分析裝配式建筑外圍護結構節能設計

秦嗣晏

湖南方圓建筑工程設計有限公司，湖南長沙 410000

裝配式建筑外圍護結構，作為促進所處行業快速穩定發展進程的關鍵，其決定了涉及行業的健康穩定發展水平。然而，在實踐設計工作中，相關人員并未將建筑外圍護結構的節能控制效果充分重視起來，這就降低了結構作用于建筑工程使用的可持續性。為此，研究人員應從實踐角度出發，即對建筑外圍護結構的實際情況與規范標準要求進行分析研究，以提升實際設計工作開展的安全有效性。如此，裝配式建筑物結構設計的科學合理性，才能充分作用于實踐，以服務于現代化經濟建設的全面發展進程。

1 研究裝配式建筑外圍護結構節能設計的現實意義

當前階段，裝配式建筑是指在設計階段完成標準化設計、工廠化生產；在現場作業階段，進行裝配化施工、一體化裝修以及后期的信息化與智能化管理，來提高實現降低能源、材料、土地資源以及用水等資源的消耗目標。而圍護結構主要指圍繞建筑空間四周的門、窗以及墻體等結構，用以抵御不良環境。根據其在裝配式建筑物中的位置，可劃分為內外圍護結構兩種。而目前的裝配式建筑大力發展鋼結構住宅的情況，使圍護結構成為了裝配式鋼結構住宅中重要的結構組成。為此，設計人員應從實踐角度出發，即對已建裝配式外圍護結構的節能設計情況進行分析，在明確問題缺陷后，再著手進行科學有效的設計優化控制。

2 裝配式建筑外圍護結構節能設計現狀

研究表明，裝配式建筑外圍護結構節能設計工作中，主體結構與圍護結構的一體化設計還未實現。這是因為無論是結構、工廠生產以及施工現場的安裝工作，均因市場環境多元以及融合復雜，阻礙了建筑工業化的快速發展進程。

現階段，雖然相關管理部門針對墻體材料的市場發展提出了節能、節土以及環保要求，但建筑廢料與工業廢料的處理難度大，科學技術未跟上發展進程，降低了多功能墻體材料的運用效果。為此，相關人員應從評價標準工作出發，即為外圍護結構節能設計創造一個科學規范的環境，進而提高節能設計的有效性。

對于裝配式鋼結構的建筑物來說，其特征的體現是圍護結構從傳統的承重型向非承重型結構的重要轉變。但當前的市場環境，裝配式鋼結構配套的構件發展水平不高，阻礙了外圍護結構轉變為非承重型結構的進程。因而，節能設計研究人員應加大裝配式建筑外圍護結構的配套體系構建力度，以為外圍護結構的節能設計工作開展提供良好的市場環境。

3 裝配式建筑外圍護結構節能設計的優化對策

3.1 樓板與屋面板節能設計

作為裝配式外圍護結構中的水平構件，樓板與屋面板的作用是承受結構的豎向荷載，并傳遞水平向的荷載。目前，可供裝配式結構住宅建筑物選擇的樓板與屋面板組合主要有四種，即壓型鋼板現澆混凝土組合樓板與屋面板、纖維水泥鋼結構樓板與屋面板、預制加氣混凝土樓板與屋面板以及ASA泡沫混凝土樓板等。

對于壓型鋼板現澆混凝土組合樓板與屋面板組合來說，其節能設計可分為組合樓板與非組合樓板兩種。此過程，壓型鋼板組合中的壓型鋼板不僅能夠起到模板的作用，還能在受力作用過程與建筑物的混凝土樓板起到聯合承受力作用。

纖維水泥鋼結構樓板，作為一種能夠承受荷載較多、密度較大且多作用于鋼結構的樓板。其作用于鋼結構的節能設計后，纖維水泥鋼結構樓板將發揮出自重輕、導熱系數低、構造簡單以及良好的保溫性能等，能夠實現外圍護結構的產業化生產模式目標。

預制加氣混凝土樓板與屋面板，是經過西方國家應用認可的技術較為成熟的板。這是因為，預制加氣混凝土板不燃且不會出現老化與腐蝕問題，能夠大幅提升樓板使用的耐久性以及與其他建筑結構材料的適用性。此外，當其作用于實踐，還能為裝配式建筑外圍護結構的節能設計提供隔熱、保溫以及防潮防水等性能效果。因此，結構節能設計人員應根據裝配式建筑的實際情況與建設要求，將預制加氣混凝土樓板與屋面板作為優化控制手段。

而ASA泡沫混凝土樓板，其是由薄壁型鋼與發泡混凝土經特殊構造連接而成的。此外，其在結構作用過程中，能夠以防火性能耗，即耐火極限在4h左右的情況下，有效控制聲音的傳播，進而強化樓板與屋面板結構的保溫隔熱效果。這是因為該樓板內部存在大量且密閉的微孔。根據上述幾種外圍護結構樓板與屋面板的作用情況，節能設計人員應根據裝配式工程的實際情況，確定相應的設計內容。

3.2 外窗與窗墻比設計

對于不同塑鋼的窗戶來說，其在南向外窗不同的窗墻比條件下建筑采暖與制冷總負荷，可用DeST-h能耗模擬軟件進行設計分析。由于不同形式的外窗會隨著南向窗墻比的增加。而全面建筑總負荷量的增加，會是不同形式的外窗作用穩定性帶來影響。因此，節能設計人員應在明確不同外窗作用規律的情況下，來進行設計選用。中空玻璃塑鋼窗與單框雙層塑鋼窗負荷量，明顯小于單層玻璃塑鋼窗，但其漲幅較為緩慢，因此，裝配式建筑的南向外窗應優先選用中空玻璃塑鋼窗與單框雙層塑鋼窗。據權威數據統計，當窗墻比在0.6以內時，節能設計人員應優先選用中空玻璃塑鋼窗；反之大于0.6時，則應優先選用單框雙層塑鋼窗。

3.3 外圍護墻體設計

要想提高裝配式建筑外圍護結構設計的節能環保效果，應增加綠色建材與新型墻體材料的運用。目前，可供節能設計選擇的墻體材料主要為，外掛式的保溫復合墻體、預制保溫夾心板、外墻聚合物水泥聚苯保溫板以及硬泡聚氨酯噴涂外墻外保溫材料等。對于外掛式保溫負荷墻體踩啦來說，其是由玻璃棉、硬質聚氨酯泡沫塑料板、巖棉以及聚苯乙烯泡沫板組成。其中玻璃棉與巖棉多用于外保溫復合墻體；硬質聚氨酯泡沫塑料板與聚苯乙烯泡沫板起到的是防水防潮作用。當上述幾種墻體材料作用于裝配式建筑外圍護結構的節能方面后，不僅滿足了外圍護墻體的保溫、隔聲以及防水防潮的功能作用，還能大幅降低墻體的厚度。此外，基于外掛式的安裝方式設計，梁、柱以及節點部位等主體結構就不會受到風蝕、雨淋以及日曬等影響，大幅提升了結構作用的節能效果與耐久性效果。

此外，為提高外墻在不同傳熱系數下對負荷的影響，節能設計人員可根據總負荷與保溫層厚度之間的關系來對裝配式建筑的外圍護結構進行設計優化控制。

3.4 長效節能裝配式建筑設計

外圍護結構體系的預制，就是采用復合方法，將鋼筋混凝土外墻模與外墻保護材料構造結合起來，并結合保溫材料的厚度與品種來提高保溫性能的靈活性。其保溫材料的品種和厚度可以根據實際的保溫性能靈活選擇，不受體系限制。預制鋼筋混凝土面板可以有效阻止水氣進入板內，阻止自然環境中的凍融循環、大氣污染物、CO2對外墻板的破壞作用。外墻飾面所選用的外墻涂料亦對墻板結構起到一定的保護作用。保溫材料處于發揮其熱工特性的最佳環境之中，隔絕了自然環境中的陽光、空氣、水氣、CO2對保溫材料的侵蝕作用。

4 結語

綜上所述，裝配式建筑外圍護結構的節能設計工作，應在明確當前節能設計工作過程面臨的局限問題情況下，才能提升節能設計控制的有效性。如，結構節能設計人員應根據裝配式建筑的實際情況與建設要求，將預制加氣混凝土樓板與屋面板作為優化控制手段。基于外掛式的安裝方式設計，梁、柱以及節點部位等主體結構就不會受到風蝕、雨淋以及日曬等影響，大幅提升了結構作用的節能效果與耐久性效果。事實證明，只有在明確各類外圍護結構節能特性的情況下，才能使設計工作的開展起到事半功倍的效果。故而，裝配式建筑外圍護結構設計工作人員應將上述分析內容與科研結果更多地作用于不同環境條件的施工建設，進而推動涉及行業的快速穩定發展。