嚴(yán)寒地區(qū)裝配式建筑非砌筑外圍護(hù)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

李博彥，趙小波

（天津市房屋鑒定建筑設(shè)計院，天津 300381）

1 引言

近年來，隨著我國各行業(yè)不斷改革創(chuàng)新，建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級條件已經(jīng)具備并受到國家高度重視，其中，新型建造方式是關(guān)注重點。新型建造方式主要是指裝配式建筑，它以現(xiàn)代工業(yè)化制造為手段，具有精密、綠色和集成的特點，可實現(xiàn)建造的高效率、高品質(zhì)、低資源消耗和低碳環(huán)境影響，最終達(dá)到建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的目標(biāo)。當(dāng)前，國家及各地方對發(fā)展裝配式建筑的戰(zhàn)略部署逐漸深入，裝配式建筑正逐漸帶來建筑業(yè)領(lǐng)域內(nèi)政策、機(jī)制和管理等多方面的變革。在這一歷史的背景下，形成了與裝配式建筑相關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)研究熱潮。與此同時，國家對綠色理念進(jìn)行了重新解讀和建構(gòu)，更新了GB/T 50378—2019《綠色建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，強(qiáng)調(diào)了建筑功能、資源節(jié)約和可持續(xù)發(fā)展的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。裝配式建筑從自身的技術(shù)到采用的產(chǎn)品，除了科技含量高、產(chǎn)品性能好、應(yīng)用高效等基本特性外，還必須兼顧這一新的要求。在我國的一些氣候較為極端和復(fù)雜的地區(qū)，尤其是嚴(yán)寒地區(qū)（如新疆等），外圍護(hù)系統(tǒng)層次多、工作環(huán)境嚴(yán)苛，裝配式建筑的設(shè)計面臨諸多挑戰(zhàn)，如何在現(xiàn)有條件下更好地完成建設(shè)項目，把裝配式建筑推廣開來，是一項需要探索的課題[1]。

2 非砌筑外圍護(hù)系統(tǒng)在評價體系中的重要性

在推廣裝配式建筑的過程中，對裝配式建筑、裝配式技術(shù)等的認(rèn)定主要依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 51129—2017《裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》，也有的省份針對各自的具體情況發(fā)布了地方標(biāo)準(zhǔn)，但還是以國家標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，嚴(yán)寒地區(qū)省份如新疆等地，地方標(biāo)準(zhǔn)與國家標(biāo)準(zhǔn)基本相同。以此為依據(jù)，在大量常規(guī)的建設(shè)項目中，推廣裝配式建筑的主要任務(wù)就是要使裝配式建筑實施方案通過評價，即得分50分，不要求高分評級。在此指導(dǎo)思想下，通過對評價項的分析，結(jié)合已有裝配式項目的經(jīng)驗，常用做法為：（1）主體結(jié)構(gòu)部分，現(xiàn)階段豎向構(gòu)件預(yù)制對技術(shù)、配套和投資的要求都較高，在非示范性的混凝土結(jié)構(gòu)項目中應(yīng)用的難度大，建設(shè)單位一般不選做，多數(shù)項目只選做水平構(gòu)件。一般得分為20分。（2）圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻部分，2類墻體的非砌筑和裝飾一體化是分別評價的，其中圍護(hù)墻與保溫裝飾一體化實施難度較大，尤其在嚴(yán)寒地區(qū)，圍護(hù)系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、外裝飾各自都有較高要求，做到完美的復(fù)合和裝配拼接很不容易，實際項目中基本不做。一般得分為10～15分。（3）裝修和設(shè)備管線部分，干式工法樓地面和管線分離2項，做法要求相近，對室內(nèi)裝修材料限制較大，并且對室內(nèi)空間的凈空有影響，在以平價為定位的項目中，目前認(rèn)可程度差，建設(shè)單位幾乎不采用，集成廚房、集成衛(wèi)生間目前產(chǎn)品支持度較好，但受到衛(wèi)生間防水底盤大小的限制，建設(shè)項目中一般為部分采用。此部分一般得分為16～18分?？梢钥吹?，較為經(jīng)濟(jì)合理的方式最高53分，沒有減項的條件。標(biāo)準(zhǔn)中對外圍護(hù)墻非砌筑雖未做強(qiáng)制要求，但幾乎是必選項[2]。

3 非砌筑外圍護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計選型

目前，國內(nèi)較為成熟的非砌筑外圍護(hù)系統(tǒng)主要有：鋼筋混凝土夾芯保溫墻板（即俗稱的三明治板，包括剪力墻板系統(tǒng)和掛板系統(tǒng)）、均質(zhì)輕型條板、復(fù)合夾芯條板、龍骨復(fù)合型外墻、幕墻等。這幾種系統(tǒng)各有優(yōu)劣，在嚴(yán)寒地區(qū)尤其是新疆部分冷熱都比較極端的地區(qū)應(yīng)用時，其各自特點會受氣候影響而被放大，這是設(shè)計中必須考慮的問題[3]。

1）鋼筋混凝土夾芯保溫墻板。這種墻板即裝配式建筑中俗稱的三明治板，由鋼筋混凝土內(nèi)葉板、夾心保溫材料、鋼筋混凝土外葉板3層構(gòu)成，通過連接件形成整體，為大型重型的板材，從體系上又分為剪力墻板系統(tǒng)和掛板系統(tǒng)。這一類墻板在國外應(yīng)用較為廣泛，強(qiáng)度、耐候、防火、隔聲等性能良好。但在嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)用時，由于這種系統(tǒng)技術(shù)含量高，隨著保溫層厚度加大，連接件設(shè)計、制作安裝工藝和產(chǎn)業(yè)鏈整體協(xié)作等各項要求更高更復(fù)雜，成本增加很多。這需要建設(shè)水平和經(jīng)濟(jì)水平的整體提升，對于我國的大多數(shù)嚴(yán)寒地區(qū)來說，需要一個較長的發(fā)展時間才能達(dá)到，當(dāng)前的實際應(yīng)用并不多。

2）均質(zhì)輕型條板。這種墻板一般是由水泥混合了若干種工業(yè)廢料，經(jīng)過不同技術(shù)處理制成的，如蒸壓砂加氣混凝土板，發(fā)泡混凝土板等。這一類墻板屬于中大型的板材，板寬一般較小，應(yīng)用形式可內(nèi)嵌可外掛。這一類墻板突出的特點是折中，即除了防火等個別性能以外，其他如強(qiáng)度、保溫、耐久、價格等都處于傳統(tǒng)的砌體墻和其他輕型的外圍護(hù)系統(tǒng)之間，既有一定強(qiáng)度，也有不錯的保溫性能，在嚴(yán)寒地區(qū)用作墻板時，可與外保溫系統(tǒng)協(xié)同工作，有效減小外保溫層厚度，降低墻厚對建筑面積的影響，成本增加也不高。均質(zhì)輕型條板的主要缺點是面層砂漿的開裂問題，這是由于其自身吸水性較高，同時安裝拼縫較多。這一缺點在傳統(tǒng)建造方式下制約了板材的應(yīng)用，但在裝配式建筑體系中，裝配式內(nèi)裝修可以彌補(bǔ)這一缺點。因此，不失為是嚴(yán)寒地區(qū)實施裝配式建筑時外圍護(hù)系統(tǒng)的一個較好的解決方案。

3）復(fù)合夾芯條板。這種墻板一般是以保溫材料作為主體，在其內(nèi)外兩側(cè)復(fù)合金屬板、水泥板等制成的，也屬于中大型板材，應(yīng)用的形式與均質(zhì)輕型條板相差不大。這一類板材更加強(qiáng)調(diào)輕質(zhì)、保溫、墻厚小和價格經(jīng)濟(jì)，其防火性能隨著保溫芯材的不同差異較大，墻體本身的強(qiáng)度、耐候性和耐久性相對其他墻板較差，大多用于內(nèi)隔墻。在嚴(yán)寒地區(qū)沒有完善可靠的體系支持的情況下，外圍護(hù)系統(tǒng)宜謹(jǐn)慎采用此類墻板。

4）龍骨復(fù)合型外墻和幕墻。這2類做法本質(zhì)上都是采用龍骨骨架將外圍護(hù)建構(gòu)構(gòu)件連接到主體結(jié)構(gòu)上。其區(qū)別在于龍骨復(fù)合型外墻是采用多層復(fù)合的方式，有外飾面板、襯板、保溫層、防火分隔、防潮層、內(nèi)飾面板等多層構(gòu)造；而作為非承重外圍護(hù)的幕墻，包括玻璃幕墻和單元體幕墻，不包括做在砌體外部的裝飾幕墻。這一類墻體的飾面以塊狀板材為主，如石材、金屬板、陶板、水泥纖維裝飾板等，保溫內(nèi)嵌在龍骨之間。這樣的構(gòu)造在嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)用時，應(yīng)注意對熱橋部位的處理，同時由于要常年耐受較極端的氣候條件，面層裝飾板材在設(shè)計時要給予必要的關(guān)注。

以上非砌筑外圍護(hù)系統(tǒng)在嚴(yán)寒地區(qū)都可應(yīng)用，但設(shè)計時應(yīng)結(jié)合項目的具體情況來確定采用何種系統(tǒng)。在大量常規(guī)的裝配式建筑建設(shè)項目中，綜合考慮耐久性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和維修升級便利性，均質(zhì)輕型條板配合傳統(tǒng)外保溫系統(tǒng)是當(dāng)前較為經(jīng)濟(jì)可靠的選擇，同時也能夠滿足評價標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4 非砌筑外圍護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用要點

在實際應(yīng)用中，對于非砌筑外圍護(hù)系統(tǒng)，應(yīng)充分考慮項目具體情況來進(jìn)行選型和設(shè)計。

首先，國家發(fā)展裝配式建筑的目的是以此為切入點全面提升建筑產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化水平，建筑的使用屬性和可持續(xù)發(fā)展仍然是第一位的，不要為了裝配而裝配。對已有的裝配式建筑的新技術(shù)新做法，應(yīng)結(jié)合嚴(yán)寒地區(qū)各地的復(fù)雜氣候統(tǒng)籌考慮，謹(jǐn)慎穩(wěn)妥地選用，對可能發(fā)生的極端氣候情況要有所防范。某些由寒冷地區(qū)或夏熱冬冷地區(qū)借鑒來的做法要充分考慮其在嚴(yán)寒地區(qū)的適用性，對系統(tǒng)的耐候性要重點關(guān)注，同時應(yīng)注意便于維修和升級。

其次，采用非砌筑外圍護(hù)系統(tǒng)的平面設(shè)計需要注意模數(shù)協(xié)調(diào)。非砌筑外圍護(hù)系統(tǒng)由大中型板材、幕墻、龍骨等工業(yè)制品裝配而成，其自身需要標(biāo)準(zhǔn)化，同時又需要與主體結(jié)構(gòu)、內(nèi)裝部品等協(xié)調(diào)，合理的模數(shù)系統(tǒng)是必然要求。

第三，要注意結(jié)合所選用的外圍護(hù)系統(tǒng)特點設(shè)計立面方案，使立面分格、裝飾等元素與之匹配，可以有效減少因此產(chǎn)生的不必要的隱患。

第四，在熱工計算方面，非砌筑的外圍護(hù)系統(tǒng)大部分都不是典型的外保溫系統(tǒng)，當(dāng)前的國家標(biāo)準(zhǔn)對嚴(yán)寒地區(qū)非外保溫系統(tǒng)的外墻平均傳熱系數(shù)計算尚未有明確規(guī)定，具體計算時不應(yīng)簡單套用當(dāng)前的簡化計算方式，應(yīng)結(jié)合所采用系統(tǒng)的特點，與當(dāng)?shù)刂鞴懿块T協(xié)商確定。也正是基于這一考慮，蒸壓砂加氣條板等均質(zhì)條板外面按照傳統(tǒng)方式做外保溫的方式當(dāng)前更容易推廣和實施[4，5]。

第五，在系統(tǒng)節(jié)點構(gòu)造上，主體設(shè)計院應(yīng)特別注意熱橋的影響，在設(shè)計中對系統(tǒng)可能存在的缺陷采取預(yù)判和改善措施。

5 結(jié)語

我國嚴(yán)寒地區(qū)地域廣大，氣候復(fù)雜，冬季氣溫很低，多暴雪，夏季溫度又較高，同時各地濕潤程度也有很大差距。此外這些地區(qū)多數(shù)都較為偏遠(yuǎn)，技術(shù)水平相對落后。國家以發(fā)展裝配式建筑為抓手，大力推進(jìn)建筑業(yè)改革，新的建筑技術(shù)不斷涌現(xiàn)，正是這些地區(qū)實現(xiàn)跨越式發(fā)展的好時機(jī)。但在具體實施過程中，建設(shè)各方主體仍然要秉持實事求是的態(tài)度，正視地區(qū)自然氣候差異和發(fā)展水平差異，對新技術(shù)新產(chǎn)品因地制宜地選用和升級，而不簡單套用，避免唯裝配率論，切實有效地將裝配式建筑推廣開來。適合嚴(yán)寒地區(qū)裝配式建筑的各類非砌筑外圍護(hù)體系也一定會越來越成熟，給當(dāng)?shù)厝罕姞I造出越來越舒適的生活空間。