裝配式幕墻保溫一體板的設(shè)計分析

汪建勇 魏東海 孫在久 孫少華 盧浩

摘 要：隨著整個社會工業(yè)化、機(jī)械化、信息化進(jìn)程的加快，中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，未來社會對建筑產(chǎn)品的建造將會朝著高品質(zhì)、少污染、可持續(xù)方向發(fā)展。傳統(tǒng)手工操作式的建筑生產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿足對建筑產(chǎn)品的這種建造需求，實現(xiàn)建筑工業(yè)化是解決問題的必要途徑。傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工加工體系存在的缺點(diǎn)阻礙了其建筑工業(yè)化生產(chǎn)的實現(xiàn)，而預(yù)制裝配式系統(tǒng)將真正實現(xiàn)建筑從"建造"向"制造"的轉(zhuǎn)變，是實現(xiàn)建筑工廠化的有效途徑，把建筑幕墻分為各種類型，在工廠進(jìn)行預(yù)制生產(chǎn)，再在現(xiàn)場通過必要的節(jié)點(diǎn)連接、局部現(xiàn)場拼裝成整體的裝配式結(jié)構(gòu)。

裝配式幕墻系統(tǒng)，大量的幕墻構(gòu)件在車間加工組裝完成，對環(huán)境污染有力，現(xiàn)場作業(yè)量大大減少，建造速度快，受氣候條件制約小，節(jié)約勞動力的同時大大提高了幕墻質(zhì)量，新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用為我司走在裝配式幕墻行業(yè)前沿打基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；保溫一體板；構(gòu)造設(shè)計；節(jié)能保溫；支撐體系

1 前言

北京城市副中心占地面積155平方公里，是全國政治中心、文化中心、國際交往中心、科技創(chuàng)新中心。本工程大規(guī)模應(yīng)用裝配式幕墻，與傳統(tǒng)工藝相比，裝配式幕墻只需“擰螺絲”就能將建筑外立面裝好，省掉土木施工工序，現(xiàn)場基本沒有噪聲和粉塵污染，施工過程綠色、環(huán)保。整體設(shè)計、生產(chǎn)的裝配式幕墻具有更好的熱工效果，除施工過程節(jié)能外，建筑在運(yùn)行中也能保持非常低的能耗。

北京城市副中心裝配式板塊類型多樣，主要體現(xiàn)為裝配式錯縫石材板塊和裝配式清水混凝土+幕墻窗板塊兩種，不同的裝配板塊所用到的保溫一體板不盡 相同，下面我們主要分析一下副中心各裝配板塊中保溫一體板的設(shè)計與加工。

2 裝配式保溫一體板的構(gòu)造分析

保溫一體板的內(nèi)部構(gòu)造直接影響建筑整體熱工性能的優(yōu)劣，材料的選擇至關(guān)重要，本次北京城市副中心項目，主要采用的保溫材料為100mm厚度保溫巖棉（容重110KG/m3），考慮到運(yùn)輸、安裝、施工過程環(huán)境中水分對材料性能產(chǎn)生的不良影響，采用憎水型保溫巖棉以提高材料的耐水和抗?jié)B透能力，憎水率應(yīng)不小于98%，吸水率應(yīng)不大于6%。外葉為0.9mm鋁鎂錳合金板，采用AA3004-H24 原色平板，采用鋁鎂錳板也是考慮其性能相比鋁板或者鍍鋅鋼板具有更好的耐久和輕質(zhì)特性。內(nèi)葉為12mm硅酸鈣板，遵循JC/564.1-2008《 無石棉纖維增強(qiáng)硅酸鈣板》要求，保溫一體板內(nèi)層龍骨支撐結(jié)構(gòu)采用C型鋼，C型鋼的單臂特點(diǎn)有助于降低整個系統(tǒng)的冷橋。裝配式保溫一體板同樣為非承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件， 不承受建筑物載荷， 只承擔(dān)自重、 風(fēng)壓、地震、溫差等產(chǎn)生的應(yīng)力。具體如下表（表1）所示。

3 裝配式保溫一體板與裝配板塊的連接設(shè)計

傳統(tǒng)保溫一體板主要由保溫層、強(qiáng)力復(fù)合膠和飾面層組成，通過多層材料的夾芯組合形成一個單獨(dú)板塊，本工程裝配式建筑保溫一體板體系同樣歸類于夾芯保溫板類型，但為了使該保溫系統(tǒng)更加合理的融入裝配式外墻掛板體系，采用同步設(shè)計和安裝的方式，在連接構(gòu)造上進(jìn)行了優(yōu)化，以達(dá)到幕墻裝配板塊和保溫體系在風(fēng)壓、溫差、地震作用下同步變形和位移。

裝配式保溫一體板一般可分為兩種類型：

（1）第一種自身自帶骨架，自成體系，通過預(yù)留緊固件 在裝配單元上，施工中根據(jù)需求，可整體安裝也可后裝，優(yōu)點(diǎn)是如部分材料供貨出現(xiàn)問題時不會受制約，其他部件照常安裝（如圖1所示）。

此類保溫一體板自身的構(gòu)造內(nèi)葉采用鋁鎂錳板，外葉為硅酸鈣板，芯層為100mm厚度保溫棉，通過自身的鍍鋅鋼龍骨固定。除自身體系的結(jié)構(gòu)受力需滿足要求外，重點(diǎn)關(guān)注保溫一體板與裝配板塊之間的連接，考慮預(yù)埋預(yù)留的點(diǎn)位布置，裝配的誤差控制，組裝的難易，好的連接構(gòu)造推薦設(shè)計為螺栓連接或者掛接形式，盡量避免焊接，為后期的保溫板維護(hù)提供更換便利。

（2）另一種則借用裝配單元的龍骨體系，將保溫材料融入到裝配單元，出廠即為一個整體板塊。

在支撐體系上，保溫一體板的龍骨共用裝配式外墻掛板的支撐龍骨，結(jié)構(gòu)受力上是可行的，保溫系統(tǒng)外葉0.9mm鋁鎂錳板和內(nèi)葉1.5mm鍍鋅鋼板分別固定在裝配龍骨的內(nèi)外側(cè)，共同支撐夾芯層的保溫巖棉，整個保溫體系所有構(gòu)件均在工廠與裝配式外墻掛板安裝成一體，同時運(yùn)輸、同時吊裝、共同受力。

需要著重考慮的是此種類型的保溫一體板需避讓裝配式掛板自身的轉(zhuǎn)接構(gòu)件和現(xiàn)場的轉(zhuǎn)接構(gòu)件，裝配式外墻掛板在現(xiàn)場的安裝是通過轉(zhuǎn)接構(gòu)件的螺接，保溫一體板應(yīng)留出足夠吊裝空間和安裝操作空間，這就對保溫板設(shè)計和加工精度嚴(yán)格要求。

4 保溫一體板防水性能與密封性能的處理

保溫一體板不同構(gòu)造類型的，會采用不同設(shè)計防水構(gòu)造，但保溫一體板作為裝配幕墻板塊的組成部分，總的要求是不得降低裝配式幕墻的整體防水密封性能。保溫材料在與幕墻可靠連接的同時，必須進(jìn)行封膠處理。

（1）針對借用裝配單元龍骨的保溫一體板類型，外葉0.9mm鋁鎂錳板與幕墻橫豎龍骨之間均布螺釘固定，并在釘頭處進(jìn)行封膠處理 ，形成整個裝配系統(tǒng)的第二道防水體系。內(nèi)葉1.5mm鍍鋅鋼板同樣采用螺釘均布帶膠打點(diǎn)固定在裝配幕墻單元的龍骨內(nèi)側(cè)，起到支撐和保護(hù)夾芯層保溫棉的作用，同時對幕墻龍骨也是一種密封防護(hù)（如圖3所示）。

此種類型所有的防水和密封處理均在加工廠完成，整體出廠，有利于整個系統(tǒng)的性能的保證，現(xiàn)場吊裝完成后，周圈設(shè)置一道密封膠進(jìn)行板塊間的密封，形成裝配式外墻掛板的內(nèi)層密封，結(jié)合裝配板塊面層的第一道防水線，組成整個系統(tǒng)雙層防水系統(tǒng)。

（2）自帶龍骨自成體系的保溫一體板類型，主要考慮其自身的防水和與裝配板塊間的密封處理。保溫板自身的密封通常采用密封膠嵌縫來實現(xiàn)，在工廠組裝時即可完成。與裝配板塊的密封處理，可選擇膠條或密封膠嵌縫處理。

若保溫板與裝配板塊分開安裝，因二者間一般采用機(jī)械連接，保溫板位于裝配板塊內(nèi)側(cè)，則采用膠條密封處理，預(yù)先在保溫板塊周圈設(shè)置膠條，現(xiàn)場只進(jìn)行掛裝擰螺絲作業(yè)。采用膠條密封的另外一個目的主要用來吸收現(xiàn)場裝配板塊之間存在施工縫隙和安裝誤差，避免保溫板安裝完成后再次注膠。

若保溫板和裝配板塊在工廠組裝完成，密封膠條也可換為采用密封膠嵌縫處理，養(yǎng)護(hù)完成后整體吊裝，此種方式最為理想。總之使保溫一體板作為裝配式板塊的內(nèi)層防水體系，保證整個裝配板塊的雙層防水系統(tǒng)。

5 保溫一體板作為室內(nèi)裝飾面的要求

一套完整裝配式幕墻的板塊設(shè)計，必須考慮室內(nèi)裝飾面的完整和美觀，本工程部分裝配板塊背后是沒有砌體墻的，也就是說裝配式幕墻板塊完成掛裝后，其背面即為室內(nèi)可視的完成面，保溫一體板同時作為室內(nèi)的內(nèi)墻基礎(chǔ)面，表面進(jìn)行抹灰處理即完成室內(nèi)墻面的裝修。如下圖5所示：

此次分析的是清水混凝土+幕墻窗裝配板塊的保溫一體板體系，板塊位于清水飾面板塊的內(nèi)側(cè)，保溫一體板內(nèi)飾面采用12mm厚水泥纖維板，夾芯層為100mm厚度保溫巖棉，通過C性鋼龍骨進(jìn)行組合固定。為避免現(xiàn)場動火作業(yè)，降低現(xiàn)場安裝難度，整體系統(tǒng)采用栓接裝配，事先在一體板內(nèi)預(yù)留螺栓孔，與清水混凝土預(yù)留點(diǎn)位對應(yīng)，采用不銹鋼螺栓與清水混凝土裝配板塊連接。

在實際安裝過程中，保溫一體板一個樓層內(nèi)每一個單元分上下兩塊，采用密拼方式連接，以采光區(qū)窗為控制輪廓，進(jìn)行保溫板和創(chuàng)型材之間的密拼交接處理，在相應(yīng)裝配板塊轉(zhuǎn)接件位置，同樣需要考慮構(gòu)件避讓問題。在類似這種多單元組合的集成式裝配系統(tǒng)，重點(diǎn)需要注意板塊的交接關(guān)系和安裝順序，盡可能保證室內(nèi)不留死角，不遺漏二次施工工序。如下圖6所示：

6 裝配式保溫一體板的加工制作

完善先進(jìn)的裝配式保溫一體板系統(tǒng)，除了設(shè)計方案的先進(jìn)性，還需要后續(xù)完善完整的組裝方案和加工工藝。組裝圖、加工圖必須把細(xì)節(jié)描述清楚，在這個制作過程中會發(fā)現(xiàn)方案設(shè)計和機(jī)械加工之間往往是相互聯(lián)系的，保證裝配板塊性能的同時，考慮材料的寬度、厚度等規(guī)格對加工效率的影響，比如本次制作首樣過程中，因鋁鎂錳搬到超大（單張板達(dá)到1500x4500mm），雖說鋁鎂錳版生產(chǎn)沒問題，但是在運(yùn)輸過程中易變形，工廠操作和再加工過程中極不方便，最后變更設(shè)計更改為組合板形式，兩塊板拼接錨固，順著迎水面搭接部位采用拉鉚釘帶膠固定。

裝配式板塊的精度控制十分重要，需要有明確的加工要求，一般包括對單獨(dú)構(gòu)件的精度和整體板塊的精度的雙重控制，如線性尺寸、角度、孔位、組件的允許偏差和校核方法都應(yīng)明確。針對保溫一體板，其性能的的保證往往都是構(gòu)件間配合上的保證，100mm厚度的保溫巖棉就需要100mm以上的空間容量，鍍鋅鋼板和龍骨加的搭接長度，鋁鎂錳板在鋼龍骨上的固定位置必須有要求，包括螺釘?shù)拈g距設(shè)置、構(gòu)件開缺的尺寸把握，施膠的方式和尺寸，都需嚴(yán)格要求。

標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的工廠管理是設(shè)計方案和加工方案得以實施的重要因素，嚴(yán)格執(zhí)行樣板先行原則，首段首樣認(rèn)可后方可進(jìn)行后續(xù)批量加工。裝配式建筑的過程管理很大一部分是工廠的管控，是加工、組裝、運(yùn)輸、配送的全過程管理，也是方案校核、設(shè)計修正、質(zhì)量把控、社會效應(yīng)、綠色節(jié)能的體現(xiàn)。

7 結(jié)束語

通過對副中心裝配式外墻保溫一體板的設(shè)計與加工的分析，我認(rèn)為只有合理的設(shè)計才能做出合格的產(chǎn)品；才能讓建筑幕墻在建筑上體現(xiàn)它的生命。我國眾多建筑幕墻企業(yè)都在實行走出去的發(fā)展戰(zhàn)略，但難以改變“中國產(chǎn)品”給國內(nèi)外帶來的粗制濫制、檔次偏低的不良印象，我們作為一個幕墻設(shè)計師應(yīng)該做好本職工作，給后期的加工生產(chǎn)做好基礎(chǔ)，共同打造精品工程，方能提升國內(nèi)外用戶眼中的我國建筑幕墻產(chǎn)品的形象。只有真正理解掌握裝配式建筑幕墻構(gòu)集成性特點(diǎn)，才有可能展現(xiàn)裝配式幕墻產(chǎn)品“高檔次、高品位、高質(zhì)量”的三高形象，真正成為產(chǎn)品信得過企業(yè)，為中國的幕墻事業(yè)的發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)！

致謝

這次作為北京城市副中心的一名設(shè)計，在設(shè)計過程中學(xué)到了許多完善的設(shè)計理念和追求完美的工作態(tài)度。特別感謝幕墻專家魏東海在整個項目的方案設(shè)計和加工制作上的指導(dǎo)和幫助，同時感公司領(lǐng)導(dǎo)的支持和信任。由于學(xué)識尚淺，本文如有不正之處望指正。

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