集成建筑之外墻集成系統(tǒng)淺析

　　一、前言
　　建筑一直以來(lái)都有兩大分支：一個(gè)是追求個(gè)性，發(fā)揮建筑師的創(chuàng)意靈感。一個(gè)是追求實(shí)用性，強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、安裝簡(jiǎn)便快速。這兩種特性有時(shí)候又可以和諧統(tǒng)一，成為完美主義者們的追求。但隨著資源日益匱乏，環(huán)境污染每況愈下，人口增多，個(gè)性鮮明的建筑注定只能成為地標(biāo)或上流社會(huì)的財(cái)富象征。諸如學(xué)校、醫(yī)院、住宅等設(shè)施性建筑會(huì)越來(lái)越強(qiáng)調(diào)集成化、工業(yè)化生產(chǎn)安裝，以滿(mǎn)足快速城市化建設(shè)和資源優(yōu)化整合的需求。所謂集成建筑，正是解決這類(lèi)需求的一種建筑形式。

　　二、集成建筑的產(chǎn)生和發(fā)展背景
　　20世紀(jì)50年代，為了解決“房荒”問(wèn)題，歐洲一些國(guó)家采用了工業(yè)化的裝配式建造大量住宅，主要是在部分預(yù)制裝配構(gòu)件上實(shí)現(xiàn)模數(shù)化、生產(chǎn)的工廠化與施工的裝配化。

　　住宅集成的概念最早在20世紀(jì)60年代末由日本通產(chǎn)省提出來(lái)的。在這一時(shí)期，工業(yè)化建筑由部分裝配向全裝配建造體系轉(zhuǎn)變，首次提出要對(duì)市場(chǎng)需要和銷(xiāo)售進(jìn)行綜合配套的研究。我國(guó)在這一時(shí)期，進(jìn)入住宅工業(yè)化的起步階段，在各地興起裝配式壁板住宅。

　　20世紀(jì)70年代到90年代，各國(guó)開(kāi)始注重住宅的功能與個(gè)性化要求，同時(shí)也提出建筑節(jié)能要求，研究重點(diǎn)在發(fā)展各類(lèi)建筑體系間能夠互換通用的構(gòu)配件上，組織專(zhuān)業(yè)化的大批量生產(chǎn)和商品化供應(yīng)。

　　2000年到至今發(fā)展?fàn)顩r，國(guó)外在不斷改進(jìn)室內(nèi)設(shè)備和部品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，研發(fā)新型建筑材料，開(kāi)發(fā)建筑節(jié)能和新能源。

　　在我國(guó)，2001年曾有人提出集成建筑的全新概念：集成建筑是以專(zhuān)業(yè)化大工廠和社會(huì)化協(xié)作的生產(chǎn)方式，將建筑部件加以裝配集成為市場(chǎng)提供終極完善產(chǎn)品的全新建筑體系。集成建筑不僅是建筑部件、構(gòu)配件的集成，也是集優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，先進(jìn)的生產(chǎn)管理方式，性能優(yōu)良的材料設(shè)備于一體的優(yōu)化集成產(chǎn)品。并指出集成建筑的構(gòu)配件按性質(zhì)和所起作用大致分為結(jié)構(gòu)體系、維護(hù)體系、建筑設(shè)備和室內(nèi)裝潢四大類(lèi)，并且認(rèn)為將這些構(gòu)配件安裝整合，就能建好樓房。

　　建筑物的結(jié)構(gòu)及其相配套的設(shè)施包括：結(jié)構(gòu)體系、外維護(hù)體系、清潔能源體系、門(mén)窗體系、廚衛(wèi)體系、供熱體系、智能系統(tǒng)、燈具、家具。本文主要研究的對(duì)象是外維護(hù)體系，以及關(guān)聯(lián)專(zhuān)業(yè)（如結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)等）在設(shè)計(jì)、施工中注意的問(wèn)題。

　　三、外墻體系的演變發(fā)展
　　建筑的外維護(hù)體系，又稱(chēng)外墻體系，一直以來(lái)都給使用者以最直接的觀感，體現(xiàn)了建筑師的空間藝術(shù)水平。同時(shí)，它又為建筑遮風(fēng)擋雨，保證室內(nèi)舒適。隨著新材料的發(fā)明和量產(chǎn)，幕墻逐漸成為了建筑師常用的外墻實(shí)現(xiàn)形式。所謂的幕墻是指由結(jié)構(gòu)框架與鑲嵌板材組成，不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)荷載與作用的建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)。幕墻擁有構(gòu)件輕巧、安裝簡(jiǎn)便快速等眾多優(yōu)點(diǎn)，特別是近十年快速發(fā)展的單元式幕墻。

　　單元式幕墻是在工廠加工程度最高的一種幕墻類(lèi)型。在工廠不僅要加工豎框、橫框等元件，還要用這些元件拼裝成單元組件框，并將幕墻面板（玻璃、鋁板、花崗石板等）安裝在單元組件框的相應(yīng)位置上，形成單元組件（用板材沖壓成幕墻單元，在嵌板單元上開(kāi)洞安裝玻璃）。就一個(gè)單元組件來(lái)說(shuō)，它已具備了這個(gè)單元的全部幕墻功能和構(gòu)造要求。單元組件的高度要等于或大于一個(gè)樓層，以便運(yùn)往工地后直接固定在主體結(jié)構(gòu)上。一個(gè)個(gè)單元組件上、下框（左、右框）對(duì)插形成組合桿，完成單元組件間接縫，最終形成整幅幕墻。

　　單元式幕墻在工廠已將單元組件制作完成，即面板已安裝在單元組件框上，而單元組件與主體結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)件安裝在單元組件內(nèi)側(cè)，在吊裝時(shí)單元組件與主體結(jié)構(gòu)的連接必須在內(nèi)側(cè)操作。單元組件間接縫靠相鄰兩單元組件相鄰框?qū)Σ褰M成組合桿完成接縫，即它不是在一個(gè)整體桿件上接縫，而靠對(duì)插組成組合桿完成接縫。每個(gè)單元板塊通過(guò)連接支座均能實(shí)現(xiàn)前后左右三維調(diào)節(jié)，即保證了由于現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)誤差引起的偏差能通過(guò)支座去消除，而整幅幕墻的平整度則通過(guò)加工單元板塊的精度控制去保證。

　　單元幕墻不但擁有更高的加工精度，更快的施工速度，還能滿(mǎn)足更高的節(jié)能保溫要求，特別是結(jié)合雙層幕墻技術(shù)，使幕墻擁有更多功能。但也有他的不足之處：

　　1.由于大量使用鋁合金型材，材料成本比傳統(tǒng)幕墻高。需要更多經(jīng)驗(yàn)豐富的高級(jí)安裝人員，人工成本比傳統(tǒng)幕墻高；

　　2.單元板塊尺寸不能做太大，導(dǎo)致材料間接增多，吊裝次數(shù)增加；

　　可見(jiàn)應(yīng)用于集成建筑中的外墻體系應(yīng)首選單元式幕墻，也只有單元式幕墻才能滿(mǎn)足集成建筑的施工進(jìn)度要求。但是外墻系統(tǒng)不是只有幕墻，像一些設(shè)施性建筑如學(xué)校、醫(yī)院、宿舍等外墻一般由實(shí)體墻和門(mén)窗等組成。因此如何把單元幕墻技術(shù)應(yīng)用于實(shí)體墻來(lái)達(dá)到快速安裝的目的是外墻集成技術(shù)體系必須解決的一個(gè)問(wèn)題。

　　四、外墻集成技術(shù)體系
　　集成建筑在我國(guó)的起步較晚，早期的住宅工業(yè)化技術(shù)主要向外國(guó)學(xué)習(xí)，近幾年各家建筑企業(yè)都開(kāi)始加大集成建筑的研發(fā)投入，使該產(chǎn)業(yè)有百家爭(zhēng)鳴、蓬勃發(fā)展之勢(shì)。其中的外墻集成技術(shù)隨著行業(yè)發(fā)展而不斷完善，但一直缺乏系統(tǒng)的歸納總結(jié)，形成一套技術(shù)體系。

　　相對(duì)與外墻集成技術(shù)，單元幕墻技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)已經(jīng)比較成熟。本來(lái)這兩者就是附屬關(guān)系，即外墻集成技術(shù)包括了單元幕墻技術(shù)，但不限于單元幕墻技術(shù)。本文根據(jù)外墻板的類(lèi)型、構(gòu)件材質(zhì)和連接方式將外墻集成技術(shù)體系劃分為5大類(lèi)。

　　4.1 薄板鋼骨層間單元體系
　　薄板鋼骨層間單元體系是由機(jī)械固定的鍍鋅冷彎型鋼為墻體骨架，輕質(zhì)薄板為外墻面板（室內(nèi)側(cè)可選用其他薄板），成型整體安裝的外墻體系。由于其安裝在層間，上下層的單元板塊被主體結(jié)構(gòu)隔開(kāi)并無(wú)聯(lián)系，所以形成了類(lèi)似輕質(zhì)隔墻般的效果，但與一般室內(nèi)用輕質(zhì)隔墻有本質(zhì)區(qū)別：

　　4.1.1 屬于外維護(hù)墻體，必須考慮風(fēng)荷載、地震荷載等室外因素，輕鋼骨架必須滿(mǎn)足室外墻體的受力要求。

　　4.1.2 墻體采用整體式安裝，須設(shè)計(jì)便于整體安裝的固定點(diǎn)，并考慮溫度應(yīng)力和層間變位等因素。

　　這種外墻廣泛應(yīng)用于住宅、學(xué)校等集成建筑，也可為建筑實(shí)現(xiàn)局部凹凸造型需求，是一般集成建筑外墻的基本形式。它的優(yōu)點(diǎn)是性?xún)r(jià)比高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是施工安裝不方便，抗震能力一般，不能做大單元板塊，建議局部采用。

　　對(duì)于室外側(cè)薄板的選用，一般來(lái)說(shuō)有高密度的纖維水泥板材、蜂窩板材或者復(fù)合金屬板材，在滿(mǎn)足室外氣候環(huán)境的同時(shí)，盡量輕薄。無(wú)飾面板材可作涂料處理，并注意板縫位置的平整度。外飾板材需滿(mǎn)足戶(hù)外用材料的耐候要求。室內(nèi)側(cè)薄板則根據(jù)具體內(nèi)裝和保溫要求選定。

　　在門(mén)窗部位或者透明玻璃位置，需在相關(guān)的骨架加設(shè)水平剛性支撐，并做好鋼骨架的封修，保證室內(nèi)效果。如有隱框玻璃必須通過(guò)鋁合金底座和玻璃進(jìn)行結(jié)構(gòu)膠粘接。

　　4.2 薄板鋼骨懸掛單元體系
　　薄板鋼骨懸掛單元體系是由焊接鍍鋅熱扎型鋼作為單元邊框，機(jī)械固定的鍍鋅冷彎型鋼為墻體次骨架，輕質(zhì)薄板為外墻面板（室內(nèi)側(cè)可選用其他薄板），整體吊裝的外墻體系。這種體系借鑒了單元幕墻的結(jié)構(gòu)理論，并進(jìn)行有效簡(jiǎn)化，使之更符合一般外墻體的構(gòu)造需要和價(jià)格控制，具體特征如下：

　　4.2.1 通過(guò)加強(qiáng)單元板塊的邊框，使其可以做更大的單元板塊，一般可以以軸線劃分單元。如采用合并形式，甚至可以以建筑的面來(lái)劃分單元（需要更大的吊裝設(shè)備）。

　　4.2.2 這種外墻體系的掛接支座是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂，它的設(shè)計(jì)好壞直接影響著板塊從組裝到運(yùn)輸，從吊裝到定位調(diào)節(jié)的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一個(gè)優(yōu)秀的掛接支座，應(yīng)該具有優(yōu)秀的三維調(diào)節(jié)能力，快速安全的吊裝工法，保證板塊的懸掛受拉狀態(tài)以及較強(qiáng)的抗震能力。

　　這種外墻體系適用性非常廣，可作為一般實(shí)體外墻的替代，可以與各種體系的集成建筑（鋼結(jié)構(gòu)體系、預(yù)制鋼混體系等）有機(jī)結(jié)合，甚至能做到同步施工，同步完成的境界。由于本身的鋼骨體系非常穩(wěn)定，也較容易實(shí)現(xiàn)特殊造型，滿(mǎn)足吊裝安全要求。

　　對(duì)于室外側(cè)薄板的選用，一般來(lái)說(shuō)有高密度的纖維水泥板材、蜂窩板材或者復(fù)合金屬板材，在滿(mǎn)足室外氣候環(huán)境的同時(shí)，盡量輕薄。無(wú)飾面板材可作涂料處理，并注意板縫位置的平整度。外飾板材需滿(mǎn)足戶(hù)外用材料的耐候要求。室內(nèi)側(cè)薄板則根據(jù)具體內(nèi)裝和保溫要求選定。

　　在門(mén)窗部位或者透明玻璃位置，需在相關(guān)的骨架加設(shè)水平剛性支撐，并做好鋼骨架的封修，保證室內(nèi)效果。如有隱框玻璃必須通過(guò)鋁合金底座和玻璃進(jìn)行結(jié)構(gòu)膠粘接。

　　4.3 薄板鋁骨懸掛單元體系
　　薄板鋁骨懸掛單元體系是傳統(tǒng)單元式幕墻的延伸，能很好的展現(xiàn)建筑風(fēng)格，具體特征如下：

　　4.3.1 單元板塊之間采用鋁合金型材插接定位，全部采用膠條密封，以達(dá)到最高的安裝速度和最佳的室內(nèi)觀感。而且膠條密封方式穩(wěn)定可靠，減少維護(hù)成本。

　　4.3.2 單元幕墻的掛接支座一般采用全鋁合金形式，以達(dá)到0焊接。也有采用部分鋼件以減低成本和提高支座強(qiáng)度，缺點(diǎn)是加工精度沒(méi)有鋁合金高，存在少量焊接作業(yè)。與其他單元外墻一樣，支座的三維調(diào)節(jié)和抗震防脫非常重要，直接影響著安裝速度和幕墻平整度。

　　4.3.3 單元幕墻的防水設(shè)計(jì)是整個(gè)體系的靈魂，這涉及到各種防水排水原理的運(yùn)用。一套成熟的單元幕墻鋁型材，應(yīng)該能使空氣相通的各個(gè)腔體，由外到內(nèi)大氣壓逐漸減少，最后與室內(nèi)趨于平衡，從而使水失去進(jìn)入室內(nèi)的動(dòng)力。在容易進(jìn)水部位要采取多重?fù)跛�措施，并考慮的二次排水通道，保證萬(wàn)一有水進(jìn)到腔體內(nèi)也能自主排出。

　　4.3.4 該體系一般采用玻璃作為面板，所選玻璃需滿(mǎn)足熱工計(jì)算的要求。在室內(nèi)外溫差大的地區(qū)尚需考慮冷凝水結(jié)露。鋁合金型材一般情況下需根據(jù)熱工計(jì)算結(jié)果決定是否采用斷橋隔熱型材。

　　這種外墻體系作為傳統(tǒng)幕墻形式之一，在集成建筑的帶動(dòng)下，必將煥發(fā)出強(qiáng)大的能量。隨著集成建筑的不斷發(fā)展，單元幕墻必將與建筑同步，變成一體的組裝模塊。

　　4.4 厚板懸掛單元體系
　　厚板懸掛單元體系一般是由輕質(zhì)加氣混凝土板（ALC版）作為單元外墻板，通過(guò)金屬緊固掛件與主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固連接的墻板體系。ALC板有別于傳統(tǒng)的GRC板，它能夠做得更大的尺寸，充分滿(mǎn)足集成建筑的快速安裝要求，具體特征如下：

　　4.4.1 蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板（簡(jiǎn)稱(chēng)ALC板）系指采用以水泥、石灰、砂為原料制作的高性能蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板材，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐火、隔熱、隔音、無(wú)放射性、產(chǎn)品精度高、施工安裝便捷、能適應(yīng)大的層間變位、抗震性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)。

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