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圖3 外墻掛板分塊方案1
圖4 外墻掛板分塊方案2
從立面效果、原方案設(shè)計改動量、結(jié)構(gòu)埋件預(yù)留數(shù)量、生產(chǎn)效率和安裝效率等五個方面，對兩個方案進(jìn)行比較(表2)，可知方案2優(yōu)于方案1。最終的優(yōu)化方案得到了業(yè)主和設(shè)計方的一致認(rèn)同。
表2 立面分格方案比較
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立面效果 |
立面改動 |
預(yù)埋件數(shù)量 |
生產(chǎn)效率 |
安裝效率 |
| 方案1 |
有明縫 |
多 |
多 |
較低 |
較低 |
| 方案2 |
無明縫 |
少 |
少 |
高 |
高 |
1.1.3 外墻掛板建筑構(gòu)造設(shè)計
本項目建筑構(gòu)造設(shè)計主要包括防水、防火、保溫（詞條“保溫”由行業(yè)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(yōu)越，關(guān)鍵是做好接縫防水構(gòu)造、節(jié)點防火和層間防火構(gòu)造，具體做法如下：
(1)所有接縫防水構(gòu)造采用材料防水和構(gòu)造防水相結(jié)合的方式，外掛板水平縫防水構(gòu)造是在外掛板上下口預(yù)留啟口，外掛板安裝完成后外側(cè)填塞背襯材料，并用建筑密封膠封閉(圖5a)。
圖5(a)水平縫構(gòu)造
(2)掛板豎縫為“L”形接縫，具有構(gòu)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)。
圖5 (b)豎向縫構(gòu)造
(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(shè)計(圖5c)。
圖5(c)窗口構(gòu)造
(4)外掛板與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)之間的安裝拼縫用巖棉保溫板填塞，女兒墻處外掛板與現(xiàn)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)。
1 外掛板;2 建筑密封膠;3 背襯材料;4 后填
巖棉保溫;5 自熄型擠塑聚苯保溫;6 滴水槽;7 窗戶;8 現(xiàn)澆女兒墻;9 屋面防水上卷;10 金屬壓頂
圖5(d)女兒墻構(gòu)造
(5)外掛板水平接縫處于結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)之間預(yù)留的50mm的施工安裝縫內(nèi)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(gòu)造。
(6)主體結(jié)構(gòu)梁上下口均有掛板安裝節(jié)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(jié)點封閉。
(7)此項目外圍護(hù)采用內(nèi)保溫構(gòu)造做法，符合項目自身設(shè)計要求，所有內(nèi)保溫采用50mm厚自熄型擠塑聚苯板（詞條“擠塑聚苯板”由行業(yè)大百科提供），外掛板與主體結(jié)構(gòu)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(gòu)造設(shè)計
混凝土外掛板的自重較大，在考慮地震設(shè)計工況的情況下，每塊外掛板設(shè)兩個牛腿支撐點，外掛板豎向荷載可通過結(jié)構(gòu)挑出鋼牛腿將自重傳遞給主體結(jié)構(gòu)。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(yīng)和風(fēng)荷載效應(yīng)值的組合，每塊外掛板設(shè)置了4個用于水平限位的拉壓節(jié)點，用以承受平面外的荷載作用。當(dāng)外掛板承受外力時節(jié)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(chǎn)生的變位要求。經(jīng)過設(shè)計優(yōu)化和論證，得到外掛板節(jié)點連接構(gòu)造設(shè)計(圖6)。
圖6 連接構(gòu)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(guān)鍵，設(shè)計階段應(yīng)考慮掛板安裝順序，豎向要求從低到高逐層安裝，水平向應(yīng)從四個角點向中間安裝，經(jīng)過反復(fù)研究和優(yōu)化，制訂平面安裝動線(圖7)。
圖7平面安裝動線
1.2 中建技術(shù)中心試驗樓改擴(kuò)建工程
本項目位于北京市順義區(qū)林河開發(fā)區(qū)，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(wǎng)間距10m，主體結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，外墻采用預(yù)制清水混凝土掛板系統(tǒng)(圖8)。
圖8中建技術(shù)中心試驗樓
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(fēng)格，經(jīng)過調(diào)研和方案比較，業(yè)主最終確認(rèn)采用清水混凝土為實施方案。
1.2.2 外墻掛板分塊方案優(yōu)化
建筑師確定的標(biāo)準(zhǔn)掛板尺寸為3 . 7m長、1.6m高。深化設(shè)計時發(fā)現(xiàn)立面分格線與主體結(jié)構(gòu)的軸線、標(biāo)高沒有對應(yīng)關(guān)系，這就使預(yù)制外墻掛板與主體結(jié)構(gòu)的連接比較復(fù)雜，龍骨體系的布置與主體結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突。由于掛板型號與節(jié)點類型很多，給生產(chǎn)和安裝帶來諸多不便，造價較高。為此，我們做了分塊方案優(yōu)化。水平方向調(diào)整分格方案，讓板縫分割線和軸線建立定位關(guān)系，適當(dāng)調(diào)整掛板的寬度尺寸;標(biāo)高方向增設(shè)豎向龍骨，預(yù)制外墻掛板與鋼龍骨或混凝土結(jié)構(gòu)梁連接。調(diào)整后的立面細(xì)部如圖9所示，較好地滿足了建筑設(shè)計要求。
圖9 中建技術(shù)中心試驗樓細(xì)部
1.2.3 外墻掛板連接構(gòu)造設(shè)計
參考《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》的設(shè)計方法進(jìn)行預(yù)制混凝土掛板的龍骨系統(tǒng)設(shè)計，主龍骨受力以拉彎桿件（詞條“桿件”由行業(yè)大百科提供）設(shè)計，上下節(jié)點均按鉸接連接設(shè)計，下端節(jié)點做成上下可滑移節(jié)點構(gòu)造。掛板與龍骨、龍骨與主體結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造詳見圖10，11。
圖10 外掛板與龍骨連接構(gòu)造做法
圖11 龍骨與主體結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造做法
2 三維協(xié)同設(shè)計技術(shù)在預(yù)制建筑構(gòu)件深化設(shè)計中的應(yīng)用
2.1鄂爾多斯市體育中心體育場
本項目位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，主體采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，看臺坐席數(shù)6萬座，分低區(qū)、高區(qū)看臺，所有看臺采用清水混凝土預(yù)制看臺系統(tǒng)(圖12)。
圖12 鄂爾多斯市體育中心-體育場效果圖
2.1.1 項目背景
此項目工期短、難度大，從設(shè)計、施工到構(gòu)件加工、現(xiàn)場裝配都有難度，再加上設(shè)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(xiàn)澆階梯梁平面布置復(fù)雜，平面投影呈折線形，設(shè)計院結(jié)構(gòu)專業(yè)沒有定位圖，提供的計算模型導(dǎo)出圖(圖14)可以作為參考，但不能作為指導(dǎo)深化設(shè)計的依據(jù)，所以此現(xiàn)澆階梯型折線梁的空間定位設(shè)計是項目進(jìn)展的關(guān)鍵節(jié)點。如此，導(dǎo)致預(yù)制看臺的平面分塊無法確定，與之相關(guān)聯(lián)的工作不能往前推進(jìn)，給深化設(shè)計帶來很大阻礙。
圖13 鄂爾多斯體育場整體模型
圖14 結(jié)構(gòu)計算模型導(dǎo)出圖
2.1.2 結(jié)構(gòu)模型校核
現(xiàn)澆階梯型折線梁空間定位設(shè)計最好的解決方案是采用三維協(xié)同設(shè)計，通過建立三維模型復(fù)核結(jié)構(gòu)尺寸，準(zhǔn)確定位折線梁的空間位置，之后請設(shè)計院的設(shè)計師復(fù)核確認(rèn)，作為今后設(shè)計、施工的重要依據(jù)。此步工作的重要性在于能夠推動整個項目的進(jìn)展，減輕深化設(shè)計的經(jīng)濟(jì)成本和工期壓力。
在深化設(shè)計前，我院分別建立現(xiàn)澆主體結(jié)構(gòu)模型和預(yù)制看臺模型，將兩個建好的模型進(jìn)行組合套圖，查找預(yù)制看臺系統(tǒng)和現(xiàn)澆主體結(jié)構(gòu)有無相碰或不交圈的部位，該方法對于出入口等空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜的位置檢查非常必要(圖15~20)。
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