蘇州城億綠建科技PC構件廠配套綜合研發(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、姚鳳橋路東側。

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構體系。結構設計使用年限為50年。

項目建設目標是實現(xiàn)超低能耗建筑、綠色建筑三星級、裝配式建筑三星級，整體預制裝配率達到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)品并進行性能調(diào)研，進行整體對比并對適用部位進行分析，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、抗風等方面的性能。

在外窗的方面，要滿足《近零能耗建筑技術標準》GBT 51350-2019表6.1.5-2關于夏熱冬冷地區(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導則（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集成示范工程，所以本項目外窗傳熱系數(shù)要求適當提高，參考已實施的《上海市超低能耗建筑技術導則》中關于對外窗傳熱系數(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)指標方面，結合4月份滿足零能耗建筑目標的能耗模擬計算的邊界條件設定值，設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)設定值滿足《近零能耗建筑技術標準》GBT 51350-2019、《江蘇省超低能耗居住建筑技術導則（試行）》《上海市超低能耗建筑技術導則（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低于B2級。

項目地區(qū)在蘇州市，抗震設防烈度為7度，建筑抗震設防類別為標準設防類；蘇州地區(qū)的基本風壓為0.45kN/㎡。分別需要滿足在地震、風荷載作用下的構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)構造類型，建筑裝配式外圍護墻板類構件一般可以按構造分為單一材料墻板、復合材料墻板、骨架類墻板；各自又可以根據(jù)是否帶保溫、裝飾形成結構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構的安裝方式。

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、背負鋼框架和勾頭螺栓構成，也可以選裝保溫層。自重一般為450~550kg/m3，墻板本身導熱系數(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，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)、順水條、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/㎡。

在復合墻板中應用比較廣泛的是預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、保溫層構成，俗稱三明治墻板，自重約為650kg/㎡。

3 外墻板構件選型

根據(jù)項目超低能耗目標要求，外圍護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構骨架采用木料，只有金屬龍骨導熱系數(shù)的1/100左右，熱工學性能非常優(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)材料特點進行評價如下：

初選預制外墻板性能評價分析

根據(jù)以上初步各類墻板構件性能評價，結合項目的整體需求，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。最終形成如下應用方案：

南北立面外墻板應用方案

東西立面外墻板應用方案

03 外圍護構件設計

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

1 荷載計算

預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)《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2012），外圍護結構風荷載計算基本組合Q1=2.30kN/㎡。

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

2 墻板主體設計

墻體熱工性能設計

根據(jù)《近零能耗建筑技術標準》GBT 51350-2019、《江蘇省超低能耗居住建筑技術導則（試行）》《上海市超低能耗建筑技術導則（試行）》要求，外墻平均傳熱系數(shù)應不高于0.4 W/(㎡·K)。在此根據(jù)《民用建筑熱工設計規(guī)范》GB 50176-2016對預制混凝土夾心保溫墻板的平均傳熱系數(shù)進行計算。

計算參數(shù)

可以算出，預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，墻板尺寸確認為外葉板厚60mm，內(nèi)葉板厚120mm，XPS保溫層厚80mm。

墻體力學性能設計

（1）有限元分析

本項目所使用的預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。

彎矩結果   剪力結果

（2）墻板配筋

由有限元分析結果可知，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 墻板轉接件設計

上部轉接件采用長圓孔與預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)點在荷載下的沿Z軸方向反力為8.1kN。由有限元結果圖可知最大應力值303MPa，小于鋼材的抗拉抗壓抗彎強度值305MPa。因此，轉接件的尺寸設計滿足要求。

應力結果

04 連接拼縫設計

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)點是重點與難點，拼縫的質(zhì)量決定了外圍護系統(tǒng)的性能。連接拼縫的設計是重中之重。由于預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，僅對豎向拼縫進行計算。

綜合考慮立面分格、溫度變形、風荷載及地震作用下的接縫受力特點、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研究、分析、設計過程的梳理，形成了整套工作流程及具體實施步驟，并獲得了該類項目實施的一些經(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設計的基礎，在既有資料基礎上進行綜合評比分析，才能選擇與項目需求最匹配的解決方案；

（2）裝配式外圍護技術解決路線必然是從系統(tǒng)→構件→節(jié)點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，構件的設計決定了生產(chǎn)及主要性能，而連接、拼縫節(jié)點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，可以反向指導設計工作，對于建筑項目設計效果的評估及更多項目性能的提升有著極大益處。本項目設定了檢測的目標及分析計劃，是推進建筑全生命周期管理和建設高品質(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。必須設定整體把控和系統(tǒng)設計，統(tǒng)籌考慮方設計方案、生產(chǎn)加工、施工建造、運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路線和實施方案，這也是未來建筑業(yè)發(fā)展的核心價值點。