预制混凝土外墙挂板接缝的美观与性能优化

张景涵（上海建科建筑设计院有限公司,上海 200032）

装配式建筑可分为轻钢装配式建筑、木结构装配式建筑和预制混凝土装配式建筑，在我国 95% 的装配式住宅选用预制混凝土结构。预制混凝土装配式建筑从生产装配、经济控制等角度出发无疑是目前国内装配式建筑主流，而预制混凝土外墙挂板作为装配在钢结构和混凝土结构上的非承重外墙围护挂板或装饰版，在预制混凝土装配式建筑中普遍应用。

1 预制混凝土外挂墙板美观要素

影响预制混凝土外墙挂板美观的因素可分为：① 挂板构造设计；② 挂板配套细部构件；③ 挂板立面色彩与材质3 个部分。

挂板本身结构构造设计影响美观的因素包括：① 选用的材料样式，如混凝土、外露连接件和预埋件等；② 外墙挂板的划分与版型设计，如围护板按照立面特征划分可分为整间板体系、横条板体系、竖条板体系等；③ 加工制作水平，不同尺寸和工艺的生产设备对于构件板的制约不同，对应挂板成品的标准化与美观程度相差较大。

挂板配套细部构件主要包括外窗、雨棚、遮阳板、挂板接缝等功能性构件以及线脚、外框等装饰性构件。外窗、雨棚与挂板接缝等构件首先应满足其使用功能要求，但在合理设置的前提下，应根据整体建筑形象注重细部构件的美观设计。而线脚外框等装饰构件在满足建筑整体美观的前提下，应考虑挂板的生产、运输以及安装可行性。

挂板立面色彩与材质是对于建筑立面美观影响最直观的因素。建筑通过色彩与材质的选择达到功能形象的塑造以及同周围环境的和谐。通过不同构造部位的色彩与材质区分可形成生动多变的建筑立面语言。随着生产制作工艺的进步，预制混凝土外墙挂板具备更多样的材质与色彩选择。

2 预制混凝土外挂墙板接缝的美观影响

在众多影响预制混凝土外墙挂板美观的要素中，挂板接缝可能不是颠覆性影响因素，但却是不可避免的必要性因素。挂板接缝施工从外至内的常规次序依次为建筑密封胶层、第一发泡封堵层、导水腔、第二发泡封堵层、耐火密封层。对外其主要是美观及防水密封影响，对内主要是防火及美观影响。

有别于外墙挂板结构构件，外窗等构件以及外立面不同色彩和材质面层可预先在工厂完成生产与安装，达到产品级的精确程度。挂板接缝对外对内的密封层均需工人现场施工。由于挂板现场安装的尺寸不确定性以及人工封胶的品质不稳定性，造成挂板接缝往往成为预制混凝土外墙挂板建筑美观的薄弱环节，呈现接缝宽窄不一，对缝难达到竖向垂直、横向水平，缝隙封胶表面不平整，色彩与立面色差较大等状况。

3 预制混凝土外挂墙板接缝的优化原则与方法

3.1 优化原则

外挂墙板接缝的设计优化最主要是对于外立面建筑密封部位的美观优化，因此首先需要遵循美观的优化原则；其次，在技术实施的可行性上应遵循经济性原则；再次，在优化的方案上应选择构件精简、标准化程度高的设计；最后，优化方案应具备适配性，可较广泛应用与不同地域与环境的建筑中。

3.2 优化方法

通过分析影响预制混凝土外挂墙板的美观要素，可通过以下几方面进行接缝优化设计思考。

(1) 更换色彩与材质。接缝对于外墙美观影响主要体现在色彩、材质与外墙面层的差异。建筑密封胶的材质较难与普通建筑立面材质达到统一，因此选择与外墙面层色彩接近的耐候胶体作为挂板接缝的封堵，可以很大程度弱化接缝对于立面美观的影响。现有密封胶产品经过技术革新，可形成多彩色甚至金属色泽外观，基本能满足常规建筑立面色彩需求。

(2) 增加遮盖与保护。改变建筑密封胶色彩虽然起到弱化视觉色差效果，但密封胶仍需人工操作，未能有效提升接缝精确程度。通过增设一个覆盖保护层在密封胶层外，成为接缝美观优化的进阶选择。对于覆盖保护层的选择从材料角度出发存在硬质刚性与软质柔性两种方向，两种方向各存利弊，硬质覆盖材料具备尺寸精确、耐候时间长的优点，但存在不可调节尺寸适配现场施工误差和较难固定的缺陷；柔性材料具备尺寸可调，适配性强，方便施工的优点，但也存在稳定性和耐候性差，外观平整程度低的缺点。结合接缝对于建筑美观的主要影响在于缝隙平整度与尺寸一致度，硬质覆盖材料能更好达到美观提升效果。

如何解决硬质覆盖材料尺寸适配性和固定安全性，成为提升接缝外立面美观的重点。解决这一问题，需要从构造形式考虑，“一”字型作为最经济的方案，首选进行设计尝试（图1）。“一”字型覆盖板材料需要选择具备一定弯曲性的硬质材料，且长度可随外挂墙板模块尺寸任意切割，通过在外墙板上预留凹槽进行卡扣固定。但通过施工经验论证，由于规范控制接缝理想尺寸为 25 mm，但现场安装误差可能达到 35 mm 以上，因此“一”字型盖板的宽度过宽则现场安装困难，损耗率高，过窄则容易脱落产生安全隐患。

图1 “一”字型覆盖板接缝节点

为了提升盖板固定安全性，增加盖板与外墙板的接触面积成为解决方案，应运而生 U 字型方案（图2），通过具备异形造型增加硬质材料可调节弹性尺寸，以适应现场缝隙宽度差。但通过设计模拟，U 字型构造也存在固定薄弱，存在安全隐患的问题，且建筑立面接缝不垂直不水平的问题仍然存在。

图2 U 字型覆盖板接缝节点

为了解决固定安全性和接缝达到垂直水平拉通美观的问题，覆盖板构造优化为“几”字型（图3），缩小内凹构造尺寸，以适应现场接缝的施工误差。外折增加的飞边在增加固定安装面的同时，保证外立面接缝水平与垂直统一性，有效提升预制混凝土外挂墙板建筑外立面美观。

图3 “几”字型覆盖板接缝节点

(3) 提升接缝性能。接缝作为装配式建筑的防水密闭薄弱环节，标准图集通过发泡封堵层和外低内高的挡水企口构造达到防水设计意图。但相较于普通现浇或砌筑外墙，预制混凝土外挂墙板体系的气密性、水密性、抗风压、平面内变形四性规范指标及计算方法却是缺失的。结合“几”字型外盖板构造，和通过预制形成用于卡住第一发泡封堵层的优化构造，接缝自外到内，均依次设有金属嵌条、第一耐候胶层、第一发泡封堵层、导水层、第二发泡封堵层、第二耐候胶层；横向拼缝的导水层和第二发泡封堵层之间还设有外低内高的挡水企口。接缝美观性能、安装性能与防水性能均有所提升（图4）。

图4 “几”字型性能优化接缝节点

优化接缝设计后，外挂墙板体系的 4 性是否达到或优于现浇砌筑做法，由于缺少标准化计算方法，需要科学试验论证性能提升是否达标。

4 预制混凝土外挂墙板优化接缝的试验论证

4.1 试验原则

试验是针对预制构件的气密性、水密性、抗风压、平面内变形 4 个方面进行测试。试验将在测试箱内模拟条件对实际样品进行检测，试验样品需按照实际工程中的常规材料及尺寸制作，样品施工及安装方法也应与实际施工现场相一致。

4.2 试验样品

样品的面积尺寸为 8 340 mm×7 400 mm，包含宽度 2个板块，高度 2 个板块，高度跨 2 个层高，层高 3.7 m。预制构件的面板构造：钢筋混凝土板 4 170 mm×3 700 mm，厚（70+55（岩棉）+150）mm；风荷载标准取值：Wk=2.06 kPa。

4.3 试验设备

测试箱能检测的样品尺寸约为 17.0 m×8.5 m×16.9 m。加压系统能提供的最大正压及负压为 12 kPa（250 PSF），压力量测装置的能力达到 12 kPa；喷淋装置能以 2.0、3.4 或4.0 L/（min·m-2）的速率进行淋水，40 个位移测量装置能测量挠度；飞机引擎装置能提供的风速为 50 m/s；高精度复合气流量测装置。

4.4 试验过程概述

试验分别进行了气密性能试验、水密性能试验、抗风压性能试验、平面内变形性能试验，并重复进行气密性能试验和水密性能试验。其中气密性能检测、水密性能检测、抗风压性能检测方法参照 GB/T 15227—2007《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》，平面内变形性能检测方法参照 GB/T 18250—2015《建筑幕墙层间变形性能分级及检测方法》。

然后模拟自然状态下，外侧耐候密封胶部分失效时，再次对预制构件进行气密性、水密性、抗风压性等方面检测。重复气密性能检测方法和重复水密性能检测方法仍然参照GB/T 15227—2007 。

最后模拟外侧所有挡水、防水措施失效时，仅存内侧双层发泡氯丁橡胶条的极限状况下，对预制构件的气密性、水密性、抗风压性等方面检测。

4.5 试验结果

通过对预制混凝土外挂墙板进行为期 20 d，3 个周期的试验。参用气密性、水密性、抗风压、房间变形 4 方面的性能参数以及重复验证，都取得令人满意的结论。试件整体气密性能达到 0.04 m3/(m2·h) ，抗风压性能达到正压 2.350 kPa，负压 2.335 kPa，水密性能固定部分 ≥1 000 Pa，房间变形性能层间位移角 ≥1/183。

5 结 语

文章从美观和性能提升角度分析预制混凝土外挂墙板接缝的优化可行性，并通过试验验证得到目前较为有优势的论证结果，优化的节点方案可以作为行之有效的方法供后续项目借鉴。未来外挂墙板接缝的优化会向着更美观、稳固、可调的方向发展，对整体提升装配式建筑品质起到更多助力作用。