杨佳林

1. 上海建工集团股份有限公司 上海 200080；2. 上海超高层建筑智能建造技术研究中心 上海 200080

建筑业作为我国重要的物质生产行业，对国民经济的支撑作用越来越明显。2019年，建筑业对国民生产总值的贡献度达到了7.95%，未来建筑业对国民经济的拉动作用将更加显著[1]。

绿色化、工业化和数字化是当前世界各国建筑形式发展的主要方向，而其中绿色化建筑发展可有效解决目前我国城镇化加快进程中所带来的能源资源与生态环境问题，已越来越得到社会的广泛关注[2]。政府相关部门也发布了相关指导性文件和发展规划，要求2020年城镇绿色建筑面积占新建建筑面积的比例达到50%以上。

建筑围护结构作为直接与外界环境接触的部分，其能耗损失占建筑物总能耗的70%～80%，因此建筑节能的重点是外围护结构[3-4]。一般而言，建筑外墙与建筑阳台的面积之和占到了建筑围护结构总面积的90%以上[5]，故其节能保温效果将直接影响整个建筑物的节能水平。目前国内建造的绿色建筑工程中，节能保温外墙及其阳台大都采用国外技术产品，价格高昂，且存在与国内建造体系适应性差等问题[6]。国内一些研究机构虽然也开发出一些同类技术产品，但普遍存在耐腐蚀性和耐久性差、力学性能较低的问题，难以满足现场施工的要求。针对上述问题，本项目团队设计研发了预制混凝土构件新型连接体系，包括预制混凝土外墙连接体系和预制混凝土阳台连接体系2种。

1 预制混凝土外墙连接体系

本项目研发的新型预制混凝土外墙连接体系由钢-纤维组合连接器和节能型预制外墙挂板2种部件组成，下面分别对2种部件进行介绍。

1.1 节能型预制外墙挂板

本项目研发的节能型预制外墙挂板（图1）由内层钢筋混凝土板、外层钢筋混凝土板、保温材料层以及阻热连接筋组成。其中保温材料层夹设于内、外层钢筋混凝土板之间，保温材料层包括有机保温（EPS或XPS材料）部分以及绕设于有机保温（保温砂浆、膨胀珍珠岩或波化微珠）部分四周的无机保温部分，无机保温部分的设置宽度为100～200 mm，有机保温部分占保温材料层的大部分区域，保温材料层的厚度为30～50 mm；阻热连接筋穿经保温材料层且两端分别与内、外层钢筋混凝土板内的钢筋固定连接，其在墙板中呈现梅花形布置，布置间距为300～500 mm；内、外层钢筋混凝土板厚度均为50～60 mm，板内分别设有由纵向分布钢筋和横向分布钢筋纵横交错设置形成的单层网格钢筋网。

图1 节能型预制外墙挂板示意

内层钢筋混凝土板和外层钢筋混凝土板的上、下两边分别设置用于与建筑主体结构连接的限位预埋件，位于上边的限位预埋件与建筑主体结构采用焊接连接，位于下边的限位预埋件采用柔性螺栓与建筑主体结构连接；在节能型预制外墙挂板连接施工时，相邻墙板的对接端面分别设有1层水泥浆薄层，2个水泥浆薄层之间填充防水密封材料层（图2）。研发的外墙挂板具有轻质和保温性能好的优点，并且能够避免火灾时火焰和高温烟气经由板缝进入外墙挂板内部所引发的安全隐患。

图2 外墙挂板连接处构造示意

1.2 钢-纤维塑料组合连接器

本项目研发的钢-纤维塑料组合连接器（图3）由柱状连接体、连接底座与连接帽等部分组成。连接底座与连接帽分别固定连接于柱状连接体两端；柱状连接体（图4）包括金属柱、包裹于金属柱外的纤维布以及沿金属柱轴向缠绕于纤维布上的纤维束；连接底座包括金属底座体与若干金属肋角，金属肋角间隔分布于金属底座体的侧表面；连接帽包括金属帽体、金属插筋以及塑料帽套，金属插筋横向穿经金属帽体且金属插筋的两端分别向金属帽体的两侧伸出，塑料帽套包裹于金属帽体与金属插筋的外露部分。

连接器纤维布为碳纤维布或玄武岩纤维布，纤维束为碳纤维或玄武岩纤维束，纤维束沿与金属柱轴向成30°～45°角环向缠绕于纤维布的外侧；金属帽体为顶端封闭、底端开口的空心圆柱体，其两侧开设有与金属插筋相匹配的圆孔，金属插筋经圆孔穿设于金属帽体中；连接底座为顶端开口、下端由外凸锥面封闭的筒状体，连接底座的外侧对称焊接1组或2组金属肋角，金属肋角为直角三角形，其一条直角边紧贴筒状体的侧面设置，其斜边与筒状体的轴向的夹角为30°；连接底座与连接帽分别以螺纹形式连接于柱状连接体的两端，柱状连接体的金属柱的两端分别设有外螺纹，连接底座与连接帽分别设有与外螺纹相匹配的内螺纹。研发的连接器（图5）具有抗剪强度高、加工成本低、耐火性能强、导热系数低、安装便捷等优点。

图3 钢-纤维塑料组合连接器构造示意

图4 柱状连接体构造示意

2 断热型预制装配式阳台体系

建筑物通过阳台与外界传递的热量占建筑物总耗散热量的20%以上[4]，如何有效减少建筑物阳台与主体结构连接的热传递，避免其连接部位出现冷热桥效应，是我国建筑节能所面临的一项关键技术问题。针对上述问题，本项目组设计研发了断热型预制装配式阳台。

断热型预制装配式阳台（图6）体系由预制阳台板、无机泡沫混凝土断热层以及若干连接钢筋组成，连接钢筋的根部间隔埋设于预制阳台板内部，连接钢筋的端部暴露在预制阳台板之外，连接钢筋的端部由纤维布包裹覆盖；金属合金连接体的根部间隔埋设于预制阳台板内部，金属合金连接体的端部暴露在预制阳台板之外。

图5 连接器在墙体结构中的布置

图6 断热型预制装配式阳台体系

连接钢筋（图7）的纤维布经环氧树脂液浸渍，纤维布外缠绕浸渍过环氧树脂的纤维绳，纤维绳沿连接钢筋的端部轴向呈60°角环向缠绕；连接钢筋的端部表面还涂抹环氧树脂层，环氧树脂层设置在连接钢筋的端部表面与纤维布之间；金属合金连接体侧面的截面为平行四边形，正面的截面为梯形；合金连接体侧面的截面所形成的平行四边形的一个角的角度为45°～60°，金属合金连接体正面的截面所形成的梯形的较长底边的长度为4～6 mm，相邻的金属合金连接体的间距为200～400 mm。

无机泡沫混凝土断热层（图8）的外侧与预制阳台板的内侧浇筑连接，连接钢筋穿过断热层，露出连接钢筋的端部，金属合金连接体穿过断热层，露出金属合金连接体的端部；断热层为无机泡沫混凝土隔热材料，厚度为50～100 mm；现浇混凝土楼板的外侧通过连接钢筋的端部以及金属合金连接体的端部与断热层的内侧浇筑连接，断热型预制装配式阳台与混凝土外墙浇筑在一起，断热层浇筑于混凝土外墙的上端。

图7 连接钢筋构造

图8 无机泡沫混凝土断热层布置

本项目研发的断热型预制装配式阳台避免了在现场浇筑过程中连接钢筋与现浇混凝土的直接接触，从而显著提高了断热型预制装配式阳台的隔热效果。

3 预制混凝土构件连接体系施工工艺

3.1 预制混凝土外墙连接体系

预制节能型预制外墙挂板的生产工艺如下：

1）外墙挂板底模涂刷脱模剂，安装外墙挂板安装边模，在挂板边模架内铺设外层钢筋混凝土板外装饰面层。

2）在外装饰面层上部布设外层钢筋混凝土板的单层双向钢筋网，外层钢筋混凝土板的单层双向钢筋网由外层纵向分布钢筋和外层横向分布钢筋纵横交错设置而成，并浇筑外层钢筋混凝土板。

3）浇筑完成外层钢筋混凝土板后，待混凝土未初凝前铺设保温材料层（分为无机保温层和有机保温层），将钢-纤维塑料组合连接器的一端按照矩阵形或梅花形分布方式布置于保温层内。

4）在保温材料层上方布设内层钢筋混凝土板的单层双向钢筋网，单层双向钢筋网由内层纵向分布钢筋和内层横向分布钢筋交错纵横布置而成，最后浇筑内层钢筋混凝土板，完成预制节能型预制外墙挂板的生产。

预制节能型预制外墙挂板的施工包括挂板的吊装就位、临时固定、校正误差、现浇连接点等关键步骤，具体施工工艺如下：

1）起吊时采用竖立靠放放置，保证外饰面朝外，用以防止外饰面损坏；通过四点平行起吊提升至一定高度后，缓慢下降吊索，直至预制板呈垂直状态，卸下下方吊具和辅助吊索，装上缆风绳。

2）通过在现浇楼板上弹出的基准线配合下层施工完毕的预制外墙板及斜撑，对预制板进行支撑微调校正就位。

3）在预制板调整到位后进行预制板背面的牛腿焊接，通过校正后产生的空隙要垫实，垫片采用厚1～3 mm薄钢板，最终完成外墙挂板的安装。

3.2 断热型预制装配式阳台体系

断热型预制装配式阳台体系的施工工艺如下：

1）将若干连接钢筋以及若干金属合金连接体按照设计间距布置于模板中，浇筑预制阳台板以及断热层，使其一次成型，并露出连接钢筋的端部以及金属合金连接体的端部，运至施工现场。

2）用砂纸除去连接钢筋端部表面的锈污，并用纱布沾丙酮清洗干净，在连接钢筋的端部表面涂抹环氧树脂，形成环氧树脂层。

3）将浸渍环氧树脂的纤维布包裹住连接钢筋的端部，沿连接钢筋的端部轴向去除多余的环氧树脂，并在纤维布外缠绕浸渍过环氧树脂的纤维绳。

4）在环氧树脂固化后，将现浇混凝土楼板的外侧，通过连接钢筋的端部以及金属合金连接体的端部与断热层的内侧浇筑连接。

4 结语

在国内绿色化建筑大规模建设的过程中，针对目前预制构件连接体系造价高、力学性能低、保温及耐久性差等问题，研究了预制混凝土构件新型连接体系，包括预制混凝土外墙连接体系和预制混凝土阳台连接体系2种。其中，外墙挂板具有轻质和保温性能好的优点，并且能够避免因火灾时火焰和高温烟气经由板缝进入外墙挂板内部所引发的安全隐患；断热型预制装配式阳台，避免了在现场浇筑过程中连接钢筋与现浇混凝土的直接接触，从而显著提高了断热型预制装配式阳台的隔热效果。预制混凝土结构构件新型连接体系显示出良好的应用前景，也为今后国内绿色建筑节能预制构件的研发与应用提供了借鉴。