装配整体式住宅结构关键节点构造研究

■ 姜 巍 JIANG Wei

1 项目概况

某公租房项目主要包括25栋公租房、地库及其他配套用房等，总用地面积为10.9万m2，总建筑面积为31万m2，其中地上面积22.6万m2，地下面积8.2万m2，容积率2.0。笔者负责该项目的设计管理工作。

根据装配式建筑政策及土地出让合同要求，拟研究某公租房项目采用预制装配式住宅，建设的住宅不得低于总住宅面积的50%，住宅单体预制率不低于15%，外墙采用预制墙体面积不低于50%。深化设计在施工图审图通过后开展，涉及到预制外墙板、预制内墙、预制凸窗及所有预制楼梯梯段板等。

2 预制构件深化设计

2.1 概念

预制构件深化设计是指预制装配式住宅施工审图通过后，至构件厂生产构件之前用于现场实际施工作业的图纸。该部分内容多，主要包括预制构件段深化图、预制构件平面布置图及立面视角图、预制构件埋件平面布置图及立面点位图、开关插座点位图及立面排版定位图等。

预制构件深化设计集成了多项专项设计及专业的需求，而“集成化”是预制装配整体式住宅相比于传统住宅的优势，因此，预制构件深化设计对于现场施工有重要意义。

深化设计涉及到精装修、技防安防、门窗、防雷接地等各专业的提前介入，对主要构件的做法得考虑清楚。本文将详细说明项目主要专业、关键部件所涉及的重点和难点，以及对关键节点的防水、保温、抗震等提出优化方案。

2.2 设计流程

预制构件深化设计工作，是运用图纸手段，集中表达包括土建、设备、施工、建材、生产等专业需求于一体的过程[1]。可见，合理适用的深化设计流程（图1）、对构件深化设计要点的精准把握、专业交叉面及各设计专业的相互配合，是确保深化设计图纸能高度集成的核心。

（1）预制构件深化图纸的前置输出条件是精装修、技防安防、门窗做法的确定，图1中提及的精装修施工图指代了多个专业分包的专项设计。其中，技防安防根据验收强制要求及项目品质定位，确定设计系统；精装修主要涉及到预制结构部分的提前确认，包括预制墙上的开关插座、空调留孔留洞、预制叠合板内的水管走向、卫生间顶处的浴霸照明、厨房的CO报警等；门窗做法主要是指预制墙体与现浇墙体上的窗框在立面上的统一、节点防水做法等。上述条件的确定需控制在30～45d。一般的预制构件在底部加强区以上（除楼梯梯段板构件外），深化备料在结构出地面之前完成。

（2）预制构件的深化设计集成各专业图纸，由专业设计深化单位绘制，需由业主、设计、监理、施工总包、构件厂协同确认参与工作。①业主明确总体观感、效果要求，并协调各工种交叉面工作的可操作性及界面划分；②总包设计牵头审核分包设计与总包土建图纸、土建图纸与构件深化图、构件深化图与分包设计等图纸的错漏碰缺，满足业主想要的效果；③施工监理对设计提出相应施工流程上的简化及建议；④总包对涉及到总包施工的安全应进行复核。预制构件深化设计图纸的输出控制在60～70d。

（3）业主设计部、项管部、成控部进行二次校审工作，并要求设计单位、施工总包、监理对图纸进行确认。整个周期控制在15d以内。

（4）由厂家生产预制构件，设计及监理每周至少要抽1d时间去预制厂检查复核构件是否按图生产、构件质量等。总包制定预制构件运输、堆放、成品保护、安装、施工方案。构件厂运输生产第一批预制构件的时间控制在45d以内。

图1 预制构件深化设计流程示意图

因此，预制构件深化设计工作就是将各专业需求进行集合满足，在预制构件生产之前，即对整个后续构件生产、构件安装、各专业施工及各功能进行宏观把握，实现预制构件深化设计的高度集成化[1]。只有通过合理的深化设计流程及对各专业深化设计要点的把控，才能解决层出不穷的新问题。

3 项目预制深化设计的重点及难点

3.1 预制深化精装修设计要点

某项目为“先租后售”项目，其设计不仅要满足住宅的设计标准，也应符合公租房的设计导则。据《上海市保障性住房设计导则（公共租赁住房篇）（试行）》要求，“对于成套小户型公共租赁住房，卧室应配置分体式空调，室内装修原则上标准控制在600～800元/m2”，造价控制严格。因此，本项目的精装修设计应按照以下原则。

（1）公租房是小户型，点位不宜过多。其中，多考虑了厨余粉碎机的插座（区评委员会要求）及卫洗丽的面板。根据相关要求，“潮湿环境插座采用防潮防溅型，且离地高度不小于1.3m”。厨房不属于潮湿环境，故厨余粉碎机插座高度按离地0.3m设置；而卫生间属于潮湿环境，卫洗丽应先预留面板排线到位（图2），待土建验收完成后再安装。

（2）涉及到预制剪力墙与现浇暗柱交界，一排连续插座尽量避开预制墙体，设置在现浇墙上。

（3）按图集要求，预制墙体预埋的开关插座内盒是与预制墙体光面齐平的。但因现浇暗柱需做找平及粉刷面层处理，会带来交界完成面的不平整，因此，笔者建议预制墙体预埋线盒应预留粉刷石膏找平厚度，现场做好成品保护，或者接线盒罩板考虑长螺丝。

3.2 预制深化技防安防设计要点

该项目设计标准是以公租房设计导则为依据，结合技防安防智能化要求设置，包括小区电子围栏、进出道闸、室内可视对讲、入侵报警系统等。据市府对“先租后售”项目要求，50%为按单元出售的住宅，剩下为出租部分。不同租客的选择是不确定的，因而精装修交付比较好出租。

图2 卫洗丽插座预留

技防安防设计原则为：①户内技防安防按全装修住宅考虑；②毛坯交付只需在1层、2层及顶层主要房间配置红外幕帘探测器，但按照精装修住宅要求，则每层主要房间均需配置红外幕帘探测器；③以满足功能性及舒适性为前提，强弱电箱应布置在较隐蔽的位置，CO监控、红外幕帘的安装应尽量避开预制墙体；④涉及到预制墙体部分的红外幕帘探测器吸顶安装，应距离墙边0.3m。

3.3 预制深化门窗设计要点

常规的门窗深化设计在主体结构施工封顶前2个月左右开展，但因预制装配式建筑涉及到预埋、防水及预制与现浇接缝等，本项目门窗深化设计需提前启动。门窗做法有两种，可与预制墙体一起做，也可后装。前者的做法可一次成型，减少了二次门窗施工与总包的界面扯皮，但对成品运输、堆放、保护要求高；后装可不做副框，通过止口解决安装问题，但需门窗深化设计与总包设计、装配式设计多方协调确认图纸。门窗体系结合保温材料通过节能计算确定，考虑到经济性，本项目不考虑门窗同墙体预制或附框的形式。

根据规范要求，高层住宅不得采用外平开窗，且公共区门窗使用率低，五金件易锈，故采用推拉窗形式；又因小户型厨房较紧凑，为避免内开打到水槽，采用下固定扇加内开窗形式；客厅、主卧凸窗考虑到成本，采用推拉窗；卫生间则采用上悬窗。

不同的窗型有不同的系列，同时，现浇及预制做法的统一对外立面至关重要。据厂家咨询单位提供的型材，推拉窗为100系列（图3），内开窗为65系列，设计原则为企口防水、外立面平齐兼顾经济合理。根据《上海市绿色建筑发展三年行动计划（2014-2016）》（沪府办 [2014]32号）规定的“建筑外门窗的传热系数K值不大于2.2W/(m2K)”及相关节能规定：①门窗采用高透Low-e+15Ar+5中空玻璃；②窗接缝防水采用企口加5mm厚塞缝，室内密封胶节点处理；③因推拉窗与内开窗厚度不同，故推拉窗企口按50mm考虑（图4），内开窗企口按80mm考虑；④后装法因在室内有高出的混凝土企口，可阻挡室外水进入室内。

预制凸窗安装同墙外平，企口按照预留50mm考虑。上部考虑滴水线，下部考虑建筑找坡防止雨水倒灌。预制凸窗根据构件质心确定吊点，可设置3或4个吊点；因垂直方向两块薄板质量相对凸窗整体较小，故按3个吊点考虑，由主要方向分块质量、块质心到原点的距离与总质量的关系确定（图5）。

该吊点方案顶部及侧边预留钢筋与侧板连接，从整体受力性能看，吊装过程相对稳定。若吊装质心不在当中，吊装过程会发生沿构件水平方向的部分倾斜，安装校正过程较长。

3.4 预制楼梯设计要点

因标准层的楼梯梯段基本相同，梯段板通常作为预制构件设计考虑。楼梯是安全逃生通道，需考虑现浇楼梯的抗震构造做法，同时兼顾施工操作的便捷性，融入预制节点的做法。

图3 100系列推拉窗节点

图4 推拉窗四周企口节点

楼梯参照《预制钢筋混凝土板式楼梯》（15G 367—1），采用半刚性滑动支座，考虑到施工吊装，设置M20吊装螺栓孔。预制楼梯要考虑使用功能的合理性，在其底部设置滴水槽，防止楼梯底面有明显的水痕（图6）。

预制楼梯设计易产生挡水槛与楼梯扶手栏杆预埋件冲突的问题，因此，楼梯栏杆埋件尺寸设计为PL-110×6，低于混凝土面10mm，挡水槛按80mm考虑，且一边留出1cm作为埋件保护层（图7、8）。该做法解决了预置埋板与预制楼梯挡水槛收头的问题。

4 项目预制深化节点做法及优化

4.1 PC保温节点构造

该项目由于一半住宅采用预制装配式，另一半采用现浇结构，考虑到建筑总体的协调及统一性，采用了外保温预制剪力墙体系。考虑到预制混凝土保温装修一体化的大力推广，建议其他项目采用预制夹心保温剪力墙体系。

预制剪力墙节点通过连接件将保温与预制墙体连接，保温部分为预制墙体的“外衣”，可减弱环境对房屋建筑的影响。类似于传统外墙保温体系，通过灌浆套筒、锚浆等连接件连接预制和现浇部分，做法存在冷桥、防水等问题。

采用混凝土复合保温形式，外侧为50～70mm厚混凝土饰面层，中部为保温层，最内侧为结构层，三层构造通过保温连接件连接成为整体，确保与预制墙板的夹心保温构造相一致。该结构的优点是生产方便、运输便捷，且外模板、保温、墙体连接紧固方便。缺点是穿墙杆连接螺母处存在冷桥，局部小节点容易损坏，运输、施工及生产过程中难以保护。

4.2 项目装配式建筑主要节点做法

图5 预制凸窗顶视图

图6 预制楼梯底视图

装配式建筑主要连接节点有：预制剪力墙水平接缝处竖向连接、预制剪力墙与现浇暗柱竖向接缝处水平向连接等。

4.2.1 预制剪力墙水平接缝处竖向连接做法

当预制剪力墙为受力抗侧力构件时（编号YSQ），上下墙板采用钢筋套筒连接。接缝处下层墙板预埋连接钢筋强度为HRB400，直径为20mm，间距400mm；上层墙板预埋钢筋套筒，墙板安装完毕后进行后灌浆，灌浆料强度不低于80Mpa。其中，预制墙体顶部预留楼板钢筋与后浇楼板钢筋可靠搭接（图9）。

当预制剪力墙为非抗侧力构件（编号YWQ），仅为围护结构墙体时，预制非承重墙墙板竖向连接采用金属波纹管灌浆定位连接，连接后通过后灌浆形成一体，达到构件连接可靠（图10）。

图7 预制楼梯扶手埋件与挡水槛关系图

图8 预制楼梯扶手埋件剖面图

预制墙板与现浇结构通过套筒（金属波纹管）连接，墙体原抗剪分布筋为O8@200，等强代换以及抗剪承载力放大10%，采用1根O12钢筋连接预制与现浇部分，起到等同于现浇连接的作用，波纹套管间距为400mm。

4.2.2 预制剪力墙与现浇暗柱竖向接缝处水平向一般连接做法

当预制剪力墙为受力抗侧力构件，预制墙体端部预留锚固筋锚入后浇暗柱内，在后浇暗柱内附加箍筋，锚入长度不小于1.2LaE。当预制剪力墙为非受力抗侧力构件，为围护结构墙体，下层预制墙体顶部框梁纵筋按LaE预留锚入两侧后浇暗柱内；同时，为防止渗漏，窗间墙设置构造拉结筋锚入后浇暗柱（剪力墙）内。

4.3 PC保温节点构造优化

外墙板接口连接构造按国标图集做法（图11），外墙板接口考虑上下墙板的连接，普遍预留混凝土企口，通过灌浆套筒连接。预制结构等同于现浇结构，若运输保护不当、施工操作野蛮，会人为增加预制结构与现浇结构连接弱化的可能性。

预制夹芯保温墙体具有墙板质量重、保温节点复杂、运输施工过程易损坏、穿墙螺杆处存在冷桥等问题。笔者与材料商接触发现，轻型、阻热性能高、保温性能好的材料能减少相关问题的出现。

预制薄型钢筋混凝土夹芯保温板由钢筋混凝土受力板与另侧钢筋混凝土保护板之间夹着气凝胶绝热毡构成。钢筋混凝土内墙板作为民用建筑外墙的受力件，其成分（配合比）钢筋按计算规范而定。另侧钢筋混凝土保护板保护夹在钢筋混凝土受力板外侧气凝胶绝热毡，保证运输、施工及使用不损坏保温材料，达到与建筑构件同寿命。该保温材料由SiO2气凝胶与玻璃纤维等组成，称为气凝胶绝热毡。相比其他保温板，预制薄型钢筋混凝土夹芯保温板大大减少了保温材料厚度，引起一系列优化：①缩短了二层钢筋混凝土板距离，减少对连接件的受力，降低了制作成本；②缩短连接件的传热通道，可提高板的阻热性能；③增加民用建筑的使用面积，减小净载该板的梁柱界面剂，减轻建筑自重，既降低工程造价、又提升建筑物抗震性能。该技术是对现有预制钢筋混凝土夹心保温板的突破，符合现代建筑产业向工业化、绿色节能方向发展。

图9 YSQ水平接缝标准层处连接详图

图10 YWQ水平接缝标准层处连接详图(双梁)

图12 是SiO2气凝胶外墙板连接节点，由于该毡具有绝佳的阻热性能，在上海地区，厚度在10～20mm的阻热等同于挤塑板、岩棉和发泡板40～80mm的效果，大幅降低了保温板的厚度。在同等建筑外围尺寸条件下，以上海住宅为例，可提高建筑室内0.6%～1.2%的使用面积；两侧钢筋混凝土预制板间距减少，板之间连接件的受剪力减小，相应受力件埋深减少，使外侧钢筋混凝土保护板变薄，继而减小承载预制钢筋混凝土板的梁柱截面积，减轻建筑自重，有利于建筑物抗裂；可通过保温下挂对外墙板下口进行保护，减少施工运输过程中可能带来的损坏。虽然气凝胶绝热毡单价相比其他高出100%，但该建筑的综合造价反而因钢筋混凝土用量、预制钢筋混凝土板连接件等造价的降低而下降。

SiO2气凝胶是目前保温性能最好的材料，几乎阻断了热传递的所有途径。SiO2气凝胶达到其他材料无法比拟的绝热效果，其导热系数在0.013W/（mk）以下，远低于常温下静态空气0.025W/（mk）的导热系数。SiO2气凝胶与保温性能良好的玻璃纤维等材料生产合成气凝胶绝热毡，具有一定的抗拉、抗压、抗折强度，可应用在钢筋混凝土夹芯中工作。该材料具有保温、阻热、防水憎水、耐热、耐寒、持久防腐、隔声抗震、方便施工的性能，在钢筋混凝土之间，可通过构造节点与钢筋混凝土共同工作，达到建筑使用同寿命。

5 结语

综上所述，装配式建筑深化设计牵扯专业较多，且各个专业深化设计的侧重要点不同。精装修设计根据建筑产品区域及定位，在满足使用功能的前提下，确定相应开关插座的数量位置，涉及到叠合板部分需提前确定筒灯、吊顶、顶面等具体做法；开关插座点位的预留应兼顾预制构件生产的便捷性、交付使用的标准化及最后完成面的观感要求；技防安防设备更新换代快，应根据建筑产品要求，考虑耐久性高、返修率低的设备；门窗深化设计还涉及到防雷接地的钢筋搭接、亮化的灯带的预埋件的预埋等；楼梯深化应保证楼梯的一般功能(滴水线、挡水坎等)并采用滑动支座，考虑预制梯段与现浇平台搭接的合理性、施工的便捷性、成品的美观等，并考虑楼梯栏杆埋件与挡水坎的收头做法等。

图11 国标图集外墙板接口连接构造图

图12 SiO2气凝胶外墙板接口连接构造图

预制与现浇交接节点常用的有PCF与预制外墙板体系，PCF因墙体较厚，普遍在270mm以上，防水可通过塞缝、放坡的止水口及空腔形成三道防水体系，相比于200mm的普通预制外墙板体系多一道防水保障；也因此，使得建筑自重加大，相应地震力增加，导致结构含钢量、混凝土含量加大，成本增加；同时，住宅建筑的使用面积相应减少，开发商可销售面积减少、利润牺牲，住户使用上的舒适度降低。传统的预制外墙板体系防水保障只有两道，施工稍有不慎，就会对房屋防水性能不利，因此，在不牺牲保温材料的保温、阻热、防水憎水、耐热、耐寒、持久防腐、隔声抗震性能及方便施工的前提下，减轻减薄保温材料才能兼顾PCF的防水保障，减少乃至规避相应缺点，实现预制装配式建筑利国利民利企的优势特征。