通過案例分析解析預制構件深化設計技術研究

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　　圖3 外墻掛板分塊方案1

　　從立面效果、原方案設計改動量、結構埋件預留數量、生產效率和安裝效率等五個方面，對兩個方案進行比較(表2)，可知方案2優于方案1。最終的優化方案得到了業主和設計方的一致認同。

　　表2 立面分格方案比較

　　本項目建筑構造設計主要包括防水、防火、保溫（詞條“保溫”由行業大百科提供）等，由于混凝土板厚度為230mm，外掛板自身的防水、防火性能優越，關鍵是做好接縫防水構造、節點防火和層間防火構造，具體做法如下：

　　(1)所有接縫防水構造采用材料防水和構造防水相結合的方式，外掛板水平縫防水構造是在外掛板上下口預留啟口，外掛板安裝完成后外側填塞背襯材料，并用建筑密封膠封閉(圖5a)。

　　(2)掛板豎縫為“L”形接縫，具有構造防水特點，外層用填塞背襯材料并嵌固建筑密封膠封閉(圖5b)。

　　(3)窗口周邊做防水企口，窗框與掛板接縫用密封膠封閉，上口做滴水槽，下口做坡水設計(圖5c)。

　　(4)外掛板與現澆結構之間的安裝拼縫用巖棉保溫板填塞，女兒墻處外掛板與現澆墻之間的安裝間隙采用金屬鋁扣板壓頂封閉，可有效解決朝天縫的防水問題(圖5d)。

　　圖5(d)女兒墻構造

　　(5)外掛板水平接縫處于結構梁中間，所以水平接縫防火重點是做好層間防火，在外掛板與主體結構之間預留的50mm的施工安裝縫內填塞巖棉并用彈性砂漿封閉接縫外口，這樣兼顧保溫和防火構造。

　　(6)主體結構梁上下口均有掛板安裝節點，這是防火的重點，我們采用半濕法噴涂巖棉的方式將安裝節點封閉。

　　(7)此項目外圍護采用內保溫構造做法，符合項目自身設計要求，所有內保溫采用50mm厚自熄型擠塑聚苯板（詞條“擠塑聚苯板”由行業大百科提供），外掛板與主體結構的間隙采用巖棉保溫填縫形成完整的保溫體系。

　　1.1.4 外墻掛板連接構造設計

　　混凝土外掛板的自重較大，在考慮地震設計工況的情況下，每塊外掛板設兩個牛腿支撐點，外掛板豎向荷載可通過結構挑出鋼牛腿將自重傳遞給主體結構。水平荷載主要考慮外掛板自身重心偏移造成的水平力、水平地震效應和風荷載效應值的組合，每塊外掛板設置了4個用于水平限位的拉壓節點，用以承受平面外的荷載作用。當外掛板承受外力時節點能夠自由滑動，較好地滿足了掛板在溫度或地震作用下產生的變位要求。經過設計優化和論證，得到外掛板節點連接構造設計(圖6)。

　　圖6 連接構造詳圖

　　由于該項目建筑平面尺寸較大墻板的水平向和豎向均采用企口接縫。外掛板的安裝順序非常關鍵，設計階段應考慮掛板安裝順序，豎向要求從低到高逐層安裝，水平向應從四個角點向中間安裝，經過反復研究和優化，制訂平面安裝動線(圖7)。

　　1.2 中建技術中心試驗樓改擴建工程

　　本項目位于北京市順義區林河開發區，建筑高度為35.3m，地上7層、地下1層，首層層高5.1m，二層層高3.9m，三層層高5.7m，四至七層層高4.5m。建筑平面為矩形布置，軸網間距10m，主體結構為現澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結構，外墻采用預制清水混凝土掛板系統(圖8)。

　　1.2.1 建筑外墻方案比對

　　該項目建筑方案的外飾面效果初期考慮石材和清水混凝土兩種風格，經過調研和方案比較，業主最終確認采用清水混凝土為實施方案。

　　1.2.2 外墻掛板分塊方案優化

　　建筑師確定的標準掛板尺寸為3 . 7m長、1.6m高。深化設計時發現立面分格線與主體結構的軸線、標高沒有對應關系，這就使預制外墻掛板與主體結構的連接比較復雜，龍骨體系的布置與主體結構發生沖突。由于掛板型號與節點類型很多，給生產和安裝帶來諸多不便，造價較高。為此，我們做了分塊方案優化。水平方向調整分格方案，讓板縫分割線和軸線建立定位關系，適當調整掛板的寬度尺寸;標高方向增設豎向龍骨，預制外墻掛板與鋼龍骨或混凝土結構梁連接。調整后的立面細部如圖9所示，較好地滿足了建筑設計要求。

　　1.2.3 外墻掛板連接構造設計

　　參考《金屬與石材幕墻工程技術規范》的設計方法進行預制混凝土掛板的龍骨系統設計，主龍骨受力以拉彎桿件（詞條“桿件”由行業大百科提供）設計，上下節點均按鉸接連接設計，下端節點做成上下可滑移節點構造。掛板與龍骨、龍骨與主體結構的連接構造詳見圖10，11。

　　圖11 龍骨與主體結構連接構造做法

　　2 三維協同設計技術在預制建筑構件深化設計中的應用

　　2.1鄂爾多斯市體育中心體育場

　　本項目位于內蒙古自治區鄂爾多斯市，主體采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構體系，看臺坐席數6萬座，分低區、高區看臺，所有看臺采用清水混凝土預制看臺系統(圖12)。

　　2.1.1 項目背景

　　此項目工期短、難度大，從設計、施工到構件加工、現場裝配都有難度，再加上設計院前期提供的圖紙不是很完善，只有體育場整體模型(圖13)，尤其是二層看臺現澆階梯梁平面布置復雜，平面投影呈折線形，設計院結構專業沒有定位圖，提供的計算模型導出圖(圖14)可以作為參考，但不能作為指導深化設計的依據，所以此現澆階梯型折線梁的空間定位設計是項目進展的關鍵節點。如此，導致預制看臺的平面分塊無法確定，與之相關聯的工作不能往前推進，給深化設計帶來很大阻礙。

　　2.1.2 結構模型校核

　　現澆階梯型折線梁空間定位設計最好的解決方案是采用三維協同設計，通過建立三維模型復核結構尺寸，準確定位折線梁的空間位置，之后請設計院的設計師復核確認，作為今后設計、施工的重要依據。此步工作的重要性在于能夠推動整個項目的進展，減輕深化設計的經濟成本和工期壓力。

　　在深化設計前，我院分別建立現澆主體結構模型和預制看臺模型，將兩個建好的模型進行組合套圖，查找預制看臺系統和現澆主體結構有無相碰或不交圈的部位，該方法對于出入口等空間結構復雜的位置檢查非常必要(圖15~20)。

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