装配式建筑外挂墙板结构设计

钱富贵

（中国建筑西南设计研究院有限公司贵州分院，贵州 贵阳 550000）

从20世纪60年代，装配式建筑在瑞典、丹麦、芬兰等北欧国家由政府主导建设的“安居工程”中，大量建造PC建筑。主要为多层“板楼”，成功解决了国民住房问题，不仅提高了效率，降低了成本，也保证了质量。装配式建筑是指，先将梁、板、柱、外墙等建筑构件在PC构件厂内生产完成，通过与PC构件模数协调、与路线环境相匹配的运输工具运到施工现场，然后采用可靠的安装方式和安装器械将这些建筑构件组装连接起来，使建筑物具备不同使用功能。与传统建筑现场施工相比，这种建造方式具有污染小、集成度高、工程进度快、建筑构件质量容易得到保证等优点。然而由于我国现有的施工技术和机械化条件不先进、不成熟、不系统、外挂墙板设计中的保温问题、防水问题、耐久性问题都是迫切需要解决的。

1 装配式建筑的发展前景

1.1 装配式建筑的优缺点

随着我国城市化进程的加快，城镇越来越多的楼房拔地而起，这就迫切需要一种新型的建造方式来适应这种形势，装配式建筑顺应了这种形势的发展，建筑行业迎来了新的契机。装配式建筑有以下优点：降低了施工现场的噪声污染，保护环境；构件能够在工厂内进行产业化生产，生产便捷，到了施工现场后，可以直接安装，速度快，效率高，可大大缩短施工工期；在施工现场的作业量减少，在很大的程度上降低了材料浪费，使材料的利用率最大化；构件在工厂采用机械化生产，产品质量在机械参数化生产后得到有效保证；降低料具租赁费用，减少周转料具投入量，节约成本；减少施工现场的作业量，有利于环境的保护；构件生产基本上都是机械化，减少了现场施工人员配备，节约成本。然而，装配式建筑外挂墙板也有很多缺点：装配式剪力墙施工时，由于外挂墙板依附于钢筋混凝土墙板（内叶板）上，有时外挂墙板上的预留对拉螺杆孔洞过少，可能导致模板刚度不够，使外挂板向外偏移，现场组装困难[1]。

1.2 装配式建筑的展望

随着人民生活水平的不断提高，越来越多的楼房在建设之中，政府、人民对建筑品质的要求也越来越高，因此建筑行业竞争压力逐渐变大，如何推进建筑业产业发展方式的升级与转变是建筑行业有关人士亟需思考的问题。走绿色环保、低碳循环、持续发展的道路，促进节能减排是建筑行业目前发展的主流方向。因此装配式建筑对改善生态质量和促进社会经济可持续发展具有重大的意义。

2 装配式建筑外挂墙板的拆分原则

外挂墙板不是结构构件，其拆分设计主要由建筑师根据建筑立面效果确定。外挂墙板应安装在主体结构构件上，及结构柱、梁、楼板或结构墙体上，墙板拆分受到主体结构布置的约束，必须考虑到实现与主体结构连接的可行性。如果主体结构体系的构件无法满足墙板连接节点的要求，应当引出如“牛腿”类的连接件或次梁次柱等二次结构体系，以服从建筑功能和艺术效果的要求。外挂墙板最大尺寸一般以一个层高和一个开间为限。欧美国家也有跨两个层高的超大型墙板，但制作和运输都很不方便。开口墙板如设置有窗户洞口的墙板，洞口边板的有效宽度不宜低于300mm。

3 装配式建筑外挂墙板的结构设计

3.1 PC墙板结构设计内容

1）连接节点布置

PC墙板的结构设计首先要进行连接节点的布置，因为墙板以连接节点为支座，结构设计计算在连接节点确定之后才能进行。

2）墙板结构设计

墙板自身的结构设计包括墙板结构尺寸的确定、作用及作用组合计算、配置钢筋、结构承载能力和正常使用状态的验算、墙板构造设计等。

3）连接节点结构设计

设计连接节点的类型、连接方式；作用及作用组合计算；进行节点结构计算；设计应对主体结构变形的构造；连接节点的其他构造设计。

4）制作、堆放、运输、施工环节的结构验算与构造设置

PC墙板在制作、堆放、运输、施工环节的结构验算与构造设置包括脱模、翻转、吊运、安装预埋件的设置；制作、施工环节荷载作用下墙板承载能力和裂缝验算等。

3.2 外挂墙板结构设计

1）外挂墙板必须满足构件在制作、堆放、运输、施工各个阶段和整个使用寿命期的承重能力要求，保证强度和稳定性；还应控制裂缝和挠度。

外挂墙板是装饰性构件、对裂缝和挠度比较敏感。按现行国家标准《混凝土结构设计规范》 （GB50010-2010）规定的最大允许裂缝宽度为0.2mm。0.2mm的结构裂缝是清晰可视的，清水混凝土和表面涂漆的墙板不大容易被用户接受，心理上会形成不安全感。外挂墙板在制作、堆放、运输、安装环节荷载作用下不应当出现裂缝。《混凝土设计规范》规定的受弯构件挠度的限值，是为屋盖、楼盖及楼梯构件规定的；外挂墙板计算跨度一般小于7m，照搬1/200挠度是可行的，这个挠度在视角上不会有明显的感觉。

2）作用与PC墙板的荷载与作用

不考虑连接节点，PC墙板本身结构计算需要考虑的荷载与作用与墙板方向有关。竖直PC墙板结构计算不需要考虑与墙板平行的重力荷载，只需考虑垂直于墙板的作用，包括风荷载和地震作用。不规则建筑表面倾斜和仰斜的PC墙板需要考虑的作用包括自重荷载、仰斜墙板还包括雪荷载、维修集中荷载。

3.3 墙板结构计算简图

3.3.1 无洞口墙板

外挂墙板的结构计算是验算水平荷载作用下板的承载能力和变形；竖直荷载主要是对连接节点和内外叶板的拉结件作用。外挂墙板是以连接节点为支承的板式构件，即四点支撑板。

3.3.2 长宽比大的墙板

长宽比较大的墙板，长边内力分布比较均匀，可直接按照简支板计算；短边内力因支座距离较远而分布不均匀，支座板带比跨中板带分担更多的荷载，应当对内力进行调整：支座板带承担75%的荷载，跨中板带承担25%的荷载。

3.3.3 墙板结构计算内容包括：配筋和墙板承载力验算；挠度验算；裂缝宽度计算。

按照日本经验，PC墙板随着安装节点位置的变化、开动情况的不同等，计算机计算的结果与人工计算结果差距较大。为了确保安全，在计算机计算的同时也可以采用人工计算进行比较，取更为安全的结果[2]。

4 结语

目前装配式建筑发展最快的地区是欧洲部分国家地区、北美、日本、新加坡和香港地区。在我国还处于探索发展阶段，理论体系尚未成熟，装配式建筑发展前景未来可期。但装配式建筑的优点显而易见，它相对于传统建造方式来说，能够保证房屋的质量和安全性，提高稳定性和耐久性，而且能够减少环境污染，改善环境质量，符合社会经济可持续发展的要求，是顺应我国未来建筑行业的发展趋势的新的建造形式，值得大家共同探索。