對設計人員及施工作業(yè)人員進行技術培訓，做好技術策劃與技術交底，外墻的建造過程關鍵在于節(jié)點等細節(jié)的構造設計及現(xiàn)場做法，做到精細化施工才能確保工程質量。

5 結語

鋼結構具有輕質高強、抗震性能優(yōu)越、工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點，能夠較好地實現(xiàn)大空間，是綠色環(huán)保型建筑材料，為真正發(fā)揮鋼結構在裝配式住宅項目中的應用價值，需要我們?yōu)樗弦患利惗鴮嵱玫摹巴庖隆薄?/p>

1)在裝配式鋼結構住宅外墻的技術研發(fā)與工程設計中，應綜合考慮本文所闡述的建筑功能與其設計特點，工程總承包企業(yè)應根據(jù)項目特點、所在區(qū)域等實際情況，組織設計及各部品部件單位對實體項目進行技術策劃，做到技術先進、安全適用、經(jīng)濟合理、確保質量。

2)裝配式鋼結構住宅外墻的選用應根據(jù)實體項目的特點，因地制宜地選擇外墻材料，防水、防冷橋、防霉、防開裂是構造設計的關鍵技術，宜通過工程試驗驗證可靠后在實體工程應用。

3)裝配式建筑的建造與傳統(tǒng)建筑有不同之處，注重協(xié)同設計、技術策劃、信息化管理等，工程總承包企業(yè)宜對關鍵技術的實施制定設計導則、操作指導書及工法等文件，對產(chǎn)業(yè)化工人及安裝工人進行實操培訓，重視外墻安裝施工的每道細節(jié)工序。