談裝配式建筑混凝土外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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摘要：科技發(fā)展迅猛，建筑行業(yè)運(yùn)用的技術(shù)也是不斷推陳出新，如今建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢是更為節(jié)省、更為集成、更為裝配化，裝配式建筑發(fā)展速度非?？?，而且推廣范圍越發(fā)寬泛。建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，大家更為注重環(huán)保、節(jié)能，裝配式建筑恰好擁有這些特征，為減少施工給環(huán)境帶來的不良影響，裝配式建筑的建筑垃圾不多，且能夠自由搭配及迅速安裝。本文針對裝配式建筑預(yù)制混凝土外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行了一定的研究和分析，并且提出了一定的意見和建議，供有關(guān)部門進(jìn)行參考。
關(guān)鍵詞：裝配式建筑；預(yù)制混凝土；外墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1引言
隨著近些年來建筑行業(yè)不斷發(fā)展，建筑工程也在向著規(guī)模越來越大，對于建設(shè)精度的要求也越來越高的方向發(fā)展。這也使得建筑工程在建設(shè)的過程之中所耗費(fèi)的能源越來越多，而且很多建筑機(jī)構(gòu)在對現(xiàn)場進(jìn)行建設(shè)時(shí)，往往不注意衛(wèi)生的控制以及其他方面的問題，這也為建筑工地周圍的環(huán)境帶來了非常大的威脅，甚至?xí)绊懙骄用竦娜粘Ｉ詈推鹁?。而裝配式建筑非常良好的解決了這一問題，在建設(shè)的過程之中會產(chǎn)生比普通建筑建設(shè)更少的污染物，而且總體耗費(fèi)的能源更低。但是目前我國裝配式建筑的發(fā)展仍舊處于起步階段，比如在混凝土外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還存在著一些問題，所以本文針對裝配式建筑預(yù)制混凝土外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中存在的問題，進(jìn)行了一定的研究分析。這樣可以為裝配式建筑的發(fā)展做出一定的參考和貢獻(xiàn)。
2裝配式建筑概述
裝配式建筑從本質(zhì)上來說，就是將傳統(tǒng)的建筑工程進(jìn)行一定的模塊分割，而后將特定的模塊在工廠之中直接生產(chǎn)出來，運(yùn)送到施工現(xiàn)場直接進(jìn)行組裝，這在一定程度上降低了建筑施工過程之中所帶來的污染以及對施工場地的影響。另外由于局部的構(gòu)建，直接進(jìn)行模式化的生產(chǎn)，也可以在源頭上節(jié)約，對于能源的利用。這是當(dāng)下建筑工程發(fā)展的一大趨勢。在裝配式建筑的建設(shè)過程之中，最為主要采取的建筑模式就是內(nèi)澆外掛體系。具體來說就是建筑的內(nèi)部采用澆筑的模式進(jìn)行構(gòu)建，外部則進(jìn)行直接的掛件組裝。而在這其中非常重要的一個(gè)部分就是外部的混凝土外墻。預(yù)制的混凝土外墻對建筑整體的質(zhì)量具有非常重要的影響作用。目前在裝配式建筑混凝土外墻的設(shè)計(jì)以及制造過程之中，最為主要參考的文件是深圳市的《預(yù)制裝配混凝土外墻技術(shù)規(guī)程》，混凝土外墻在外部的裝配形式有兩種，分別是懸掛式和側(cè)簾式，需要根據(jù)建筑本身不同的情況進(jìn)行選擇，另外兩種方式在預(yù)防的地震級數(shù)以及其他方面的強(qiáng)度都有所不同。
3裝配式預(yù)制混凝土外墻結(jié)構(gòu)優(yōu)勢
3.1有利于工程建設(shè)效率、質(zhì)量提升
在裝配式建筑施工的前期，最為主要的工作就是對建筑整體進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)部門給出的相應(yīng)設(shè)計(jì)方案和圖紙是后期進(jìn)行施工最為重要的依據(jù)。而且裝配式建筑各個(gè)零部件之間的連接往往都更為復(fù)雜，對于設(shè)計(jì)圖紙的要求也就更高。另外由于裝配式建筑仍舊為建筑行業(yè)之中的一種，所以相應(yīng)地設(shè)計(jì)圖紙還要包括其他更多部分的內(nèi)容，比如建筑整體的防火設(shè)計(jì)，隔聲設(shè)計(jì)等。但總體來說，通過前期的設(shè)計(jì)對整個(gè)建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)，而后將局部的構(gòu)建設(shè)計(jì)圖紙送往到生產(chǎn)廠家進(jìn)行生產(chǎn)，這整個(gè)過程有利于工程建設(shè)效率和質(zhì)量的提升。與傳統(tǒng)的建筑工程建設(shè)相比，要提升裝配式建筑建設(shè)的效率和質(zhì)量，這也建設(shè)在前期設(shè)計(jì)圖紙較為完善的前提之下。
3.2有利于節(jié)能降耗目標(biāo)落實(shí)
傳統(tǒng)的建筑工程在進(jìn)行建設(shè)的過程之中，建設(shè)現(xiàn)場往往會產(chǎn)生大量的粉塵，會對周圍的環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，有的時(shí)候還會影響到周圍居民的人身健康。所以裝配式建筑在建設(shè)的過程之中，可以較為良好的解決這一問題，比如裝配式建筑由于是在工廠之中進(jìn)行局部構(gòu)建的生產(chǎn)，所以可以使用更為多元化的原料，降低能源的利用和消耗。另外由于在施工現(xiàn)場，往往只需要對相應(yīng)零部件進(jìn)行整裝與傳統(tǒng)的建筑建設(shè)不同，所以產(chǎn)生的污染也較低。不過未來在裝配式建筑建設(shè)的技術(shù)提升上還需要不斷進(jìn)行改進(jìn)，比如對相應(yīng)原料的使用相應(yīng)技術(shù)的更新等，要不斷向著節(jié)能降耗的目標(biāo)進(jìn)行落實(shí)。
3.3有利于降低勞動成本
傳統(tǒng)的建筑工程建設(shè)，從施工現(xiàn)場的地基打造，一直到最后的竣工，都需要相應(yīng)地施工人員全部投入到建設(shè)過程之中。而裝配式建筑由于很多建筑局部都是在生產(chǎn)制造過程之中完成，在施工現(xiàn)場只需要進(jìn)行一定的裝配，這也使得現(xiàn)場的施工量大大降低，因而在一定程度上降低了勞動成本。而且由于相應(yīng)地生產(chǎn)廠家在制造建筑局部構(gòu)建的過程之中，形成了模式化的生產(chǎn)，規(guī)?；a(chǎn)會使得成本進(jìn)一步降低。比如在裝配式建筑建設(shè)完成之后，一般可以直接對外部進(jìn)行裝飾性的建設(shè)，而不用進(jìn)行粉刷，從這一步就直接比傳統(tǒng)的建筑工程節(jié)省了較高的人力物力財(cái)力資源。總的來說裝配式建筑的建設(shè)已經(jīng)從各個(gè)方面節(jié)省了對于資金的使用，提升了建筑工程整體建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，有利于相應(yīng)地建筑企業(yè)，在市場上獲得更高的競爭力。
4裝配式建筑預(yù)制混凝土外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析
裝配式建筑在建設(shè)的過程之中，與普通建筑建設(shè)最為明顯地區(qū)別就是將一些局部結(jié)構(gòu)的建設(shè)進(jìn)行模式化的生產(chǎn)，這也就在一定程度上提升了建筑建設(shè)整體的效率。而最為突出的局部建設(shè)，就是對裝配式建筑預(yù)制混凝土外墻的建設(shè)。當(dāng)下很多裝配式建筑的混凝土外墻，往往都是統(tǒng)一規(guī)格進(jìn)行建設(shè)，這也使得在裝配的過程之中，更具靈活性和自由度。但是也因?yàn)榛炷镣鈮υ谏a(chǎn)廠家生產(chǎn)的過程之中沒有太大的出入，所以在具體裝配的過程之中，也沒有更多的尺度。具體來說，對裝配式建筑預(yù)制混凝土外墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要注意以下幾點(diǎn)。
4.1預(yù)制混凝土外墻的規(guī)格設(shè)計(jì)
根據(jù)相應(yīng)混凝土外墻在裝配式建筑的建設(shè)過程之中的作用，可以進(jìn)行兩大分類。分別可以分為圍護(hù)板混凝土外墻和裝飾板混凝土外墻。具體來說，維護(hù)板混凝土外墻的作用就是在建設(shè)的過程之中對建筑整體內(nèi)部的澆筑，部分起到維護(hù)的作用，也就是混凝土外墻的核心作用。而裝飾板主要是對內(nèi)部的圍護(hù)板起到裝飾的作用，也是為了建筑整體的形狀和美觀性，兩者由于作用不同，所以在具體生產(chǎn)過程之中所使用的原料和技術(shù)也各不相同。另外對預(yù)制混凝土外墻進(jìn)行規(guī)格設(shè)計(jì)的過程之中，還需要考慮建筑本身的設(shè)計(jì)特性，比如在裝配式建筑中，以橫向的力為主要受力時(shí)，往往就需要以橫條板作為主要的預(yù)制件，以豎向的力為主要受力時(shí)，則需要采用豎條板作為主要的預(yù)制件。另外在御制的過程之中，還需要考慮到墻板和沖動之間的關(guān)系，對整個(gè)建筑所有的窗洞設(shè)計(jì)都需要進(jìn)行細(xì)致的把控，而后體現(xiàn)到混凝土外墻的規(guī)格設(shè)計(jì)之中。這樣才能在后期的裝配過程之中，使得相應(yīng)地混凝土外墻與內(nèi)部已經(jīng)完成的澆筑結(jié)構(gòu)能夠完全適配。
4.2預(yù)制混凝土外墻的材質(zhì)設(shè)計(jì)
在預(yù)制混凝土外墻的材質(zhì)設(shè)計(jì)以及相應(yīng)地外觀表現(xiàn)之中，具體可以分為以下兩種方法。第一種就是通過相應(yīng)地裝飾混凝土外墻以及相應(yīng)地配合刷漆，對預(yù)制的混凝土外墻進(jìn)行一定的裝飾。另外一種就是直接利用混凝土外墻本身的紋理結(jié)構(gòu)以及其他方面的配合，在生產(chǎn)的過程之中就直接形成相應(yīng)地裝飾面。其實(shí)混凝土外墻在建設(shè)的過程之中，本身就具有一定的審美性和沖擊力，所以讓混凝土直接作為裝飾墻進(jìn)行，出現(xiàn)也是一種淳樸的設(shè)計(jì)效果。針對不同建筑所處地區(qū)的環(huán)境狀況不同，以及建筑的用途和其他方面的考慮，在預(yù)制混凝土外墻的材質(zhì)設(shè)計(jì)過程之中需要因地制宜。比如在某處北京的裝配式建筑建設(shè)過程之中，相應(yīng)地混凝土外墻材質(zhì)設(shè)計(jì)使用的就是外掛墻板。具體由專門的橫向和縱向的窗板以及相應(yīng)地立柱構(gòu)建而成，具有一定的視覺沖擊力。在另一面的混凝土外墻設(shè)計(jì)以及裝配過程之中，所使用的就是涂抹材料，這對混凝土本身也具有一定的立面效果。而且在裝配式外墻設(shè)計(jì)的過程之中，合理的運(yùn)用相應(yīng)地顏料以及瓷磚可以大大加強(qiáng)建筑整體在最終完工之后的表現(xiàn)力和藝術(shù)審美性。這些都需要設(shè)計(jì)人員在前期進(jìn)行不斷地摸索，而后融合各類文化因素，按照建筑本身的要求，建設(shè)出最為合理和科學(xué)的建筑。
4.3預(yù)制混凝土外墻的結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
裝配式建筑與普通的建筑建設(shè)相比，最為重要的一個(gè)方面就是各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接，這也就是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)。建設(shè)的過程之中，對于連接結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性要求非常高，因?yàn)檫@直接影響著建筑本身的質(zhì)量。如果連接部位的質(zhì)量出現(xiàn)了問題，這會使得建筑本身在后期給業(yè)主帶來一定的安全隱患。在對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，不僅要考慮相關(guān)的物理因素，而且還要考慮到施工現(xiàn)場的氣候狀況，地質(zhì)狀況乃至其他方面的因素。從防凍抗震等角度對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)地設(shè)計(jì)。
5案例分析
5.1工程簡介
本次裝配式建筑工程位于廣西壯族自治區(qū)崇左市寧明縣的一處中學(xué)學(xué)生宿舍樓。也是廣西壯族自治區(qū)第一批裝配式建筑的示范之一，對廣西壯族自治區(qū)整體建筑行業(yè)的發(fā)展以及相應(yīng)裝配式建筑的建設(shè)，都有一定的意義。該學(xué)生宿舍樓一共6棟5層高19.35m，建筑總體面積達(dá)49,061m2，沒有地下室設(shè)計(jì)。整體采用的是新式裝配，混凝土框架結(jié)構(gòu)。而且本次裝配式建筑的設(shè)計(jì)還考慮到廣西壯族自治區(qū)所在地的氣候情況，要兼顧夏季降溫和冬季采暖多方面的要求。
5.2混凝土外墻保溫隔熱設(shè)計(jì)
在學(xué)生宿舍裝配式建筑，混凝土外墻的設(shè)計(jì)過程之中要考慮到相應(yīng)保溫隔熱的要求，而且還要滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016—2014）相應(yīng)地規(guī)定，最終確定兩側(cè)混凝土裝配墻體的厚度應(yīng)當(dāng)大于等于55mm。而后通過下圖之中對相應(yīng)混凝土外墻項(xiàng)目特征的描述以及分析可以了解到，選擇混凝土外墻掛板和內(nèi)部保溫復(fù)合板兩者進(jìn)行組合，在建設(shè)過程之中，可以最大程度上利用相應(yīng)地資源。另外在具體的建設(shè)過程之中，往往是采用保溫隔熱一體化的維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。但是廣西壯族自治區(qū)地處，氣候較為特殊，夏季較為炎熱，冬季較為溫暖，所以在進(jìn)行外墻設(shè)計(jì)的時(shí)候，使用傳統(tǒng)的維護(hù)系統(tǒng)不能充分發(fā)揮混凝土外墻的優(yōu)勢。所以內(nèi)部保溫層需要單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而后聯(lián)系相應(yīng)地生產(chǎn)廠家進(jìn)行生產(chǎn)。而且在安裝的步驟上也需要進(jìn)行一定的調(diào)整，則是先安裝外部的混凝土掛墻，而后再對內(nèi)部的保溫層進(jìn)行安裝。另外在考慮到建筑本身結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)之上，上下層建筑結(jié)構(gòu)可以同時(shí)進(jìn)行施工。這樣在一定程度上，兩處施工之間可以進(jìn)行一定的配合，而且也可以彌補(bǔ)普通施工工序中所存在的一些問題和不足。另外采取這樣的混凝土外墻設(shè)計(jì)方法，也可以在一定程度上起到節(jié)能環(huán)保的作用，不僅在建設(shè)過程之中可以節(jié)省相應(yīng)地能源，而且在后期的使用過程之中，也可以結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境進(jìn)行節(jié)能。6結(jié)語總的來說裝配式建筑的設(shè)計(jì)雖然已經(jīng)有了一定程度的發(fā)展，但是當(dāng)下仍舊存在著一些問題，尤其是在預(yù)制混凝土外墻的設(shè)計(jì)方面，從源頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括后期生產(chǎn)過程之中，對相應(yīng)原料以及技術(shù)的使用以及最終的裝配過程都仍舊存在著一些問題。需要相應(yīng)研究人員和學(xué)者不斷地研究和努力，必要時(shí)可以借鑒西方在裝配式建筑設(shè)計(jì)上的一些先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，融合到我國的建筑上來，為我國裝配式建筑的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。
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作者：劉濤 單位：江蘇大洲工程項(xiàng)目管理有限公司