浅析PC—GRC在装配式建筑中的应用

袁卫忠

PC是“预制装配式混凝土结构”的简称，是以预制混凝土构件为主要构件，经装配、连接以及结合部分现浇而形成的混凝土结构。GRC是指玻璃纤维增强水泥材料，其表面质感肌理丰富、造型百变且细腻，可模仿其他材料并克服其缺点，力学性能好，经久耐用，但GRC多数作为非承重的建筑外装饰围护结构材料。为弥补这一缺点，开发研制出PC-GRC复合材料及构件，即在GRC内表面浇筑一层承载能力好的钢筋混凝土结构（即PC结构），从而使这种复合的预制构件不仅具有承重能力，且外表面质感丰富，实现GRC薄涂层与PC结构层的复合一体成型，最终实现多种功能的复合PC-GRC建筑产品。

PC-GRC作为一种新型建筑材料，对于实现装饰构造一体化和提高建筑美观以及使用性能具有非常重要的意义。中国“十三五”规划中，国家对绿色环保建筑产业提出明确导向，对新型建筑材料提出了更高的要求，PC-GRC在这一新的领域中尤其在高端快装建筑上得到了展现。这一新的研发成果随着市场的运作而获得更广泛的发展契机，使住宅可以全部采用工业化建设方式，开启了住宅工业化的新时代。

1 PC-GRC的五大优势

（1）性能优势：PC-GRC利用混凝土的收缩性与钢的张力相结合，再复合GRC所能制作出来的颜色各异、形式多样和质感丰富的外观效果，使建筑物满足承重构造的同时，更增添了几分美感。

（2）功能优势：PC-GRC不仅能和所有的建筑体系相兼容，而且能够与各种建筑的内外功能及构造材料系统相协调。

（3）互动优势：PC-GRC的技术精确性是通过建筑师、工程师、制造与工程公司，还有各种材料和设备的供应商的通力合作实现的。全功能性的、复合的、精确的各方观点的交合作用始终落实在一个互动工作平台上。

（4）互利优势：PC-GRC充分体现了外观、结构以及机械的特性，精确反映出材料的特性，着重控制生产和安装的偏差、成本要素、技术与质量标准。通过各方协调、互动包容，将安装与生产时的产品损耗降到最低，产品质量始终处于受控状态，从而保障了最初目标实现。

（5）设计优势：PC-GRC作为一种现代的多功能材料，无限的变化模式和造型的可塑性，让设计师获得了无限创意与灵感，工程师可以完全控制最终的立面形态，并且可以对整个生产过程进行追踪。尤其PC-GRC隔热、隔音、防火的特性，也受到了设计师与业主的青睐。

2 PC-GRC的特点

（1）PC-GRC是PC材料中最理想的表现形式，其显示的是一种最本质的建筑材料功能，体现的是“集装饰与结构于一身”的效果。

（2）PC-GRC是名副其实的绿色混凝土，实现了“绿色施工”、“节能环保”，其产业化流水预制构件工业化程度高，大量的建筑工序由工厂生产加工完成，结构和表面装饰质感一体成型，预制构件的装配化使工程施工周期缩短，建筑物外墙无湿作业，不采用外脚手架，不产生落地灰尘，有效抑制了扬尘，减少了现场建筑垃圾，有利于环境保护。

（3）成型模具和生产设备一次性投入后可重复使用，耗材少，节约资源和成本费用。

（4）现场装配、连接，可避免或减轻施工对周边环境的影响；预制装配工艺的运用，也使劳动力资源投入相对减少。

（5）采用PC-GRC材料可减少运输、装卸、堆放、控料过程中的各种扬尘污染，且与传统施工方式相比，节水节电均超过30%。

（6）PC-GRC从材料的包装运输、吊装施工都要对其进行有效防护，减少碰撞和表面破损，有利于施工单位施工技术和质量管理水平的提高。

3 PC-GRC在国内的发展现状

在当今国际建筑领域，PC-GRC材料的运用形式在各国和各地区均有所不同。在我国，PC-GRC属于一种新兴的建筑材料，尚处于开发、研究、推广、试用阶段。目前，国内掌握PC-GRC技术的设计和施工单位并不多，还需住建部牵头组织和进行“预制装配式建筑”产业化业务知识推广和培训，为预制装配式建筑工艺的完善和推广，以及进一步探索绿色建筑产业化施工新途径和现场施工新模式，提供更为强大的智力支撑。

4 PC-GRC对模具的要求

PC-GRC的生产制作对模板的要求十分严格，需要根据建筑物的特征进行设计定制。根据设计板块的分割尺寸和容差，按照车间区域的整体布局，在保障下一模具环节能够顺利操作的前提下，尽可能地增大模板块面积。模具材料根据构件的外形和尺寸进行选择确定，一般采用钢模、FRP模、木模、硅胶内置模等，采用CMC方法制作模具。PC-GRC曲面板根据板块整体三维尺寸，利用三维定点原理、模具数控设备、CAD制图原理按照一定间距进行分割，确定每一曲面曲线走势和高度进行制作和控制。

所用模具必须具有足够好的刚度，确保在PC-GRC制作及自重作用下不出现变形，确保模具可以重复使用，不能影响模具的尺寸和平面平整度，以保证结构物的几何尺寸均匀，模具的接缝和固定模具旁板的螺栓一定要严密，所有拐角要根据效果和脱模要求设置成圆角或倒角，垂直面可做成1：8-1：6的锥面，模具的垂直部分应该设计成移动或可装配式。

5 PC-GRC对面层的要求

GRC面层与PC结构层的体积变化相一致，面层要达到28天抗压强度不小于28MPa，吸水率小于10%（按重量计），孔隙率控制在5%～8%，面层骨料直径根据表面效果选取，但不可大于3mm。

6 PC-GRC的脱模与养护要求

PC-GRC产品在脱模时，其抗弯强度必须达到15MPa，脱模的受力点为预埋件的吊挂点，严禁使用安装受力点作为吊挂点，脱模后应对表面瑕疵、飞边和小型的缺棱掉角等进行修补，然后根据深化布置图将每件PC-GRC进行相应标识。在修饰后，通常用洁净而优质的聚乙烯薄膜将模具包住，这是防止PC-GRC中所含水分蒸发和受风影响，同时也有助于保持水化热。在夜间应保持覆盖，避免干燥，达到适当的脱模强度，养护期间PC-GRC的温度应保持在16℃以上，有助于初期强度发展。通过喷湿雾也可保持局部的湿度。养护区域应保持一定的温度和湿度，保证产品的外观质量和耐久性。

7 PC-GRC板吊装装配与设备

PC-GRC板通常用平板货车进行运输，其构件的包装视构件尺寸、形状、类型、运输方法、道路状况、运送距离等因素进行设置。装载运输前，必须考虑构件的安装顺序，降低转运次数，在装载过程中，构件的边角、构件之间应使用对构件有缓冲和保护作用的柔性材料进行包装，根据构件特性，设置专用支撑架。支撑钢支架一定要经过力学计算，确保钢支撑的刚度和稳定性。构件的绑扎采用绑扎链条或帆布带绑扎加固，链条或帆布带之间要填置填充料，保证运输过程中对构件的破坏降到最小化。

TU内装车采用行车、叉车进行构件的装配。施工现场装载机械一般采用塔吊和汽吊，一字形PC-GRC构件一般可以采用“单机两点”吊装法，个别L形、T形等异形墙体采用“双机多点”吊装，吊装过程中需要注意协调统一性，如果不能一次准确就位就需要再重新起吊，不可操之过急。

对于PC-GRC板吊装设备，需注意以下三点：1）吊点位置可调；2）塔吊（汽吊）吊钩和预制构件重心竖向一致；3）避免吊装过程中预制板块倾斜，方便预制构件就位。

8利用BIM技术，确保PC-GRC设计与施工一体化

8.1设计阶段：PC-GRC基础模型创建

运用CATIA或DP进行基础模型的创建，利用EXCEL强大的数据功能导入数据结合VB、VC语言控制CATIA或DP进行基础模型创建，运用REVIT进行建筑体量和嵌板的创建。

8.2工厂阶段：PC-GRC加工组装

采用RHINO+GRASSHOPPER自动形成GRC背附钢架结构，采用RHINO+GRASSHOPPER自动形成模具筋板线，在AUTOCAD中采用LISP编制程序对模具图自动标注。

8.3现场阶段：PC-GRC施工测量修正

利用全站仪对关键测量点进行X、Y、Z三维空间定位，采用理论模型和现场模型预拼装，联动反馈，基于RHINO+GRASSHOPPER进行测量数据和理论数据展点比较，基于RHINO+GRASSHOPPER进行偏差分析，Navisworks软件模拟不同参与方碰撞检查，形成相关报告。

9 PC-GRC板高精度定位

PC-GRC板左右各设置标高控制螺杆、水平调节螺杆以及斜向调节螺杆，通过调节标高控制螺杆高度控制预制墙板的水平和标高。水平调节螺杆、斜向调节螺杆顶部均设有可调螺纹装置，通过旋转杆件，可以对PC-GRC板形成推拉作用，进行平面位置和垂直度调节。

9.1水平方向定位调节

PC-GRC板通过控制线左右定位校核后，高度调节采用标高控制螺栓，通过精密水准仪来进行复核。斜撑杆的一端与PC-GRC构件上部铰接，另一端用固定螺丝埋入叠合楼板里以提高安全性。PC-GRC构件进出调节采用水平调节螺杆，进出量通过钢卷尺来进复核。

9.2垂直定位调节

PC-GRC板垂直度调节采用斜向调节螺杆，拉杆后端均牢靠固定在结构楼板上。通过拉杆顶部的可调螺纹装置对墙板的垂直度进行谓节。预制构件安装就位后，应采取保证构件稳定的临时固定措施，并应根据水准点和轴线校正位置。PC-GRC板垂直度通过经纬仪来进行复核，每块板块吊装完成后须复核，每个楼层吊装完成后须统一复核。

同时，PC-GRC还可通过三维微调固定安装，如图所示。

10 PC-GRC构件典型工程案例

10.1香港白石角高级住宅中心

香港白石角高级住宅中心由Foster+Partners建筑设计事务所设计，产品造型复杂，产品类型多达几千种。作为欧标建筑，设计师对质量要求非常苛刻，工期也特别紧（仅为10个月），给倍立达团队提出了很高的要求。

该工程PC-GRC构件总量为93558m²，共387种造型模块；最大模块为29.5m²，重量6t。香港白石角高级住宅中心采用PC-GRC装饰构件一次性生产及安装组合的建筑外墙新型模式，顺应了GRC作为一种装配式装饰混凝土形式应用于建筑围护结构这一潮流趋势。发挥了PC-GRC整体制作的拼装功能，为大规模装配式建筑拼装提供了可能。

10.2唐山第三空间综合体项目

唐山第三空间综合体项目由中国建筑设计院总建筑师李兴钢主持设计，总建筑面积8.6万m²。PC-GRC作为单元板，白色仿砂岩的GRC表皮质感使复杂的建筑与结构得到完美结合。第三空间综合体项目设计构思新颖，外观和结构独特，是建筑师李兴钢表达其创新精神和人文关怀的典范之作。

11结语

PC-GRC作为一种复合材料，用机械代替人力资源投入以实现建筑产品的低成本，用工厂标准化模式生产代替手工操作以实现建筑结构的高质量。根据现有数据统计，采用预制PC-GRC技术施工的建筑，可以减少人力资源投入30%，减少现场施工模板50%，加快施工速度30%，对建筑工艺和施工技术的改革具有重要意义。

PC-GRC作为一种复合材料、一种构造、甚至是一种“建筑”，从整个设计、制造、运输、安装等过程都遵从资源节约与环境友好的理念，实现了住宅产业化、生产工厂化、部品模块化、装饰构造一体化、建筑功能集成化、生产安装施工全天候化的全新建筑模式。PC-GRC是21世纪工业化与信息化在这种全新的建筑体系中得以应用的见证，也预示着新的建筑体系——装配式建筑的未来与第三次工业革命的际遇与契合，相信PC-GRC在未来的装配式建筑领域中将会发挥更加出色的作用。