谈装配式钢结构住宅外墙技术的发展与应用

丁 浩

(巢湖市建设工程质量监督站，安徽 巢湖 238000)

1 概述

发展装配式建筑是国家战略，是建筑行业的又一次技术革新，2018年住建部工作会议上指出：深入推进建筑业供给侧结构性改革，大力发展钢结构等装配式建筑作为两项重点工作任务提出。将钢结构应用于装配式建筑中，能够有效实现节能减排、控制污染的新型建筑发展模式，促进我国建筑业走向产业化、信息化、智能化，符合我国建筑行业绿色发展和生态文明建设的长远目标。

从2016年至今，全国范围内开展了较多的装配式钢结构建筑的示范项目建设，其中较多的是针对住宅等居住类建筑。高校、设计、施工等相关企业开展了大量的关于装配式钢结构建筑技术体系的研发工作，在建筑材料、产品研发、建造过程及信息化应用方面取得了较多技术成果，较大地促进了装配式钢结构住宅的发展与工程应用。但是，装配式钢结构住宅外墙技术仍存在诸多问题亟待解决与完善，是目前钢结构住宅技术体系中关键技术革新的重点。

装配式建筑技术的应用发展已经上升到国家政策层面，2020年7月，住房和城乡建设部13部委联合发布《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》(建市[2020]60号)，文件指出：以大力发展建筑工业化为载体，以数字化、智能化升级为动力，创新突破相关核心技术，加大智能建造在工程建设各环节应用，形成涵盖科研、设计、生产加工、施工装配、运营等全产业链融合一体的智能建造产业体系，提升工程质量安全、效益和品质，有效拉动内需，培育国民经济新的增长点，实现建筑业转型升级和持续健康发展。

2 外墙功能与其设计特点

外墙是建筑的“外衣”，不仅影响着建筑的美观，更重要的是具有防护功能，与传统住宅外墙相比有其自身的特点，其自身特点体现在装配式建筑建造全过程之中，装配式建筑[1]的建造过程管理直接涉及其工程质量及竣工建筑的居住舒适度，本文结合工程建造全过程工程实践，阐述装配式钢结构住宅外墙的建筑功能与其特点如表1所示。

表1 装配式钢结构住宅外墙的建筑功能与其设计特点

在对装配式钢结构住宅外墙进行设计前，宜结合当地(或合理运输半径)墙体的发展实际情况，针对外墙进行技术策划，包括对当地居住习惯、户型交通组织、建筑外立面特色、当地的经济状况等进行调研。

3 外墙的种类

外墙技术与装配式钢结构住宅主体结构发展不同步，虽然市场上墙体材料种类众多，但能够实际应用于装配式钢结构外墙的却不多[2]。近年来，随着国家政策发布与支持，高校、设计院及大型施工企业的研究机构均对外墙进行研发与创新，进行了大量的试验研究，应用于装配式钢结构住宅典型项目的墙体按照其自身组成划分，如表2所示。

目前，国内还有一些新兴墙体材料诞生，并处于试验与工程实践阶段，不一一列举。在墙体材料研发、墙体自身组成设计、连接构造设计等方面，均应综合考虑装配式钢结构住宅外墙的各项建筑功能，做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量。

表2 装配式钢结构住宅外墙的种类

4 外墙的选用与分析

钢结构相比混凝土剪力墙结构，侧向刚度弱，呈现悬臂柔性，在风载荷和地震荷载作用下，层间位移可达1/250，同时，钢梁在竖向荷载作用下，产生较大竖向挠度，对振动荷载敏感。针对装配式钢结构住宅外墙的选用，应综合考虑墙体自身材料的延性、与主体连接节点的变形协调性等，注重柔性、刚性连接的构造设计，避免墙体自身及其与内墙交汇处产生裂缝。

实现围护结构与主体结构的一体化比较困难[3]，本文提出外墙的关键技术突破是解决墙体与主体结构的变形协调性问题，通过分析现有理论研究与近些年工程实践表明，外墙的技术突破可从三个方面入手：墙体材料(包括轻质高强、延性好、耐久性好)的研究；墙体自身的变形与主体结构变形协调一致；墙体连接节点能够协调刚性墙体与主体结构的变形；外墙同时需要与室内管线等设备管线的施工结合，能够做到便于施工装配及后期使用中的检修等。目前，装配式钢结构住宅外墙的选用简要分析如下：

1)玻璃幕墙和龙骨体系外墙能够较好地与钢结构主体结构“匹配”(“匹配”的含义：两种材料之间能够较好地协调变形，主要是抵抗风载、温度等效应)，技术成熟可靠，但是玻璃幕墙造价较高、节能消耗较大。而龙骨体系，其符合工业化生产现场装配式的特点，施工简便易操作，但存在厚重感不足，敲击空鼓声音大，也存在一定的隔声问题，目前在我国居住习惯上尚存在一段接受的适应期。

2)轻质条板类其材料自身具有脆性、易破断、锚固件易松弛等现象，轻质条板类+保温装饰一体化板是较好的外墙体系，但是轻质条板和保温装饰一体化板的锚固和防渗是设计工作的重点，必要时应引入新型粘结和锚固材料，同时，轻质条板与主体钢结构连接的构造设计，应根据试验验证可靠后再进行实际工程应用，在工程实践过程中，有必要采用BIM三维模型针对保温装饰一体化板进行深化设计排板。

3)预制混凝土夹心保温单元式大板在装配式钢结构建筑中的应用，引入了欧美、德国等技术，目前，形成了一定规模产业，形成了国家标准、地方标准及企业标准，并具有设计理论和研究基础，在实体工程中得到应用，造价符合现阶段发展，是目前发展装配式钢结构住宅的主流趋势。但是在墙板重量上亟待轻型材料的研发得以降重。

综合上述内容，本文提出各类外墙可结合的做法(见表2)，例如A+B型、A+D型、A+E型、B+E型组合墙体，无论选用哪一种墙体，工程总承包企业均应对设计人员及施工作业人员进行技术培训，做好技术策划与技术交底，外墙的建造过程关键在于节点等细节的构造设计及现场做法，做到精细化施工才能确保工程质量。

5 结语

钢结构具有轻质高强、抗震性能优越、工业化生产等优点，能够较好地实现大空间，是绿色环保型建筑材料，为真正发挥钢结构在装配式住宅项目中的应用价值，需要我们为他披上一件美丽而实用的“外衣”。

1)在装配式钢结构住宅外墙的技术研发与工程设计中，应综合考虑本文所阐述的建筑功能与其设计特点，工程总承包企业应根据项目特点、所在区域等实际情况，组织设计及各部品部件单位对实体项目进行技术策划，做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量。

2)装配式钢结构住宅外墙的选用应根据实体项目的特点，因地制宜地选择外墙材料，防水、防冷桥、防霉、防开裂是构造设计的关键技术，宜通过工程试验验证可靠后在实体工程应用。

3)装配式建筑的建造与传统建筑有不同之处，注重协同设计、技术策划、信息化管理等，工程总承包企业宜对关键技术的实施制定设计导则、操作指导书及工法等文件，对产业化工人及安装工人进行实操培训，重视外墙安装施工的每道细节工序。