基于立面设计的产业化住宅预制剪力墙布置策略.pdf

572023.07/2023 年第 7 期开发与建设装配式建筑因可在专业的车间内生产装配式构件，以组装、拼装方式进行建造，施工过程中噪声、扬尘等环境影响大大降低，还能节省工期、节约资源，从而实现绿色建筑的目的，因而在建筑施工从业人员不断老龄化、人工成本不断提高的社会背景下，装配式建筑建造模式有着深远的前瞻性意义。但近年来随着各地装配式建筑的实施与建设，暴露了一系列问题。其中对广大受众而言，最直观的感受就是装配式建筑立面丑、刻板、缺少装饰构件。如何在符合大势所趋的基础上，将北方装配式剪力墙单元住宅即产业化住宅，设计得精致、有特点，是摆在每一位设计师面前的课题。一、北方产业化住宅特点1.北方单元住宅特点由于北方地区冬季寒冷多风，因此其标准层户型与南方单元住宅区别较大，整体而言其标准层平面更为规整紧凑。为减少冬季热量损失，其体表系数较小，尤其会减少西北方向迎风面建筑外表面积，以减少冬季热量损失。同时，越是寒冷的冬季人们对阳光的需求越高，因此纬度越高的地区住宅布置方式越接近纯南北向布置方式。综合以上两点因素，南立面通常会作为北方单元住宅最主要的立面，即主立面。大多数装饰性构件都会集中在南立面，而北立面和山墙面则较为放松。2.产业化住宅特点剪力墙体系的成熟大大提高了住宅的灵活性。在传统现浇剪力墙体系中由于各户型外墙和分户墙布置几乎无任何限制，外墙凹凸可根据户型关系调整。但在目前我国装配式建筑中，建筑户型种类依旧按传统现浇混凝土结构考虑，户型种类较多，这违背了装配式建筑的产业化、工业化初衷1。装配式剪力墙体系中预制混凝土墙体由于其自身生产条件的限制，目前仅适合做平面构件，如生产三维构件，其成本将大大提高。因此装配式剪力墙体系的单元住宅外立面和分户墙宜平直，减少不必要的凹凸，这使得产业化住宅立面先天缺少现浇体系中丰富的体型变化，进而也影响到了立面的装饰效果。同时，由于预制混凝土构件必须满足运输需求，其混凝土强度均需提高，通常混凝土强度不低于 C25，这使得在预制剪力墙上固定装饰构件难度大大增加，因此产业化住宅在预制墙体上的装饰性构件大量减少，大多数情况都是在平面上通过改变材质和色彩进行装饰，这基于立面设计的产业化住宅预制剪力墙布置策略 王振海（中铁二十二局集团有限公司，北京 100043）摘要近年来随着装配式单元式住宅（即产业化住宅）的不断兴起，越来越多的设计师意识到由于装配式建造模式自身对立面设计的限制，导致装配式住宅的立面丰富程度远远不及传统现浇项目，甚至给人留下了“装配式建筑就是丑建筑”的刻板印象。本文结合笔者多年参与北方产业化住宅的设计经验，剖析装配式建造方式对立面设计的制约，并提出改进深化方向。关键词装配式；单元住宅；预制剪力墙；立面设计Abstract:With the continuous rise of prefabricated unit dwellings in recent years,more and more designers are aware that due to the limitations of the prefabricated construction model on facade design,the richness of the facade of prefabricated residential buildings is far less than that of traditional cast-in-place projects.That even leaves a stereotype that prefabricated buildings are ugly buildings.Based on the authors design experience of industrialized residential buildings in the north,this article analyzes the constraints of prefabricated construction methods on facade design,and proposes directions for improvement and deepening.Keywords:prefabricated,unit dwellings,prefabricated shear wall,facade design58/2023.072023 年第 7 期开发与建设使得立面整体装饰效果受到了较大影响。此外，由于预制构件与现浇段浇筑时间不同，两者之间必然会出现无法掩盖的浇筑缝隙，如采用保温装饰一体化板预制构件，将在立面产生平均宽度约18mm 宽的缝隙，这些缝隙大大破坏了立面的完整性。正是由于以上三点原因限制了产业化住宅立面的凹凸进退关系及立面设计的灵活性，让设计师对其立面束手无策，正是这些缺少设计感的产业化住宅让广大受众产生了“装配式建筑就是丑建筑”的刻板印象。二、装配式剪力墙布置要求如何能解放产业化住宅的立面设计空间，首先要研究制约立面的最主要因素预制混凝土构件。其作为承重墙体的重要组成部分，如何能够结合立面设计要求，在合理范围内调整其布局，给立面设计和装饰构件留出空间，这才是解决问题的关键。1.剪力墙平面布置要求剪力墙布置需沿主轴方向双向均匀布置，为获得一定的使用空间不宜布置得太密。因此在传统剪力墙单元住宅的体系中，通常会将外墙、分户墙作为剪力墙的优选布置位置，在户内尽量减少剪力墙比例，以满足使用空间需求。此外剪力墙应尽量拉通、对直，由此可见凹凸进退较多的户型平面仅仅是因为现浇剪力墙承重体系的整体性较好，才可以做较多的转折变化，拉通、平直的剪力墙布置方式才是最高效、集约的方式。如将沿用传统做法，将剪力墙布置与产业化住宅外墙，平直、方正、少凹凸的标准层平面也是符合结构设计要求的，因此也可舍本逐末，为造型美观而刻意将外墙多做凹凸。2.装配式体系竖向构件预制率要求装配式剪力墙体系也是剪力墙体系，其特点只是一定比例的剪力墙以预制构件代替现场浇筑，核心思想是减少现场湿作业，那么如何合理布置剪力墙就成为研究重点。国家标准装配式建筑评价标准（GB/T51129-2017）2和北京标准装配式建筑评价标准（DB11/T 1831 2021）3均为主体结构中柱、支撑、承重墙、延性墙板等竖向构件预制率 35%80%，得分为20 30 分。从规范的比例和取分中不难看出编制组为设计师预留了较大的设计空间，即竖向构件预制率满足35%即可得到20 分，同时也可满足装配式建筑评价标准对结构专业的最低分分值要求。而竖向构件预制率满足80%才可满足 30 分，相当于预制率比例每提高 4.5%，可增加 1 分，还有一定的调控空间。三、装配式单元住宅剪力墙布置策略1.释放南立面空间，保留一定比例现浇混凝土外墙通过前文的分析，不难理解装配式体系下的产业化住宅，在预制构件上很难设计三维构件，如飘窗。那么是否就意味着这些人们已经习以为常的构件和空间在产业化住宅中只能舍弃呢？笔者认为答案是否定的。既然南立面是住宅项目的主立面，大多数装饰性构件均设置于南立面上，而且预制剪力墙对立面装饰的限制又较大，那么如果可以将南立面释放仍采用现浇体系，而且利用北立面、山墙面和承重内墙作为预制墙体，满足装配式评分标准中对竖向构件的预制率要求，就可以在很大程度上将产业化住宅的立面设计与传统现浇体系住宅保持一致，也可设置飘窗等装饰性构件。图 1 标准层预制剪力墙平面布置图 图 2 标准层预制剪力墙三维关系图592023.07/2023 年第 7 期开发与建设以上述图 1、图 2 户型为例，红色部分为预制剪力墙分布位置，集中于北侧外墙和东西侧山墙及分户墙，其本层预制混凝土体积为 221.65m，标准层混凝土总体积为 477.63m，本层预制率为 46.40%。单元综合考虑底部加强区、单元门厅和屋顶女儿墙总量，本项目为 26 层产业化住宅，预制率综合为 40.38%，符合国家和北京地方规范。产业化住宅底部1/10高度范围内需做现浇加强区，11 层单元需设置二层底部加强区，6 层单元需设置一层底部加强区，这两个楼层的产业化住宅预制率最难满足设计要求。本文研究预制剪力墙布置方式，经过测算 11 层单元预制率为 36.53%，6 层单元预制率为36.08%（见表 1），充分说明此种布置方式可满足绝大多数产业化住宅竖向预制构件比例不小于35%的要求。2.装饰性构件在预制剪力墙的固定与安装不同的户型对产业化住宅预制率的影响是不同的，如不能按照前文所述方式进行布局，也可考虑在预制外墙预留企口，将结构板和结构梁出挑，如此以来装饰性构件可以按人造板幕墙连接方式固定到外墙上。此种方式可以在一定程度上丰富立面的装饰效果，但会形成冷桥，对产业化住宅整体节能的影响，因而需配合冷桥综合处理措施。装配式装饰性构件可遵循工业化设计逻辑：标准化、模块化、系列化，预制外墙板展现预制模板肌理变化。装饰性构件固定的出挑结构梁和结构板，可以通用设计，立面装饰构件可设置为二至三种交替出现。经过合理排列组合，可使得产业化住宅立面既有丰富性，又不失装配式建筑的特点。3.预制构件缝隙的隐藏与利用产业化住宅除南立面外，山墙面和北墙面还必须面对预制剪力墙和现浇剪力墙之间的缝隙。如在装配式策略可满足的情况下，笔者建议尽量不采用保温装饰一体化板，此种板材问题较多，且中性硅酮胶寿命有限。因此，仅将结构构件预制，保温和装饰材料参照现浇体系做法则可保证装饰效果。如必须选用保温装饰一体化板，就必须面对板材间缝隙的问题。如选用与外墙同色中性硅酮胶，可一定程度隐藏缝隙，但与其掩盖不如正视并加以利用，可在立面上以结构缝为基础在一体化板上设计与板材缝隙宽度色彩一致的外立面分缝，还可提高立面的整体性。四、结语每一次改革的实践都是从无到有，从有到优的过程。产业化住宅是时代发展的必然产物，装配式建筑的设计与现浇结构体系的设计流程有很多的不同之处4，其在发展过程中遇到的各种问题，都是符合发展的必然规律。因此无论遇到何种困难，只要坚定信念，不断探索、深化实践，必然会让产业化住宅越发展越好，创造越来越多的精品工程。参考文献：1 白焕一.北京地区装配整体式混凝土剪力墙结构设计 J.混凝土与水泥制品,2022（3）80-84.2 装配式建筑评价标准：GB T 51129-2017S.3 装配式建筑评价标准：DB11/T 1831 2021S.4 石玉仁，李广惠，施蕊明.装配整体式剪力墙住宅的设计流程J.建筑技术，2018（9）：49-50.作者简介：王振海，男，1988 年生，高级工程师，主要研究方向为装配式建筑设计。26 层产业化住宅预制率计算11 层产业化住宅预制率计算6 层产业化住宅预制率计算层数混凝土体积（m）预制混凝土体积（m）备注层数混凝土体积（m）预制混凝土体积（m）备注层数混凝土体积（m）预制混凝土体积（m）备注1521.13 0.00 底部加强区1521.13 0.00 底部加强区1521.13 0.00 底部加强区2492.13 0.00 底部加强区2492.13 0.00 底部加强区2492.13 221.65 3477.63 0.00 底部加强区3477.63 221.65 3477.63 221.65 4477.63 221.65 4477.63 221.65 4477.63 221.65 52510030.23 4654.59 5102865.78 1329.88 5477.63 221.65 26625.86 221.65 含女儿墙11625.86 221.65 含女儿墙6625.86 221.65 含女儿墙12624.615097.88140.38%5460.161994.82336.53%3072.011108.23536.08%表 1 预制率计算对比表