談裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅外墻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

丁 浩

(巢湖市建設(shè)工程質(zhì)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(shù)革新，2018年住建部工作會(huì)議上指出：深入推進(jìn)建筑業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)等裝配式建筑作為兩項(xiàng)重點(diǎn)工作任務(wù)提出。將鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用于裝配式建筑中，能夠有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、控制污染的新型建筑發(fā)展模式，促進(jìn)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(shè)的長遠(yuǎn)目標(biāo)。

從2016年至今，全國范圍內(nèi)開展了較多的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的示范項(xiàng)目建設(shè)，其中較多的是針對(duì)住宅等居住類建筑。高校、設(shè)計(jì)、施工等相關(guān)企業(yè)開展了大量的關(guān)于裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)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(yīng)用方面取得了較多技術(shù)成果，較大地促進(jìn)了裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展與工程應(yīng)用。但是，裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅外墻技術(shù)仍存在諸多問題亟待解決與完善，是目前鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)體系中關(guān)鍵技術(shù)革新的重點(diǎn)。

裝配式建筑技術(shù)的應(yīng)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(shè)部13部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》(建市[2020]60號(hào))，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(jí)為動(dòng)力，創(chuàng)新突破相關(guān)核心技術(shù)，加大智能建造在工程建設(shè)各環(huán)節(jié)應(yīng)用，形成涵蓋科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工、施工裝配、運(yùn)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(zhì)量安全、效益和品質(zhì)，有效拉動(dòng)內(nèi)需，培育國民經(jīng)濟(jì)新的增長點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和持續(xù)健康發(fā)展。

2 外墻功能與其設(shè)計(jì)特點(diǎn)

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(hù)功能，與傳統(tǒng)住宅外墻相比有其自身的特點(diǎn)，其自身特點(diǎn)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(zhì)量及竣工建筑的居住舒適度，本文結(jié)合工程建造全過程工程實(shí)踐，闡述裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅外墻的建筑功能與其特點(diǎn)如表1所示。

表1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅外墻的建筑功能與其設(shè)計(jì)特點(diǎn)

在對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅外墻進(jìn)行設(shè)計(jì)前，宜結(jié)合當(dāng)?shù)?或合理運(yùn)輸半徑)墻體的發(fā)展實(shí)際情況，針對(duì)外墻進(jìn)行技術(shù)策劃，包括對(duì)當(dāng)?shù)鼐幼×?xí)慣、戶型交通組織、建筑外立面特色、當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)狀況等進(jìn)行調(diào)研。

3 外墻的種類

外墻技術(shù)與裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅主體結(jié)構(gòu)發(fā)展不同步，雖然市場上墻體材料種類眾多，但能夠?qū)嶋H應(yīng)用于裝配式鋼結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)院及大型施工企業(yè)的研究機(jī)構(gòu)均對(duì)外墻進(jìn)行研發(fā)與創(chuàng)新，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，應(yīng)用于裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅典型項(xiàng)目的墻體按照其自身組成劃分，如表2所示。

目前，國內(nèi)還有一些新興墻體材料誕生，并處于試驗(yàn)與工程實(shí)踐階段，不一一列舉。在墻體材料研發(fā)、墻體自身組成設(shè)計(jì)、連接構(gòu)造設(shè)計(jì)等方面，均應(yīng)綜合考慮裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅外墻的各項(xiàng)建筑功能，做到技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量。

表2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅外墻的種類

4 外墻的選用與分析

鋼結(jié)構(gòu)相比混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，側(cè)向剛度弱，呈現(xiàn)懸臂柔性，在風(fēng)載荷和地震荷載作用下，層間位移可達(dá)1/250，同時(shí)，鋼梁在豎向荷載作用下，產(chǎn)生較大豎向撓度，對(duì)振動(dòng)荷載敏感。針對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅外墻的選用，應(yīng)綜合考慮墻體自身材料的延性、與主體連接節(jié)點(diǎn)的變形協(xié)調(diào)性等，注重柔性、剛性連接的構(gòu)造設(shè)計(jì)，避免墻體自身及其與內(nèi)墻交匯處產(chǎn)生裂縫。

實(shí)現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的一體化比較困難[3]，本文提出外墻的關(guān)鍵技術(shù)突破是解決墻體與主體結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)性問題，通過分析現(xiàn)有理論研究與近些年工程實(shí)踐表明，外墻的技術(shù)突破可從三個(gè)方面入手：墻體材料(包括輕質(zhì)高強(qiáng)、延性好、耐久性好)的研究；墻體自身的變形與主體結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)一致；墻體連接節(jié)點(diǎn)能夠協(xié)調(diào)剛性墻體與主體結(jié)構(gòu)的變形；外墻同時(shí)需要與室內(nèi)管線等設(shè)備管線的施工結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)“匹配”(“匹配”的含義：兩種材料之間能夠較好地協(xié)調(diào)變形，主要是抵抗風(fēng)載、溫度等效應(yīng))，技術(shù)成熟可靠，但是玻璃幕墻造價(jià)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(diǎn)，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(xí)慣上尚存在一段接受的適應(yīng)期。

2)輕質(zhì)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(zhì)條板類+保溫裝飾一體化板是較好的外墻體系，但是輕質(zhì)條板和保溫裝飾一體化板的錨固和防滲是設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)，必要時(shí)應(yīng)引入新型粘結(jié)和錨固材料，同時(shí)，輕質(zhì)條板與主體鋼結(jié)構(gòu)連接的構(gòu)造設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證可靠后再進(jìn)行實(shí)際工程應(yīng)用，在工程實(shí)踐過程中，有必要采用BIM三維模型針對(duì)保溫裝飾一體化板進(jìn)行深化設(shè)計(jì)排板。

3)預(yù)制混凝土夾心保溫單元式大板在裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中的應(yīng)用，引入了歐美、德國等技術(shù)，目前，形成了一定規(guī)模產(chǎn)業(yè)，形成了國家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并具有設(shè)計(jì)理論和研究基礎(chǔ)，在實(shí)體工程中得到應(yīng)用，造價(jià)符合現(xiàn)階段發(fā)展，是目前發(fā)展裝配式鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)容，本文提出各類外墻可結(jié)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(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)人員及施工作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，做好技術(shù)策劃與技術(shù)交底，外墻的建造過程關(guān)鍵在于節(jié)點(diǎn)等細(xì)節(jié)的構(gòu)造設(shè)計(jì)及現(xiàn)場做法，做到精細(xì)化施工才能確保工程質(zhì)量。

5 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震性能優(yōu)越、工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，能夠較好地實(shí)現(xiàn)大空間，是綠色環(huán)保型建筑材料，為真正發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)在裝配式住宅項(xiàng)目中的應(yīng)用價(jià)值，需要我們?yōu)樗弦患利惗鴮?shí)用的“外衣”。

1)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅外墻的技術(shù)研發(fā)與工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮本文所闡述的建筑功能與其設(shè)計(jì)特點(diǎn)，工程總承包企業(yè)應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)、所在區(qū)域等實(shí)際情況，組織設(shè)計(jì)及各部品部件單位對(duì)實(shí)體項(xiàng)目進(jìn)行技術(shù)策劃，做到技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量。

2)裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅外墻的選用應(yīng)根據(jù)實(shí)體項(xiàng)目的特點(diǎn)，因地制宜地選擇外墻材料，防水、防冷橋、防霉、防開裂是構(gòu)造設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，宜通過工程試驗(yàn)驗(yàn)證可靠后在實(shí)體工程應(yīng)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(shè)計(jì)、技術(shù)策劃、信息化管理等，工程總承包企業(yè)宜對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施制定設(shè)計(jì)導(dǎo)則、操作指導(dǎo)書及工法等文件，對(duì)產(chǎn)業(yè)化工人及安裝工人進(jìn)行實(shí)操培訓(xùn)，重視外墻安裝施工的每道細(xì)節(jié)工序。