嚴寒地區裝配式建筑非砌筑外圍護系統設計應用

李博彥，趙小波

（天津市房屋鑒定建筑設計院，天津 300381）

1 引言

近年來，隨著我國各行業不斷改革創新，建筑業的轉型升級條件已經具備并受到國家高度重視，其中，新型建造方式是關注重點。新型建造方式主要是指裝配式建筑，它以現代工業化制造為手段，具有精密、綠色和集成的特點，可實現建造的高效率、高品質、低資源消耗和低碳環境影響，最終達到建筑產業現代化的目標。當前，國家及各地方對發展裝配式建筑的戰略部署逐漸深入，裝配式建筑正逐漸帶來建筑業領域內政策、機制和管理等多方面的變革。在這一歷史的背景下，形成了與裝配式建筑相關的技術和產品的研發研究熱潮。與此同時，國家對綠色理念進行了重新解讀和建構，更新了GB/T 50378—2019《綠色建筑設計標準》，強調了建筑功能、資源節約和可持續發展的協調統一。裝配式建筑從自身的技術到采用的產品，除了科技含量高、產品性能好、應用高效等基本特性外，還必須兼顧這一新的要求。在我國的一些氣候較為極端和復雜的地區，尤其是嚴寒地區（如新疆等），外圍護系統層次多、工作環境嚴苛，裝配式建筑的設計面臨諸多挑戰，如何在現有條件下更好地完成建設項目，把裝配式建筑推廣開來，是一項需要探索的課題[1]。

2 非砌筑外圍護系統在評價體系中的重要性

在推廣裝配式建筑的過程中，對裝配式建筑、裝配式技術等的認定主要依據國家標準GB/T 51129—2017《裝配式建筑評價標準》，也有的省份針對各自的具體情況發布了地方標準，但還是以國家標準為基礎，嚴寒地區省份如新疆等地，地方標準與國家標準基本相同。以此為依據，在大量常規的建設項目中，推廣裝配式建筑的主要任務就是要使裝配式建筑實施方案通過評價，即得分50分，不要求高分評級。在此指導思想下，通過對評價項的分析，結合已有裝配式項目的經驗，常用做法為：（1）主體結構部分，現階段豎向構件預制對技術、配套和投資的要求都較高，在非示范性的混凝土結構項目中應用的難度大，建設單位一般不選做，多數項目只選做水平構件。一般得分為20分。（2）圍護墻和內隔墻部分，2類墻體的非砌筑和裝飾一體化是分別評價的，其中圍護墻與保溫裝飾一體化實施難度較大，尤其在嚴寒地區，圍護系統、保溫系統、外裝飾各自都有較高要求，做到完美的復合和裝配拼接很不容易，實際項目中基本不做。一般得分為10～15分。（3）裝修和設備管線部分，干式工法樓地面和管線分離2項，做法要求相近，對室內裝修材料限制較大，并且對室內空間的凈空有影響，在以平價為定位的項目中，目前認可程度差，建設單位幾乎不采用，集成廚房、集成衛生間目前產品支持度較好，但受到衛生間防水底盤大小的限制，建設項目中一般為部分采用。此部分一般得分為16～18分。可以看到，較為經濟合理的方式最高53分，沒有減項的條件。標準中對外圍護墻非砌筑雖未做強制要求，但幾乎是必選項[2]。

3 非砌筑外圍護系統的設計選型

目前，國內較為成熟的非砌筑外圍護系統主要有：鋼筋混凝土夾芯保溫墻板（即俗稱的三明治板，包括剪力墻板系統和掛板系統）、均質輕型條板、復合夾芯條板、龍骨復合型外墻、幕墻等。這幾種系統各有優劣，在嚴寒地區尤其是新疆部分冷熱都比較極端的地區應用時，其各自特點會受氣候影響而被放大，這是設計中必須考慮的問題[3]。

1）鋼筋混凝土夾芯保溫墻板。這種墻板即裝配式建筑中俗稱的三明治板，由鋼筋混凝土內葉板、夾心保溫材料、鋼筋混凝土外葉板3層構成，通過連接件形成整體，為大型重型的板材，從體系上又分為剪力墻板系統和掛板系統。這一類墻板在國外應用較為廣泛，強度、耐候、防火、隔聲等性能良好。但在嚴寒地區應用時，由于這種系統技術含量高，隨著保溫層厚度加大，連接件設計、制作安裝工藝和產業鏈整體協作等各項要求更高更復雜，成本增加很多。這需要建設水平和經濟水平的整體提升，對于我國的大多數嚴寒地區來說，需要一個較長的發展時間才能達到，當前的實際應用并不多。

2）均質輕型條板。這種墻板一般是由水泥混合了若干種工業廢料，經過不同技術處理制成的，如蒸壓砂加氣混凝土板，發泡混凝土板等。這一類墻板屬于中大型的板材，板寬一般較小，應用形式可內嵌可外掛。這一類墻板突出的特點是折中，即除了防火等個別性能以外，其他如強度、保溫、耐久、價格等都處于傳統的砌體墻和其他輕型的外圍護系統之間，既有一定強度，也有不錯的保溫性能，在嚴寒地區用作墻板時，可與外保溫系統協同工作，有效減小外保溫層厚度，降低墻厚對建筑面積的影響，成本增加也不高。均質輕型條板的主要缺點是面層砂漿的開裂問題，這是由于其自身吸水性較高，同時安裝拼縫較多。這一缺點在傳統建造方式下制約了板材的應用，但在裝配式建筑體系中，裝配式內裝修可以彌補這一缺點。因此，不失為是嚴寒地區實施裝配式建筑時外圍護系統的一個較好的解決方案。

3）復合夾芯條板。這種墻板一般是以保溫材料作為主體，在其內外兩側復合金屬板、水泥板等制成的，也屬于中大型板材，應用的形式與均質輕型條板相差不大。這一類板材更加強調輕質、保溫、墻厚小和價格經濟，其防火性能隨著保溫芯材的不同差異較大，墻體本身的強度、耐候性和耐久性相對其他墻板較差，大多用于內隔墻。在嚴寒地區沒有完善可靠的體系支持的情況下，外圍護系統宜謹慎采用此類墻板。

4）龍骨復合型外墻和幕墻。這2類做法本質上都是采用龍骨骨架將外圍護建構構件連接到主體結構上。其區別在于龍骨復合型外墻是采用多層復合的方式，有外飾面板、襯板、保溫層、防火分隔、防潮層、內飾面板等多層構造；而作為非承重外圍護的幕墻，包括玻璃幕墻和單元體幕墻，不包括做在砌體外部的裝飾幕墻。這一類墻體的飾面以塊狀板材為主，如石材、金屬板、陶板、水泥纖維裝飾板等，保溫內嵌在龍骨之間。這樣的構造在嚴寒地區應用時，應注意對熱橋部位的處理，同時由于要常年耐受較極端的氣候條件，面層裝飾板材在設計時要給予必要的關注。

以上非砌筑外圍護系統在嚴寒地區都可應用，但設計時應結合項目的具體情況來確定采用何種系統。在大量常規的裝配式建筑建設項目中，綜合考慮耐久性、可靠性、經濟性和維修升級便利性，均質輕型條板配合傳統外保溫系統是當前較為經濟可靠的選擇，同時也能夠滿足評價標準的要求。

4 非砌筑外圍護系統的設計應用要點

在實際應用中，對于非砌筑外圍護系統，應充分考慮項目具體情況來進行選型和設計。

首先，國家發展裝配式建筑的目的是以此為切入點全面提升建筑產業的現代化水平，建筑的使用屬性和可持續發展仍然是第一位的，不要為了裝配而裝配。對已有的裝配式建筑的新技術新做法，應結合嚴寒地區各地的復雜氣候統籌考慮，謹慎穩妥地選用，對可能發生的極端氣候情況要有所防范。某些由寒冷地區或夏熱冬冷地區借鑒來的做法要充分考慮其在嚴寒地區的適用性，對系統的耐候性要重點關注，同時應注意便于維修和升級。

其次，采用非砌筑外圍護系統的平面設計需要注意模數協調。非砌筑外圍護系統由大中型板材、幕墻、龍骨等工業制品裝配而成，其自身需要標準化，同時又需要與主體結構、內裝部品等協調，合理的模數系統是必然要求。

第三，要注意結合所選用的外圍護系統特點設計立面方案，使立面分格、裝飾等元素與之匹配，可以有效減少因此產生的不必要的隱患。

第四，在熱工計算方面，非砌筑的外圍護系統大部分都不是典型的外保溫系統，當前的國家標準對嚴寒地區非外保溫系統的外墻平均傳熱系數計算尚未有明確規定，具體計算時不應簡單套用當前的簡化計算方式，應結合所采用系統的特點，與當地主管部門協商確定。也正是基于這一考慮，蒸壓砂加氣條板等均質條板外面按照傳統方式做外保溫的方式當前更容易推廣和實施[4，5]。

第五，在系統節點構造上，主體設計院應特別注意熱橋的影響，在設計中對系統可能存在的缺陷采取預判和改善措施。

5 結語

我國嚴寒地區地域廣大，氣候復雜，冬季氣溫很低，多暴雪，夏季溫度又較高，同時各地濕潤程度也有很大差距。此外這些地區多數都較為偏遠，技術水平相對落后。國家以發展裝配式建筑為抓手，大力推進建筑業改革，新的建筑技術不斷涌現，正是這些地區實現跨越式發展的好時機。但在具體實施過程中，建設各方主體仍然要秉持實事求是的態度，正視地區自然氣候差異和發展水平差異，對新技術新產品因地制宜地選用和升級，而不簡單套用，避免唯裝配率論，切實有效地將裝配式建筑推廣開來。適合嚴寒地區裝配式建筑的各類非砌筑外圍護體系也一定會越來越成熟，給當地群眾營造出越來越舒適的生活空間。