蘇州城億綠建科技PC構(gòu)件廠配套綜合研發(fā)樓

01 項目概況

本項目為蘇州城億綠建科技股份有限公司新建PC構(gòu)件廠項目的配套綜合研發(fā)樓，項目位于蘇州市相城區(qū)望亭鎮(zhèn)，新華村路南側(cè)、姚鳳橋路東側(cè)。

綜合研發(fā)樓為4層建筑，建筑面積為9047.49平方米，其中地上建筑面積：5830.64平方米，地下室建筑面積：3216.85平方米。建筑高度為19.8米。一層為展覽空間，二到四層為辦公、會議空間，采用新型裝配式組合結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年。

項目建設(shè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)超低能耗建筑、綠色建筑三星級、裝配式建筑三星級，整體預(yù)制裝配率達(dá)到90%以上，通過高度工業(yè)化的建造方式打造面向未來建筑業(yè)發(fā)展需求的綠色、健康、智慧、超低能耗的高品質(zhì)建筑。

02 外圍護(hù)系統(tǒng)方案

整體思路是從項目的需求出發(fā)，整理市場產(chǎn)品并進(jìn)行性能調(diào)研，進(jìn)行整體對比并對適用部位進(jìn)行分析，最終確定項目產(chǎn)品選型。

1 項目建筑性能要求

作為一棟多層辦公樓的外圍護(hù)系統(tǒng)，首先要滿足的是建筑功能方面的要求，即隔絕外部環(huán)境對內(nèi)部使用人員、設(shè)備、活動的影響，具體包括建筑的保溫、隔聲、氣密性以及抗震、抗風(fēng)等方面的性能。

在外窗的方面，要滿足《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GBT 51350-2019表6.1.5-2關(guān)于夏熱冬冷地區(qū)外窗傳熱系數(shù)限值最低要求，外窗傳熱系數(shù)不能大于2.2W/(㎡·K)。

《江蘇省超低能耗居住建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》中對于外窗的要求如下，即要求傳熱系數(shù)K≤1.6W/(㎡·K)，各向外窗在夏季和冬季遮陽系數(shù)也做出了要求?？紤]到本項目為多項技術(shù)集成示范工程，所以本項目外窗傳熱系數(shù)要求適當(dāng)提高，參考已實(shí)施的《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則》中關(guān)于對外窗傳熱系數(shù)的要求，外窗綜合傳熱系數(shù)定為1.8W/㎡·K，同時采用可調(diào)節(jié)外遮陽控制遮陽系數(shù)，南向夏季遮陽系數(shù)≤0.20，冬季遮陽系數(shù)≥0.60，外窗可見光透過率≥0.50。

在確定外墻體傳熱系數(shù)指標(biāo)方面，結(jié)合4月份滿足零能耗建筑目標(biāo)的能耗模擬計算的邊界條件設(shè)定值，設(shè)定的外墻平均傳熱系數(shù)要求為0.4 W/(㎡·K)。這一平均傳熱系數(shù)設(shè)定值滿足《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GBT 51350-2019、《江蘇省超低能耗居住建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》的最低限值要求。

零能耗建筑要求建筑必須具有完整連續(xù)的氣密層，本項目的氣密性能要求不低于《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級及檢測方法》GB/T 7106-2008所規(guī)定的8級。

本工程為綜合樓建筑，地上部分耐火等級為二級，保溫材料的燃燒性能不應(yīng)低于B2級。

項目地區(qū)在蘇州市，抗震設(shè)防烈度為7度，建筑抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類；蘇州地區(qū)的基本風(fēng)壓為0.45kN/㎡。分別需要滿足在地震、風(fēng)荷載作用下的構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)驗算。

2 市場產(chǎn)品調(diào)研

目前根據(jù)構(gòu)造類型，建筑裝配式外圍護(hù)墻板類構(gòu)件一般可以按構(gòu)造分為單一材料墻板、復(fù)合材料墻板、骨架類墻板；各自又可以根據(jù)是否帶保溫、裝飾形成結(jié)構(gòu)裝飾保溫中間兩種或者三種一體墻板；根據(jù)是否采用吊掛連接件，可分為內(nèi)嵌式或外掛式兩種與主結(jié)構(gòu)的安裝方式。

在單一材料墻板方面，目前市場上主要產(chǎn)品為蒸壓加氣混凝土墻板（ALC板）系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般由ALC條板、背負(fù)鋼框架和勾頭螺栓構(gòu)成，也可以選裝保溫層。自重一般為450~550kg/m3，墻板本身導(dǎo)熱系數(shù)為0.12W/(m·K)，耐火時間為4個小時。

比較常用的龍骨墻板為輕鋼龍骨保溫裝飾一體化外墻板，由外葉裝飾板、輕鋼龍骨骨架、內(nèi)葉防火板、保溫層、剪力釘和連墻件組成。輕鋼龍骨墻板輕質(zhì)高強(qiáng)，自重最低可至120kg/㎡，根據(jù)需要可以做到十多米的板幅跨度。另一種龍骨墻板是木龍骨墻板，一般包括木龍骨骨架、OSB板、呼吸紙、外葉裝飾面板、防蟲網(wǎng)、順?biāo)畻l、泛水板、保溫層和底梁板、內(nèi)葉防火板等部件。燃燒性能為難燃型B1，自重最低可至60kg/㎡。

在復(fù)合墻板中應(yīng)用比較廣泛的是預(yù)制混凝土夾心保溫墻板，該種墻板由連墻件、連接件、內(nèi)葉混凝土板、外葉混凝土板、保溫層構(gòu)成，俗稱三明治墻板，自重約為650kg/㎡。

3 外墻板構(gòu)件選型

根據(jù)項目超低能耗目標(biāo)要求，外圍護(hù)墻體的平均傳熱系數(shù)不超過0.4 W/(㎡·K)，而木龍骨墻板因為結(jié)構(gòu)骨架采用木料，只有金屬龍骨導(dǎo)熱系數(shù)的1/100左右，熱工學(xué)性能非常優(yōu)異。除此之外墻板的重量也是影響裝配式建造效率的重要因素。初步根據(jù)材料特點(diǎn)進(jìn)行評價如下：

初選預(yù)制外墻板性能評價分析

根據(jù)以上初步各類墻板構(gòu)件性能評價，結(jié)合項目的整體需求，優(yōu)先選用木龍骨裝飾保溫一體化墻板，最容易達(dá)到超低能耗建筑的保溫要求并且具有比較快捷方便的施工方式；建筑一層因為容易受潮氣影響并且容易被蟲蟻蛀蝕，故采用耐候性更好的預(yù)制混凝土夾心保溫外墻板；考慮施工便利性，一層局部采用輕鋼龍骨一體化外墻板。最終形成如下應(yīng)用方案：

南北立面外墻板應(yīng)用方案

東西立面外墻板應(yīng)用方案

03 外圍護(hù)構(gòu)件設(shè)計

一層預(yù)制混凝土夾心保溫墻板為例，對裝配式外圍護(hù)構(gòu)件設(shè)計進(jìn)行說明。項目基本數(shù)據(jù)如下：一層墻板最大標(biāo)高為5.4m，建筑地面粗糙度類別為B類，蘇州地區(qū)基本風(fēng)壓0.45kN/㎡，抗震設(shè)防烈度為7度（0.10g）。

1 荷載計算

預(yù)制混凝土夾心保溫墻板系統(tǒng)由內(nèi)葉混凝土板、外葉混凝土板、保溫層（XPS）及連接件組成。墻板尺寸如圖所示。

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012），外圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計算基本組合Q1=2.30kN/㎡。

墻板裂縫控制等級為二級，抗裂驗算按照荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計算效應(yīng)設(shè)計值。由于墻板上部支座釋放了豎直方向的位移，且墻板兩側(cè)均有拼縫，不考慮溫度作用。標(biāo)準(zhǔn)組合下的荷載Q2=1.53kN/㎡。

2 墻板主體設(shè)計

墻體熱工性能設(shè)計

根據(jù)《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GBT 51350-2019、《江蘇省超低能耗居住建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》《上海市超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則（試行）》要求，外墻平均傳熱系數(shù)應(yīng)不高于0.4 W/(㎡·K)。在此根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》GB 50176-2016對預(yù)制混凝土夾心保溫墻板的平均傳熱系數(shù)進(jìn)行計算。

計算參數(shù)

可以算出，預(yù)制混凝土夾心保溫墻板的傳熱系數(shù)為0.342 W/ （㎡·K），滿足超低能耗建筑要求。因此，墻板尺寸確認(rèn)為外葉板厚60mm，內(nèi)葉板厚120mm，XPS保溫層厚80mm。

墻體力學(xué)性能設(shè)計

（1）有限元分析

本項目所使用的預(yù)制混凝土墻板為非組合夾心保溫墻板，僅考慮內(nèi)葉混凝土墻板單獨(dú)承受水平荷載作用。本文使用MIDASGEN建立內(nèi)葉混凝土墻板有限元模型，選取單元類型為板單元，材料為C30混凝土，板厚120mm。窗口部分板厚1mm，材料彈性模量為零，用于分配荷載。

由彎矩計算結(jié)果可知，250mm寬板上最大彎矩為5.1kN·m，剪力為4.03kN。300mm寬板上最大彎矩值為5.58 kN·m，最大剪力為2.04kN。

彎矩結(jié)果   剪力結(jié)果

（2）墻板配筋

由有限元分析結(jié)果可知，250mm寬板跨中及300mm寬板跨中為墻板的最不利位置。因此，需要對這兩個位置進(jìn)行配筋計算。由于250板和300板寬度較小，剪力作用較為明顯，配筋計算時將其當(dāng)做梁來考慮。剩余板塊配雙層雙向鋼筋網(wǎng)片φ8@200，鋼筋均為HRB400。

3 墻板轉(zhuǎn)接件設(shè)計

上部轉(zhuǎn)接件采用長圓孔與預(yù)埋哈芬槽的方式釋放X、Y軸方向的位移，通過螺栓和墊片約束Z軸方向位移。

根據(jù)計算假定得出上部支座節(jié)點(diǎn)在荷載下的沿Z軸方向反力為8.1kN。由有限元結(jié)果圖可知最大應(yīng)力值303MPa，小于鋼材的抗拉抗壓抗彎強(qiáng)度值305MPa。因此，轉(zhuǎn)接件的尺寸設(shè)計滿足要求。

應(yīng)力結(jié)果

04 連接拼縫設(shè)計

本項目采用了三種不同的裝飾保溫一體化墻板。不同墻板間的拼接節(jié)點(diǎn)是重點(diǎn)與難點(diǎn)，拼縫的質(zhì)量決定了外圍護(hù)系統(tǒng)的性能。連接拼縫的設(shè)計是重中之重。由于預(yù)制混凝土夾心保溫墻板僅僅在一層使用，上下并沒有墻板與之相鄰。因此，僅對豎向拼縫進(jìn)行計算。

綜合考慮立面分格、溫度變形、風(fēng)荷載及地震作用下的接縫受力特點(diǎn)、接縫變形量、密封材料最大拉伸-壓縮變形量及施工安裝誤差等因素的影響，接縫寬度可按下式計算：

05 結(jié)語

本項目通過對夏熱冬冷地區(qū)具體超低能耗項目裝配式外圍護(hù)研究、分析、設(shè)計過程的梳理，形成了整套工作流程及具體實(shí)施步驟，并獲得了該類項目實(shí)施的一些經(jīng)驗：

（1）豐富的產(chǎn)品庫信息和對既有產(chǎn)品性能的掌握是裝配式外圍護(hù)設(shè)計的基礎(chǔ)，在既有資料基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合評比分析，才能選擇與項目需求最匹配的解決方案；

（2）裝配式外圍護(hù)技術(shù)解決路線必然是從系統(tǒng)→構(gòu)件→節(jié)點(diǎn)這樣一個逐步拆解的過程，系統(tǒng)的選型對于整體影響最大，構(gòu)件的設(shè)計決定了生產(chǎn)及主要性能，而連接、拼縫節(jié)點(diǎn)不僅影響了安裝效率，同時也是超低能耗這類有較高建筑要求建筑的最終性能成績的關(guān)鍵一環(huán)；

（3）檢測是對建筑性能非常有效的后評估方法，并且通過合理的策劃，可以反向指導(dǎo)設(shè)計工作，對于建筑項目設(shè)計效果的評估及更多項目性能的提升有著極大益處。本項目設(shè)定了檢測的目標(biāo)及分析計劃，是推進(jìn)建筑全生命周期管理和建設(shè)高品質(zhì)建筑的有力手段。

隨著建筑工業(yè)化的發(fā)展，建筑業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈將更緊密的聯(lián)系在一起，橫向不同專業(yè)的配合以及前后不同環(huán)節(jié)的銜接也愈加重要。必須設(shè)定整體把控和系統(tǒng)設(shè)計，統(tǒng)籌考慮方設(shè)計方案、生產(chǎn)加工、施工建造、運(yùn)維管理等各方面的影響因素并綜合評估，才能選擇對項目總體價值最高的技術(shù)路線和實(shí)施方案，這也是未來建筑業(yè)發(fā)展的核心價值點(diǎn)。