陽臺斷橋構(gòu)造在裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系中的應用*

張正庭，王亞斯，鄭建敏，吳宏磊

(1.上海市建筑科學研究院有限公司，上海 201108； 2.龍元明筑科技有限責任公司，上海 200336； 3.同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司，上海 200092)

0 引言

建筑外圍護結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是決定建筑保溫隔熱、氣密性、水密性、耐久性等綜合性能要求的關鍵部位，也是解決建筑滲水、漏氣、熱橋等質(zhì)量通病尚需進一步研究的重點和難點。目前，國內(nèi)設計根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求基本可滿足相關性能指標要求，但連接構(gòu)造和施工工藝未優(yōu)化，設計理念無法在實際工程中真正得到落實，實際效果并不理想。陽臺熱橋部位作為薄弱環(huán)節(jié)之一，問題尤為凸顯，需重點優(yōu)化處理。

基于現(xiàn)有陽臺部位斷橋應用技術和產(chǎn)品工藝，提出一種適宜裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系應用的陽臺斷橋構(gòu)造，并結(jié)合理論計算和現(xiàn)場檢測綜合評估，對比分析常規(guī)陽臺做法和考慮陽臺斷橋做法的熱橋分布及熱損失情況，驗證陽臺斷橋構(gòu)造應用具備科學性和可操作性。

1 陽臺斷橋構(gòu)造設計

1.1 設計關鍵

陽臺部位熱橋主要分布在陽臺板與室內(nèi)樓板連接位置。在傳統(tǒng)建筑施工中多采用保溫材料包覆的處理方式，并未能從根本上解決陽臺處熱橋問題。此處熱橋處理關鍵在于如何實現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷橋，通過主體結(jié)構(gòu)突破設計和施工工藝優(yōu)化，確保建筑外圍護結(jié)構(gòu)系統(tǒng)保溫層的連續(xù)性，實質(zhì)性解決和避免熱橋引起的結(jié)露、霉變等問題，營造更舒適、健康的居住環(huán)境。

結(jié)構(gòu)斷橋的設計理念源于被動房設計。目前陽臺斷橋構(gòu)造有2種形式，但均存在應用瓶頸：①預制隔熱模塊應用 預制隔熱模塊作為1個連接元件，連接室內(nèi)樓板和陽臺板，實現(xiàn)陽臺板與主體結(jié)構(gòu)完全脫離，從根本上阻斷熱橋。考慮預制隔熱模塊加工生產(chǎn)和結(jié)構(gòu)抗震性能設計等綜合問題，此種處理方式在國內(nèi)應用較少。②混凝土結(jié)構(gòu)建筑陽臺斷橋技術應用 通過結(jié)構(gòu)受力計算，實現(xiàn)陽臺板與主體結(jié)構(gòu)局部脫離，滿足結(jié)構(gòu)安全和功能要求的同時，有效改善陽臺部位熱橋問題。但此種處理方式在國內(nèi)多應用于工法展示和設備平臺部位熱橋處理。

因此，針對陽臺斷橋應用技術需解決和改進的問題，提出一種裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系陽臺斷橋構(gòu)造，最大限度地利用鋼結(jié)構(gòu)建筑體系特點，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷橋，并適宜在國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)住宅體系中應用和推廣。

1.2 斷橋構(gòu)造形式確定

裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系陽臺斷橋構(gòu)造由鋼梁、室內(nèi)樓板、陽臺板、ALC自保溫外墻板、墻板固定連接件等組成，如圖1所示。

圖1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系陽臺斷橋構(gòu)造

結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)主體受力結(jié)構(gòu)形式，以兩端外挑鋼梁為支撐，室內(nèi)樓板和陽臺板均采用鋼筋桁架樓承板。摒棄保溫材料決定保溫性能的傳統(tǒng)觀念，通過結(jié)構(gòu)設縫處理方式，實現(xiàn)陽臺板與主體結(jié)構(gòu)局部斷開，室內(nèi)外熱量傳遞由面面?zhèn)鲗Х绞絻?yōu)化為點面?zhèn)鲗Х绞?，不對墻體自身造成破壞，確保墻體保溫系統(tǒng)完整性和連續(xù)性，有效解決熱橋問題。結(jié)合保溫隔熱和防水等功能需求，結(jié)構(gòu)設縫寬度設計為140mm(125mm保溫材料厚度+15mm厚防水處理)，確保ALC墻板上下貫通式連接。

1.3 斷橋構(gòu)造施工處理

綜合考慮建筑體系特點和現(xiàn)場施工情況，鋼梁、室內(nèi)樓板、外墻板、陽臺板先后施工，落實前期設計理念和使用需求，解決熱橋問題的同時實現(xiàn)施工便捷性和可操作性。陽臺斷橋構(gòu)造現(xiàn)場施工如圖2所示。

圖2 陽臺斷橋構(gòu)造現(xiàn)場施工

2 陽臺斷橋技術優(yōu)化綜合測評分析

2.1 陽臺斷橋效果測評方案

考慮現(xiàn)行規(guī)范要求尚未對陽臺斷橋效果提出量化指標要求，現(xiàn)采用理論計算和現(xiàn)場檢測并行方式，對陽臺斷橋優(yōu)化技術進行綜合評估，分析和判定陽臺斷橋技術優(yōu)化后阻斷熱橋的效果。測評方案如表1所示。

表1 陽臺斷橋效果測評方案

2.1.1理論計算

針對常規(guī)陽臺板做法(陽臺板與室內(nèi)樓板未斷開)和考慮斷橋構(gòu)造做法2種形式，采用熱橋線傳熱系數(shù)計算軟件PTemp模擬計算，對比分析冬季工況條件下二者熱橋分布及熱損失情況，驗證陽臺斷橋技術優(yōu)化后是否可實現(xiàn)比較良好的熱橋阻隔目標。

室內(nèi)樓板、陽臺板均采用鋼筋桁架樓承板形式，現(xiàn)場澆筑120mm厚混凝土；外圍護結(jié)構(gòu)為蒸壓加氣混凝土(ALC)復合墻體，包括125mm厚ALC外墻板、空氣夾層、75mm厚ALC內(nèi)墻板。在不影響模擬結(jié)果的前提下，為符合PTemp軟件的計算要求，陽臺板簡化為120mm厚鋼筋混凝土板，外圍護結(jié)構(gòu)簡化為200mm厚ALC墻板，陽臺板與樓板之間設置10mm寬麻絲嵌縫。計算模型如圖3所示。

圖3 2種陽臺板做法計算模型

采用冬季工況條件進行理論計算和分析，冬季室外計算溫度設定為-2.0℃，室內(nèi)計算溫度設定為18℃。

2.1.2現(xiàn)場檢測方案

現(xiàn)場檢測時間安排在9月晴好天氣，采用紅外熱像法檢測陽臺熱橋部位內(nèi)、外表面溫度分布情況。檢測時段室外空氣溫度33～35℃，室內(nèi)24h開啟空調(diào)，室內(nèi)空氣溫度24℃，確保室內(nèi)、外10℃溫差工況，便于檢測和顯像。現(xiàn)場檢測情況如圖4所示。

圖4 陽臺紅外熱像現(xiàn)場檢測

2.2 綜合測評結(jié)果分析

理論計算結(jié)果如圖5，6所示，分別為2種做法的溫度分布情況和熱橋線傳熱系數(shù)情況。結(jié)果顯示，常規(guī)陽臺板做法，由外至內(nèi)溫度分布變化明顯，熱橋部位溫度在8.0～11.3℃，熱橋線傳熱系數(shù)(含外墻主體)為0.56W/(m·K)；考慮斷橋構(gòu)造，熱橋部位溫度在8.0～14.7℃，熱橋線傳熱系數(shù)(含外墻主體)為0.43W/(m·K)。

圖5 溫度分布情況

圖6 熱橋線傳熱系數(shù)情況

由此可知，相較于常規(guī)陽臺板做法，考慮斷橋構(gòu)造做法的熱橋部位溫度更接近室內(nèi)溫度，無明顯熱流；線傳熱系數(shù)可降低23%。

由現(xiàn)場檢測結(jié)果可知，陽臺板西側(cè)位置溫度集中分布在33.5～35.3℃，中側(cè)位置溫度集中分布在35.0～35.7℃，東側(cè)位置溫度集中分布在34.1～35.8℃。由此可知，陽臺板與主體結(jié)構(gòu)連接處和周邊溫度差均<1.0℃，大部分區(qū)域均<0.5℃，檢測范圍內(nèi)未見明顯熱工缺陷。

3 結(jié)語

通過理論計算和現(xiàn)場檢測綜合評估，裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅體系陽臺斷橋構(gòu)造具備如下優(yōu)勢。

1)熱橋部位溫度更接近室內(nèi)溫度，無明顯熱流。

2)相較于常規(guī)陽臺板做法，在冬季工況條件下，熱橋線傳熱系數(shù)可降低23%。

3)通過紅外熱像現(xiàn)場檢測，陽臺板與主體結(jié)構(gòu)連接處和周邊溫度差均<1.0℃，無明顯熱工缺陷。

由此可見，結(jié)合裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系特點，陽臺斷橋構(gòu)造應用可實現(xiàn)陽臺部位良好的阻隔熱橋目標，驗證了技術優(yōu)化具備科學性和可操作性。