吉林省裝配式高層住宅建筑設計研究

(吉林建筑大學建筑與規(guī)劃學院，吉林長春130018)

吉林省裝配式高層住宅建筑設計研究

張廣平，劉茂剛

(吉林建筑大學建筑與規(guī)劃學院，吉林長春130018)

該文圍繞吉林省裝配式高層住宅設計研究這一課題，首先對吉林省裝配式高層住宅建筑的發(fā)展狀況進行了簡要敘述，并對其建造特色進行分析。結合吉林省的氣候特點，對裝配式高層住宅建筑設計要點、單元戶型的優(yōu)化及外圍護結構節(jié)能構造設計做了詳細解析和梳理，以期達到在降低工業(yè)化建造成本的前提下實現(xiàn)吉林省高層住宅產業(yè)的健康發(fā)展。

裝配式；高層住宅建筑；住宅產業(yè)

1 吉林省裝配式高層住宅發(fā)展狀況

隨著國家對建筑行業(yè)的宏觀調控，我國住宅產業(yè)逐漸由粗放型建造向標準化生產轉變。住宅建筑精細化設計、標準化生產是新時期經濟發(fā)展的迫切需求。我國住宅工業(yè)化發(fā)展歷程較短，尚未形成成熟的標準化通用建筑模數(shù)體系，地域性的研究則更加受限。

鑒于我國東北嚴寒地區(qū)的氣候特點及吉林省裝配式高層住宅發(fā)展的廣闊前景，本文就吉林省裝配式高層住宅設計提出了若干建議，希望對吉林省的住宅工業(yè)化建設有一定的促進作用。

圖1 預制裝配式構件生產、運輸、組裝過程

2 裝配式高層住宅建筑特色分析

2.1 標準化設計

裝配式高層住宅的標準化設計建立在一定的模數(shù)基礎之上，利用模數(shù)數(shù)列控制建筑體量及建筑構件的尺寸。通過模數(shù)間的相互協(xié)調來實現(xiàn)建筑構件模塊化的組合，根據(jù)建設要求實現(xiàn)裝配式高層住宅的標準化設計。

2.2 工業(yè)化建造

高層住宅的工業(yè)化建造是將大量的建筑構件在工廠內生產完成，然后將加工好的構件打包運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，再通過可靠的連接方式將其組裝而成（圖1）。與傳統(tǒng)的施工工藝相比，高層住宅工業(yè)化建設受氣候條件影響小，地域適應性強，可有效地減少建筑施工對周圍環(huán)境的影響。

2.3 部品化生產

裝配式高層住宅的部品化生產是以提高住宅建筑部品間的互換性和通用性為目的，以優(yōu)化參數(shù)組合和連接技術規(guī)定為根據(jù)，采用模數(shù)化、標準化、通用化的設計工藝，來滿足建筑部品制造工廠化、施工裝配化的要求。

高層裝配式住宅的部品化加工是住宅工業(yè)化發(fā)展較為關鍵的一步，將部分施工工序轉移到工廠中完成，這樣既能提高住宅生產效率，又能促進產品配套體系的系統(tǒng)集成。

3 裝配式高層住宅建筑設計要點解析

依據(jù)吉林省特殊的氣候特征及裝配式住宅建筑的設計特點，將裝配式高層住宅的整個設計周期劃分為五個階段，并對每個階段的設計要點做簡要敘述。具體內容如下（設計流程可參考圖2）。

3.1 方案概念設計階段

設計單位應明確工作的主要內容：在裝配式住宅方案設計的細節(jié)方面，業(yè)主應與建筑師進行深入交流，根據(jù)前期的技術策劃路線確定住宅平面和立面設計準則。平立的面設計除了要滿足我國嚴寒地區(qū)使用要求外，還要保證套型設計的模數(shù)化、標準化，立面設計的個性化，并遵循預制構件“少規(guī)則、多組合”的設計原則。

圖2 預制裝配式住宅設計流程參考圖

3.2 方案報建階段

這一階段要求完成以下幾項內容：根據(jù)項目要求初步確定預制構件的設計標準，進而確定相應的構件形式；對平面及立面構件進行初步拆分，并提出修改意見；確定裝配結構的裝配體系比例上限，減少裝配體系對建筑容積率的影響。

3.3 總體設計階段

做好預制率和外墻面積的計算，建筑、機電等相關專業(yè)應相互協(xié)作協(xié)同設計。在充分考慮設備的預設預埋的基礎上，對預制構件進行優(yōu)化設計，分析影響其成本的因素，從經濟的角度進行專項評估，進而制定相應的技術方法，并通過當?shù)叵嚓P政府部門的審批。

3.4 施工圖設計階段

在總體設計階段的基礎之上制定相應的技術實施方案并進行深化設計，完成建筑構件的拆分、保證建筑部品的預制裝配率；在施工圖設計過程中，各個專業(yè)應根據(jù)生產企業(yè)所提供的預制構件、設備設施、內裝部品等預制部分的設計參數(shù)，來實現(xiàn)各個專業(yè)預留預埋的要求。建筑專業(yè)在這一階段要著重處理好預制構件及預制部品連接處的防水、防火、隔聲、保溫等事項的設計要求。

3.5 構件深化設計階段

此設計過程應根據(jù)吉林省的氣候特點選取合適的構件加工材料，預制構件加工企業(yè)應配合構件設計單位完成構件設計圖紙。建筑專業(yè)需根據(jù)設計要求控制預制構件的出圖尺寸。

4 吉林省裝配式高層住宅產品優(yōu)化設計

裝配式住宅產品設計時應結合吉林省常用戶型的特點，考慮住宅建筑的保溫性能。在對我國嚴寒地區(qū)常用戶型研究的基礎之上，筆者對吉林省裝配式高層住宅產品設計提出了幾點建議，具體內容如下。

4.1 平面設計標準

預制裝配式高層住宅建筑平面方案設計應根據(jù)當?shù)氐臍夂蛱攸c，遵循裝配式住宅的標準化設計原則，統(tǒng)一戶型內模塊的尺寸標準，完善裝配式住宅配套應用技術，提升項目品質，降低建造成本。

4.2 平面戶型模塊及其靈活的組合形式

平面設計可以通過研究符合裝配式結構特性的模數(shù)系列，形成一定標準化的功能模塊，再結合實際的定位要求形成適合工業(yè)化建造的戶型模塊，由戶型模塊再組合形成最終的單元模塊。標準功能模塊和戶型多樣化組合詳見圖3。

圖3 標準功能模塊和戶型多樣化組合

4.3 功能模塊布局

選用大開間的建筑平面布局方式，合理布置各功能模塊空間的位置（客廳、臥室、廚房、餐廳、衛(wèi)生間），強調住宅內部空間布局的靈活性、可變性、舒適性。減少室內結構墻體的出現(xiàn)，室內各功能模塊的劃分盡量使用工廠加工完成、易于組裝的隔墻構件，并保證套內各功能空間分區(qū)明確、布局合理、動線流暢。

4.4 廚衛(wèi)設計

廚房、衛(wèi)生間以集中設置為宜，這樣便于集中安裝豎向管井和豎向通風裝置。在裝配式戶型設計中，廚房、衛(wèi)生間為首要標準化設計的對象，在廚衛(wèi)已有的標準化設計的基礎之上分割出其他的功能區(qū)間（臥室、客廳、餐廳等）。結合廚衛(wèi)已有的部品集成體系和標準化設計，優(yōu)化各功能模塊空間的布局集成，這也為整體式衛(wèi)生間的安裝和工廠化生產提供了實踐基礎。

4.5 交通空間設計

交通空間宜集中設置，有其固定的生產模數(shù)，外形公正、組合靈活、形式簡潔（主要形式如圖4）。與戶型模塊組合便利且適應性強，交通模塊在設計中盡量與功能模塊保持一致，進行平移復制，不要鏡像。否則將增加構件形式，提高建造成本，降低生產效率。

圖4 裝配式住宅常用的樓梯形式

高層預制裝配式住宅平面是住宅建筑設計的開始，要從設計的最前端開始控制住宅建造的成本。實現(xiàn)住宅建筑部品工廠化生產，平面設計是開始的第一步，合理的平面設計將有力的推動住宅工業(yè)化建設的發(fā)展。

5 吉林省裝配式高層住宅建筑外圍護結構節(jié)能構造設計

吉林省冬季嚴寒且漫長，做好住宅建筑的保溫處理，可大幅度地節(jié)約能源消耗。住宅建筑冬季能耗的流失主要是通過其外圍護結構，故對預制外墻板、門窗、陽臺板、屋面等構件的保溫處理將會直接影響到住宅建筑的節(jié)能效益。

5.1 預制外墻板節(jié)能構造設計

預制外墻板保溫構造主要分為兩類，一類是自保溫，另一類是材料保溫，吉林省通常采用后者。材料保溫主要是指通過附加保溫層來達到保溫隔熱的效果，根據(jù)保溫層所處的位置，預制外墻板可分為外保溫、內保溫和夾芯保溫三種形式。圖5為三種保溫形式常用的構造節(jié)點設計。

圖5 預制外墻板保溫構造形式

保溫層在預制外墻板的拼接處會發(fā)生斷開，無法形成完整的保溫面，容易造成熱量流失，不能很好地起到節(jié)能保溫的作用。為了保證裝配式高層住宅的保溫性能，應在預制外墻板的連接處做保溫處理。常用的方法為向連接縫內噴射聚氨醋發(fā)泡劑，或結合防水措施在縫內嵌填保溫材料(圖6)。

圖6 板縫內設保溫材料

5.2 預制門窗節(jié)能保溫構造設計

在住宅建筑外圍護結構部件中，門窗的絕熱性能最差，也是影響室內熱環(huán)境質量和建筑節(jié)能的主要因素之一。據(jù)統(tǒng)計，在供暖的條件下，冬季單窗所損失的熱量約占總供熱負荷的40%左右。從住宅建筑節(jié)能的角度看，外窗一方面是高能耗構件，另一方面也是室內得熱構件，即太陽光透射入室內而獲得太陽熱能。因此，在對裝配式住宅門窗進行加工時，應該根據(jù)吉林省的氣候條件、功能要求來確定相應的構造技術，以便取得良好的節(jié)能效果（圖7）。

圖7 外窗下框保溫構造設計

5.3 預制陽臺板保溫構造設計

陽臺是住宅建筑中不可缺少的室內外過渡空間，人們可以利用陽臺從事各類家務活動。預制陽臺按其對外的關系可分為開敞式陽臺和封閉式陽臺，目前吉林省主要采用封閉式陽臺，以阻擋冷風直灌室內。鋼筋混凝土陽臺板導熱系數(shù)大，嵌入墻內易形成冷橋，在嚴寒地區(qū)應盡量避免，預制陽臺構件生產時還應著重考慮其保溫性能（圖8）。

圖8 預制陽臺板保溫構造設計

5.4 預制屋面保溫構造設計

北方寒冷地區(qū)室內外溫差較大，熱量主要通過外圍護結構向外散失，特別是處于頂層的住戶對外接觸面大，熱量散失嚴重。故對屋頂進行工廠化生產時應注重對其的保溫處理，屋頂?shù)谋貥嬙煊卸鄠€層次，主要有結構層、找平層、結合層、隔汽層、保溫層、防水層等，如圖9。

圖9 平屋頂保溫構造設計

6 結論

發(fā)展裝配式高層住宅建筑是吉林省建設行業(yè)推動“創(chuàng)新驅動發(fā)展、經濟轉型升級”的重要舉措，也是轉變城市建設模式、建設節(jié)約型城市社會的現(xiàn)實需要。本文涉及的內容有限，更多相關課題的探索還需要相關企業(yè)、科研、設計等單位相互協(xié)作完成。

[1]胥曉睿.預制裝配式高層住宅設計與綠色施工[J].綠色施工，2016（1）：97-99.

[2]張傳生，張凱.工業(yè)化預制裝配式住宅建設研究與應用[J].住宅產業(yè)，2012（6）：24-28.

[3]栗新.工業(yè)化預制裝配式(PC)住宅建筑的設計研究與應用[J].建筑施工，2008（3）：201-203.

[4]楊朝躍，王磊.建筑工業(yè)化住宅裝配式(PC)技術應用[J].建筑安全，2015（3）：4-9.

責任編輯：孫蘇，李紅

Study on Assembly Residential High-rise Design in Jilin Province

Based on the subject of assembly residential high-rise design in Jilin,its development status is briefly depicted and its construction features are analyzed.Combined with the climate characteristics of Jilin province,the key design points,housing optimization and the energy conservation design for exterior retaining structures of assembly residential high-rises are analyzed in detail.It hopes to realize its healthy development on the premise of reducing industrialized construction cost.

assembly;residential high-rise;residence industry

TU756

A

1671-9107（2016）12-0005-03

基金論文：該文為住房和城鄉(xiāng)建設部科研項目“吉林省普適性裝配式混凝土結構住宅建筑標準化設計研究”（項目編號：2015-K2-024）論文成果。

10.3969／j.issn.1671-9107.2016.12.005

2016-09-08

張廣平（1972-），女，吉林長春人，本科，一級注冊建筑師，教授，主要從事建筑設計及其理論和建筑技術科學研究。

劉茂剛（1990-），男，山東荷澤人，碩士研究生，主要從事建筑設計及其理論和建筑技術科學研究。