目前市场上最为常见的是预制混凝土装配式住宅建筑, 在该类装配式住宅中, 预制楼梯、预制混凝土叠合楼板等平面构件制作简单、安装快捷。但是装配式混凝土外墙在实际应用中, 往往因为技术复杂、立面平整、样式单一, 难以满足设计师对建筑立面的个性化要求, 推广缓慢。同时, 装配式混凝土外墙也存在单方制造、运输与安装成本偏高的现实情况, 其相对于平面预制构件成本增加的主要原因为: (1) 三维构件制作和拆模困难; (2) 自重大, 吊装设备要求高; (3) 外挂预制构件需多次拼装, 制约安装速度; (4) 运输效率很低。为解决这一问题, 万科新土木公司采用复合材料进行了针对性的有益尝试, 取得了较好效果。

玻璃纤维增强复合材料 (以下简称FRP) 是一种以玻璃纤维和树脂为基材的复合材料, 已在航空航天、铁道铁路、建筑工程、市政工程等行业中广泛应用。FRP材料应用于装配式外墙建筑中, 不仅具有轻质高强的优良特性, 且由于FRP材料的导热系数为0.3~0.4W/ (m·K) , 只有钢筋混凝土的1/4左右, 也会大大改善传统空调搁板、飘窗等构件热工性能差的问题;FRP材料更是具有良好的耐候性, 无须特殊维护, 其正常使用寿命高于传统塑钢窗和外墙外保温体系, 无须定期保养, 可以很好地保持外立面效果。

在同济大学、清华大学和南京斯贝尔公司的技术支持和配合下, 利用FRP材料轻质高强、可设计性强等特性, 制作FRP空调支架、百叶及飘窗 (凸窗) 等外挂拼装式构件形成FRP外挂体系来解决设计师的个性化要求。本体系以乐高积木的理念, 工厂生产拼装FRP部品, 运输到现场干法施工, 丰富了装配式外墙立面;同时也相应大大降低了预制混凝土外墙的加工难度和建造成本。

万科新土木公司研发的FRP外挂体系中使用的FRP型材, 根据构件的性能和力学要求, 定项研发组材配方和缠绕工艺, 在工厂快速拉挤成型。在万科FRP标准化产品图库的基础上, 做二次深化设计和组装厂二次加工;将标准FRP型材组件运输至现场后, 简单拼装及干法安装, 工序时间短, 专业工人劳动强度小, 并在万科北方区域公司广泛应用。

对于预制混凝土夹心保温墙体来说, 空调搁板这种不可缺少的小外墙构件, 确实给设计师出了一个“鸡肋式”难题。以往的预制混凝土空调搁板需待外墙安装好后现场二次安装, 但是搁板吊装完成后往往还需要进行防水、保温、涂料等二次湿作业, 复杂的工序对施工便利性及施工周期都有一定的影响。而FRP空调支架外挂体系可以很好地解决此问题。FRP空调支架是将预埋件在工厂直接预埋在夹心墙体中, 现场外墙安装好后, 采用吊篮施工, 外挂支架直接插接进预埋件内即可。其不仅方便施工, 不受季节、温度影响, 还可随意拼装达到不同的外立面效果 (见图1) 。

FRP外挂支架体系自2014年起便在装配式建筑中得到广泛应用, 并受到设计师的广泛欢迎和好评。万科春河里项目 (见图2) 推行模数化和标准化设计, 此建筑除FRP外挂支架外无其他凸出墙面的外挂件, 真正意义上实现了既美观又实用的效果。对于万科城市之光项目 (见图3) , 此项目设计师想表达生活五彩缤纷的理念, 外立面做了不同的分色, 而FRP外挂支架及百叶则做成不同的颜色来配合整体外墙的效果。对于万科蓝山项目 (见图4) , 外墙整体施工完成后, 利用FRP外挂体系干法施工的优势, 在冬季1周之内完成整楼的支架及百叶安装。

在FRP支架与百叶广泛应用之后, 设计师希望有更多既可以丰富外立面效果又具备实用性的外挂体系产品。然而对于装配式外墙来说, 制作预制混凝土飘窗同样是个难题。传统现浇混凝土墙的飘窗本身施工工序繁琐, 其上、下板要在原有墙体上预留钢筋, 在制作二次结构时现场支模现浇, 存在工效低、安全风险大、易渗漏等问题。而装配式外墙附加预制混凝土飘窗板的工艺也同样较为复杂。其混凝土外墙板自重很大, 工厂制作、现场安装费时费力;并且衔接部位依然需要湿作业, 影响整个建筑的施工周期。基于以上万科新土木设计院研究开发出FRP拼装式飘窗 (凸窗) 体系, FRP飘窗体系可以有效解决上述问题, 实现了提质量、提工效、降人工、降成本。

FRP飘窗板安装过程如下。

1) 预制墙体构件厂生产时将螺栓直接预埋在墙体内, 这样可保证预制墙体外表面平整无突出结构, 方便拆模及运输, 有效解决了装配式外墙三维构件制作和拆模困难问题。

2) FRP飘窗板使用300mm为模数的FRP空腹板拼装而成, 可满足不同的窗洞口尺寸要求。板与板之间采用子母扣的形式插接, 解决装配式外墙的外挂预制构件需多次拼装从而导致安装速度慢的问题。

3) 拼装好后FRP整板吊装就位后用螺栓连接至外墙板上。FRP飘窗板1m²重仅17kg, 有效解决了传统外挂混凝土构件自重大、吊装设备要求高的问题。

4) 上、下板安装好后做好防水处理。

5) 根据不同地区保温要求和设计效果, 粘贴保温板, 粉刷涂料, 外墙装饰。

6) 安装窗户, 室内装修。

万科柏翠园项目FRP飘窗应用案例如图5所示。

FRP板现场堆放, 占地空间小, 易搬运。

上板安装中, 连接孔工厂加工完成, 可以做到精准定位, 单板质量小, 仅1名工人即可完成临时定位 (见图6) 。

安装完成后内部效果表现为平整无缝隙, 便于后期装修工序操作。

飘窗板安装完成后, 无外装情况下效果如图7所示, 可以看出无论是水平还是垂直方向都有较好的平整度, 后期保温涂料施工时无须打磨找平处理。

装配式外墙采用FRP飘窗体系, 通过实践做出如表1所示对比。

1) FRP外墙挂件技术体系和安装工法, 实现了用工厂化生产方式替代传统的泥瓦匠现场浇筑混凝土抹灰防水的施工方式, 无噪声、无施工垃圾;提高质量、提高工效、减少用工、降低成本。

2) FRP外墙挂件技术体系是对预制混凝土外墙体系的有益、有力补充和完善, 大大简化装配式外墙立面的实施难度, 有利于装配式建筑持续发展。

3) FRP型材有很多复杂截面形式, 对于追求个性化设计的设计师来说, 可将型材通过不同的连接方式进行组装, 设计出多种多样的外挂部品服务于装配式外墙, 使装配式建筑外立面形式丰富多彩。

4) FRP外墙挂件技术体系和安装工法经多年实践已较成熟, 可在工程实际中进一步推广。