朱龍奎 俞 屏
上海建工房產(chǎn)有限公司 上海 200080
1)節(jié)能圍護(hù)體系與建筑主體結(jié)構(gòu)同壽命,不存在剝離脫落、保溫失效等問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)效保溫的功能;
2)節(jié)能圍護(hù)體系組成靈活,由鋼筋混凝土外墻模與外墻保溫材料復(fù)合構(gòu)造而成,其保溫材料的品種和厚度可以根據(jù)實(shí)際的保溫性能選擇,靈活選擇保溫材料不受體系限制,技術(shù)適應(yīng)性好;
3)節(jié)能圍護(hù)體系構(gòu)造簡(jiǎn)單,是集外墻門窗框、空調(diào)板等附件于一體的綜合部件,可替代現(xiàn)有保溫體系,節(jié)約材料,提高了材料利用率;
4)節(jié)能圍護(hù)體系以前期的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),中期的工廠化制作、模塊化運(yùn)輸、標(biāo)準(zhǔn)化吊裝裝配,后期的長(zhǎng)效免維護(hù)為其典型特征;
5)適應(yīng)建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展要求,工廠化預(yù)制部分在體系中兼具現(xiàn)澆部分外模板、建筑外墻保溫、建筑外墻面裝飾等多種功能[1]。
在上海周康航大型居住社區(qū)項(xiàng)目中,我們選取其中建筑總量50 000 m2的小區(qū)一處,進(jìn)行工程示范實(shí)踐。該項(xiàng)目占地面積為24 500 m2。由6棟住宅樓、1棟社區(qū)服務(wù)用房及1個(gè)地下汽車庫(kù)組成。地塊總建筑面積約59 700 m2,地上建筑面積50 800 m2。
工程示范樓建筑結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu),建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用長(zhǎng)效保溫建筑預(yù)制圍護(hù)體系(含外側(cè)的工廠預(yù)制部分及內(nèi)側(cè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土部分),建筑物公共區(qū)域電梯廳、走道及戶內(nèi)陽(yáng)臺(tái)、廚房、衛(wèi)生間區(qū)域采用預(yù)制疊合結(jié)構(gòu),樓梯段采用全預(yù)制結(jié)構(gòu)。
我們充分發(fā)揮了設(shè)計(jì)的前瞻性作用,在設(shè)計(jì)階段確定了該項(xiàng)目的墻體保溫型式,對(duì)建筑體型、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)等方面都進(jìn)行了深入的分析,將可預(yù)期的困難和問(wèn)題提前至設(shè)計(jì)階段給予考慮。本著適度預(yù)制、減少板型規(guī)格、提高構(gòu)件利用率、降低預(yù)制構(gòu)件成本的原則,從功能設(shè)計(jì)出發(fā),以提高標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)間外墻板重復(fù)利用率為導(dǎo)向,簡(jiǎn)化小區(qū)房型設(shè)計(jì),將住宅立面開(kāi)間作為房型設(shè)計(jì)的基本元素,將外墻預(yù)制構(gòu)件的重復(fù)利用范圍擴(kuò)展到各住宅房型之間。
2.1.1 圍護(hù)體系保溫材料對(duì)比優(yōu)選
在進(jìn)行本項(xiàng)目保溫材料選擇過(guò)程中,我們從外墻板構(gòu)件中保溫材料所處位置出發(fā),結(jié)合墻板的生產(chǎn)工藝流程,確定保溫材料的選擇原則為:導(dǎo)熱系數(shù)小,容重輕,吸濕性小,加工性能好,使用壽命長(zhǎng),溫度變化時(shí)線膨脹系數(shù)小,經(jīng)濟(jì)性好。而對(duì)材料的耐火性、防蟲(chóng)防蛀等方面則不作特別要求。
目前,市面上的保溫材料從應(yīng)用上可分為有機(jī)類保溫材料、無(wú)機(jī)保溫材料、復(fù)合型保溫材料3大類。我們認(rèn)為:保溫材料的選用及保溫構(gòu)造的確定是建筑外墻保溫設(shè)計(jì)的原則。組成材料靈活多變應(yīng)是該體系最大的特色,各種保溫材料,只要滿足保溫性能和建筑防火要求都可以應(yīng)用于長(zhǎng)效保溫建筑圍護(hù)體系。
我們?cè)诒卷?xiàng)目的設(shè)計(jì)中選用泡沫混凝土作為墻體保溫層(圖1)。保溫材料與預(yù)制外墻板同為水泥基材料,因而具有較強(qiáng)的相容性是我們考慮的重要因素,同時(shí),泡沫混凝土具有的封閉孔、吸水率低、不透水、防火性能好、熱工性能良好等特性與其適中的市場(chǎng)價(jià)格對(duì)預(yù)制裝配式住宅的市場(chǎng)推廣具有較大的促進(jìn)作用。
圖1 墻體平面大樣
2.1.2 圍護(hù)體系保溫構(gòu)造的研究
傳統(tǒng)建筑外墻保溫構(gòu)造依保溫材料所處位置可分為外墻外保溫系統(tǒng)、外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)、外墻夾心保溫系統(tǒng)、外墻自保溫系統(tǒng)。先將不適應(yīng)本項(xiàng)目特點(diǎn)的外墻外保溫系統(tǒng)、外墻自保溫系統(tǒng)予以排除。在綜合考慮外墻保溫的有效性、預(yù)制外墻板工廠制作的可行性、運(yùn)輸及安裝過(guò)程中成品保護(hù)的難易程度、成品的耐久性與耐候性等涉及外墻板的材料特性、制作工藝、運(yùn)輸、安裝工藝,擬在預(yù)制外墻模加外墻內(nèi)保溫與預(yù)制保溫外墻板(保溫材料復(fù)合于預(yù)制外墻板內(nèi)側(cè),外墻夾心保溫系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)形式)兩者間予以擇優(yōu)深化。
通過(guò)對(duì)兩者在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)層面的綜合考量,我們最終確定采用預(yù)制鋼筋混凝土復(fù)合自保溫外墻板(保溫材料復(fù)合于預(yù)制外墻板內(nèi)側(cè))的設(shè)計(jì)原型,并以建筑外圍護(hù)體系工廠預(yù)制化為抓手,進(jìn)一步在實(shí)踐中提高建筑工業(yè)化程度。
在本項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)過(guò)程中,我們從技術(shù)層面確定本系統(tǒng)預(yù)制外墻板厚度為55 mm(在構(gòu)件翻身、起吊、運(yùn)輸、吊裝過(guò)程中均需專用支架保護(hù)),保溫層厚度根據(jù)實(shí)際工程設(shè)計(jì)確定。在預(yù)制外墻板四周及門窗洞口四周均設(shè)與板同厚加勁肋,加勁肋與板體形成容納保溫材料的凹槽,使保溫材料在墻體施工完畢后與大氣完全隔離,保證其熱工性能不受外界環(huán)境的影響。在此基礎(chǔ)上形成本長(zhǎng)效保溫建筑圍護(hù)體系(圖2、圖3)。
圖2 墻體構(gòu)造水平面剖切圖
圖3 墻體構(gòu)造豎直面剖切圖
長(zhǎng)效保溫建筑圍護(hù)體系的預(yù)制主要采用鋼模成型,鋼筋加工成型后分塊綁扎,然后吊到模板內(nèi)整體安裝,在混凝土澆筑后進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)和保溫板的鋪設(shè)。生產(chǎn)過(guò)程中的模板清潔、鋼筋加工成型、預(yù)埋件的固定、混凝土施工及蒸汽養(yǎng)護(hù)、拆模搬運(yùn)等工序均采用工廠式流水施工,每個(gè)工種都由固定的熟練技工進(jìn)行操作實(shí)施。
對(duì)于長(zhǎng)效保溫建筑預(yù)制圍護(hù)體系而言,保溫材料是通過(guò)連接件與預(yù)制混凝土連接的,其連接的質(zhì)量直接影響該體系墻板的質(zhì)量。因此,如何有效地將保溫材料和連接件緊密連接是關(guān)鍵技術(shù)之一。本次所涉及的連接件有鋼筋連接件和FRP連接件,當(dāng)采用鋼筋連接件時(shí),連接件采用預(yù)埋的方式,其一端與鋼筋骨架連接,在底層預(yù)制混凝土澆筑完成之后,鋼筋連接件露出混凝土表面(圖4),在此表面可以進(jìn)行泡沫混凝土板的鋪設(shè)或者進(jìn)行現(xiàn)澆泡沫混凝土的澆筑,由于鋼筋連接的形式為四棱錐形狀,故當(dāng)采用預(yù)制泡沫混凝土板并對(duì)其開(kāi)洞讓鋼筋連接件貫穿時(shí),其留下的空洞需用泡沫混凝土填充,以保證保溫層的完整性。鋼筋連接件宜采用現(xiàn)澆泡沫混凝土進(jìn)行保溫層的澆筑。
圖4 鋼筋連接件連接
若采用FRP連接件時(shí),由于其連接件的特殊設(shè)計(jì),其定位安裝順序?yàn)椋旱讓宇A(yù)制混凝土的澆筑→FRP連接件在設(shè)計(jì)位置插入預(yù)制混凝土中→用水泥漿粘貼鋪設(shè)泡沫混凝土板。FRP連接插入混凝土中的深度必須大于30 mm。由于FRP連接件形式為圓柱狀,保溫層采用泡沫混凝土板或現(xiàn)澆泡沫混凝土形式均比較方便施工(圖5)。
圖5 FRP連接件連接
從施工工藝、安全防護(hù)和質(zhì)量驗(yàn)收等方面入手,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的場(chǎng)地布置、施工流程等各個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行了深入研究,形成了獨(dú)具特色的現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù),該施工過(guò)程在確保建筑保溫節(jié)能的優(yōu)質(zhì)功能外,現(xiàn)場(chǎng)資源消耗量小,環(huán)境保護(hù)能力強(qiáng)[2,3]。
在本示范工程建設(shè)中,如果按照單幢建筑計(jì)算,采用長(zhǎng)效保溫建筑預(yù)制圍護(hù)體系的制作安裝成本比一般采用外墻外保溫體系略高,這主要由于長(zhǎng)效保溫建筑預(yù)制圍護(hù)體系定制鋼模板和成套安裝工具的加工成本較高,而重復(fù)利用率較低。以示范項(xiàng)目為例,制作安裝成本中大部分為定制鋼模板和成套安裝工具的加工費(fèi)用。但實(shí)際定制鋼模重復(fù)利用可達(dá)300次以上,期間僅有少量的整修費(fèi)用,成套安裝工具也同樣如此。以此推算,大量推廣應(yīng)用長(zhǎng)效保溫建筑預(yù)制圍護(hù)體系后,加工制作成本將進(jìn)一步降低。
由于長(zhǎng)效保溫建筑預(yù)制圍護(hù)體系需要吊裝至安裝位置,與傳統(tǒng)的建筑施工相比,塔吊等級(jí)提高,因而施工機(jī)械成本有所增加。但鑒于本體系采用工廠化制作,比起傳統(tǒng)的外墻外保溫體系,減少了現(xiàn)場(chǎng)外保溫施工的人工成本。同時(shí)該體系可先于結(jié)構(gòu)施工在工廠制作,如建筑采用外墻面磚飾面等工序可在工廠與預(yù)制結(jié)構(gòu)一同制作,這樣更縮短了外墻施工工期,還可降低外墻腳手架和相應(yīng)的粉刷、運(yùn)輸機(jī)械的租賃費(fèi)用。此外在預(yù)制保溫墻板制作時(shí),可將外墻電氣PVC管線預(yù)留安裝在墻內(nèi),減少了結(jié)構(gòu)施工時(shí)相應(yīng)安裝人工,進(jìn)一步加快了安裝施工的進(jìn)度。
綜上所述,在本工程中,建筑批量應(yīng)用長(zhǎng)效保溫建筑預(yù)制圍護(hù)體系的總成本需比傳統(tǒng)的外墻外保溫體系增加約600元/m2,但應(yīng)用效果明顯好于傳統(tǒng)的外墻外保溫體系。
與傳統(tǒng)保溫體系不同,長(zhǎng)效保溫建筑預(yù)制圍護(hù)體系與建筑結(jié)構(gòu)主體的使用年限相當(dāng),從長(zhǎng)期使用角度比較,大大減少了對(duì)材料和能源的消耗,解決了因多次施工對(duì)環(huán)境的影響,具有顯著的社會(huì)效益。
目前,在常規(guī)施工的不同階段,各種散裝建筑材料在運(yùn)輸和裝卸過(guò)程中,產(chǎn)生的粉塵和垃圾會(huì)污染道路和施工現(xiàn)場(chǎng)周圍的環(huán)境,同時(shí),在施工過(guò)程中,因切割、攪拌、搬運(yùn)等工作產(chǎn)生的噪聲,給施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)外的人們生活和工作帶來(lái)不利的影響。通過(guò)本技術(shù)的運(yùn)用使得施工過(guò)程中噪聲普遍降低10%左右。
1)通過(guò)采用FRP連接件將保溫層置于鋼筋混凝土墻板內(nèi)側(cè)的技術(shù),最大限度地解決了保溫材料與墻體連接中的冷橋問(wèn)題,提高了外墻體的保溫性能,進(jìn)一步增強(qiáng)了建筑使用后的能源利用率。
2)采用長(zhǎng)效保溫建筑預(yù)制圍護(hù)體系取代傳統(tǒng)施工中的外墻砌筑和相應(yīng)保溫層的粉刷施工,減少了施工現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè),從而減少施工用水,對(duì)提高水資源的利用率有著積極的作用,且大大減少了散裝建筑材料的運(yùn)輸工作。
3)采用長(zhǎng)效保溫建筑預(yù)制圍護(hù)體系技術(shù)提高了施工效率,加快了施工進(jìn)度,減少了施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)人員,也相應(yīng)減少了施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械、人員對(duì)水、電等能源的使用[4]。
長(zhǎng)效保溫建筑預(yù)制圍護(hù)體系成套技術(shù),其自身安全可靠性能強(qiáng),同時(shí),提高了建筑墻體本身的保溫性能,提高了外圍護(hù)體系的品質(zhì)。在優(yōu)化施工工藝的基礎(chǔ)上,使得施工效率、工程進(jìn)度都得到了提高。同時(shí)本體系通過(guò)工廠化預(yù)制的方式降低了施工作業(yè)對(duì)城市環(huán)境的影響,符合綠色施工和環(huán)保節(jié)能的要求,若今后通過(guò)進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)化研究,將具有更良好的推廣前景。