裝配式鋼結構超低能耗建筑氣密性施工工藝研究

王超

（山西省建筑設計研究院有限公司， 山西 太原 030013）

十四五期間我國經濟發展進入 “新常態”， 為了快速適應新型工業化、 城鎮化、 信息化、 綠色化發展要求， 傳統建筑業必須升級生產模式， 尋求新的發展方式， 節能減排與綠色發展必將是未來中國建筑領域兩大發展主題。 建筑設計、 建筑施工與運行維護作為建筑全生命周期的三大重要環節， 也是碳排放的主要階段， 對于如何優化管理這些重要階段， 裝配式與超低能耗技術將是不二之選。 裝配式建筑與近零能耗建筑在技術措施方面又有著天然的聯系， 二者的有機結合勢必成為未來建筑設計與施工的主流趨勢， 隨著施工工藝的不斷完善以及新型建筑部品的研發， 二者的結合必將更加的精細順暢。 因此， 有必要對裝配式建筑氣密性設計及施工工藝進行分析。

1 理論研究

根據中國建筑節能協會發布的 《中國建筑能耗研究報告 (2020)》 顯示， 我國建筑行業全過程碳排放總量占全國碳排放的比重超過50%， 其中建材 (鋼鐵、 水泥、 鋁材等) 占28%， 施工階段占1%， 建筑運行階段占22%。 有效降低建筑領域碳排放將是實現碳達峰碳中和過程中極為重要的一環。 由此可見建筑在建成后的運行階段碳排放不可小覷。 如何降低建筑在運行階段對能源的消耗， 除了具有較高的保溫性能之外， 良好的氣密性也是減少能源消耗進而降低碳排放的重要途徑。 據測算， 傳統的房屋在有一定氣壓的情況下， 每小時換氣次數一般在2 到3 次， 室內外熱量交換明顯， 建筑運行階段綜合能耗較高。 在超低能耗建造過程中， 保證建筑極佳的氣密性， 特別是當建筑換氣次數降低到單位時間0.6 次以下時， 能最大限度地減少房屋室內外氣體的交換速度， 在冬季防止室內熱量的喪失， 在夏季防止室外的熱氣進入室內發揮了非常重要的作用。

新源智慧建設運行總部A座 (圖1) 是山西省首座集 “近零能耗+AAA裝配式 (裝配率達91.5%)+綠建三星 (總得分86.4)” 三位一體技術應用的辦公類綜合建筑， 達到國內同級別近零能耗建筑的領先水平。 該項目精細化設計、 精細化建造、 應用BIM智能技術， 打造 “設計、 制造、 采購、 施工、 管理” 五位一體的工程總承包建造模式， 優化資源配置， 大幅縮短建設周期。 打造 “綠色、 生態” 的未來建筑。 其近零能耗建筑設計理念體現在關鍵技術采用連續外保溫、 連續氣密性、 被動外窗體系、 無熱橋設計 (C型鋼節點、 斷熱連接等)、 帶熱回收功能的通風系統，應用太陽能光電系統、 中深層無干擾地熱系統等清潔能源技術， 達到恒溫、 恒濕、 恒氧、 恒靜、 恒潔的五恒空間。 目前該項目已取得國家近零能耗建筑設計階段的認證， 整體建筑在現行節能65%基礎上再節能60 以上， 綜合節能率達到61.78%。

圖1 新源智慧建設運行總部A座

項目總建筑面積14353m， 近零能耗區域建筑面積: 13080m， 地上五層地下一層， 主體鋼框架結構，外墻采用混凝土復合保溫墻板加ALC條形板， 樓板為鋼筋桁架樓承板。 建筑高度26.5m， 首層層高6.3m，其余各層4.8m。 首層采用玻璃幕墻， 二層及以上南側均為通長帶形窗， 其余側為洞窗。 設置200 平m采光中庭采光天窗。 該項目氣密區構造復雜， 建筑部品連接形式多樣， 氣密材料以氣密膜為主， 局部區域使用建筑砂漿， 氣密層施工工藝涵蓋面廣， 其中外圍護系統創新采用裝配式超低能耗復合墻體系統， 具有防火、 保溫、 保證氣密性等多種集成功能， 該技術尚屬全國首例。 對寒冷地區裝配式超低能耗建筑技術的推廣具有較好的借鑒意義。

2 墻體氣密性施工工藝研究

2.1 外墻氣密性施工工藝

建筑外圍護結構中墻體所占比例較大， 因此外墻的氣密性防護是非常重要的， 直接關系到建筑的保溫性能。 為了有效實現保溫的功能， 不但要考慮建筑的運行老化， 而且要基于不同材質的冷熱伸縮系數的情況， 合理安排建筑室內外氣密材料的使用。

2.2 外墻ALC條板與鋼梁的橫向接縫

裝配式鋼結構建筑中， ALC條形墻板與鋼梁之間的連接通常采用 “U” 型鋼卡， 貫通縫不可避免， 同時在建筑使用過程中， 此部位易發生錯動變形， 此部位宜選用自粘型氣密膜作為氣密材料。 在實際操作時， 首先清理基面， 剔除鋼結構表面的尖銳毛刺， 如遇鋒利棱角應用彈性材料包裹。 粘貼時邊撕離背襯紙邊粘貼， 不能產生空鼓， 但允許出現一些局部褶皺。粘貼完畢后， 還要用專用滾輪壓實整粘結處， 禁止使用膩子鏟刮抹氣密膠帶， 操作過程如圖2。 對于墻面來講， ALC板表面粗糙疏松， 非常容易出現掉渣的情況。 因此， 在粘貼自粘膠帶之前， 最好先在ALC條板上預先抹粘接型砂漿， 或者直接使用打膠式氣密膜，以避免后期脫落。 鋼梁焊接點凹凸處也是容易產生空鼓的部位， 一旦發現， 必須要及時進行局部修補。

圖2 外墻內側氣密施工

2.3 外墻ALC條板之間的接縫

為了保障建筑的密封性， 還要注意外墻ALC條板之間的接縫。 這一部位接縫較多， 同時往往屬于隱蔽工程， 必須要保證質量， 因此在施工時， 施工人員一定要嚴格按照施工步驟進行施工， 以保證接縫的氣密效果。 本項目在這一區域采用剛柔并濟的氣密防護措施， 具體為ALC墻板之間的拼縫凹槽內涂抹建筑砂漿， 同時敷設玻纖網格布， 待砂漿完全固化干燥后，再黏貼自粘型氣密膠帶， 在縫隙室內一側貼防水隔氣膜， 室外一側貼防水透氣膜。 這種氣密構造即增強了ALC墻板之間的穩定性， 又能保證良好的氣密效果，綜合造價相較于滿鋪氣密卷材有一定優勢。 這里要注意的一點是， 墻體外側一般都會貼有較厚的保溫層，如巖棉板， 防水透氣膜一定要敷設于巖棉板外側， 由于巖棉板表面柔軟質地疏松， 因此要在巖棉板保護層施工完畢后方能鋪貼防水透氣膜， 注意事項同內墻板。

2.4 外墻ALC條板與地面底板的接縫

在實際的施工過程中， 外墻ALC條板與地面底板的接縫是最難以處理的， 也是對整個建筑氣密性性能影響最大的。 一般而言， 由于各種材料設備的堆積，施工現場環境一般比較復雜。 很多時候， 在施工現場的地面上， 經常就會出現一些地面底板不平整甚至砂灰較多的情況。 因此， 為了保證自粘膠帶的氣密性效果， 就必須要提前清理干凈好地面。 然而實際上， 清理地面的難度非常大， 加上整個清理過程非常耗費時間， 因此， 建議此部位使用打膠式隔汽膜卷材進行粘貼。 具體步驟如下， 首先， 需要吸納清理好整個粘貼的墻面， 并且也要清理好相關的地面。 清理完后， 再進行隔汽膜的粘貼。 施工人員在粘貼時， 一般都是先固定隔汽膜的上側， 居中粘貼好整個隔汽膜， 然后再把隔汽膜往上翻進行臨時固定。 而在墻面底部， 也需要及時打膠S 形， 并且要對整個膠體進行抹平粘貼。等整個貼膜結束后， 為了保證粘貼的效果， 施工人員還應該使用滾輪對隔汽膜進行適度按壓。 如遇附設于墻面的管線時， 氣密卷材應將管線整體覆蓋， 覆蓋處不得拉伸卷材， 應彎折一定距離， 預留變形余量。

2.5 螺栓孔洞處氣密性施工工藝

對于室內鋼構連接螺栓板和孔洞的封堵， 宜采用“打補丁” 的形式， 裁切氣密膜呈100X100 mm大小，將孔洞粘貼密封。 對于大螺栓鋼板， 一般采用300 mm寬自粘膠帶氣密性材料， 先固定大螺栓鋼板的一邊， 順勢粘貼至另一邊， 最后取50 mm寬膠帶上下各封邊一條。 鋼板周邊一般采用直角粘貼。 對于外墻螺栓孔洞封堵而言， 先將PVC管皮切掉， 與墻面齊平。再將空洞中注入發泡膠。 氣密膜居中粘貼至孔洞處。

3 對外管道井氣密性施工工藝

建筑對外排氣管道是易發生空氣滲透的地方， 往往也是容易被忽視的區域， 是超低能耗建筑重點防護部位。 一般而言， 室內煙管道處的位置時非常特殊的， 加上室內煙管道處的材料和結構都非常特殊， 幾乎每一個建筑的室內煙管道的建設都不太一樣。 因此， 施工前要根據實際情況制定施工方案。

首先， 應觀察煙道表面的情況， 查看其是否存在漏風等不良現象。 務必找到裂縫的位置， 使用掛網抹灰進行修補。 這一部位通常使用抗裂砂漿作為氣密材料。 如遇煙氣道表面有掉砂現象， 則不利于使用自粘型氣密膜， 此時就需要使用滲透性墻固劑對井道表面進行處理。 避免出現 “兩層皮” 問題， 從而有效保證粘貼效果， 延長整個煙道表面氣密性的壽命。 除了要格外注意煙道表面的情況外， 施工人員還要關注井道底部。 施工現場的地面很容易積聚各種砂灰雜質。為了保證施工的質量， 此部位宜采用采用打膠式隔汽膜進行粘貼。 井道穿屋面板區域也是重點防護區域，此處構造層次復雜設計材料種類多， 需用氣密膠帶進行環形附加措施， 同時應做好保護層， 防止屋面找坡材料由于自重沉降將其撕裂。

4 外窗氣密性施工工藝

外窗與墻體間的銜接部位是最容易發生熱交換的區域， 因此也是氣密性施工的重點防護部位， 施工時一定要引起足夠重視。 圖3 為本項目窗洞口墻體構造， 這一部位常采用自粘型氣密膜進行氣密作業， 施工之前要對窗框及其周邊墻體進行仔細檢查和清理，窗口四周不平整或者出現雜質堆積的不良現象， 就需要及時地剔鑿清理， 必要時使用水泥基抹灰砂漿重新修補墻面， 以保證粘貼效果。 沿窗框四周室內一側黏貼防水隔氣膠帶， 室外側黏貼防水透膠帶。 雙層膜構造可以更好地提升該區域的密封性能。 一般而言， 氣密膠帶兩側與窗框接縫之間的粘貼寬度需要保持在15～20mm。 轉角處需要加強處理， 采用搭接法， 搭接長度不小于150mm。 每次粘貼后， 要適當進行按壓，防止空鼓。 內裝修是造成窗口氣密膠帶破壞的主要因素， 窗臺板以及內墻裝飾板的安裝都要避免對氣密膠帶進行穿刺， 如遇特殊情況必須鉚釘穿刺時， 必須在穿刺點預先黏貼加強補丁， 保證氣密效果。

圖3 窗洞口氣密措施構造節點

5 氣密性施工要點

裝配式鋼結構超低能耗建筑的氣密性施工是一個非常嚴謹的過程， 施工工藝的精細程度關乎建筑節能水平的高低。 這不僅要求方案設計階段有統籌合理，而且在施工階段也需要施工人員具有較高操作水平，根據選用的氣密材料進行必要的專項培訓， 從而提高每一道工序的合格率。 氣密性施工需要注意以下幾個方面: 1) 建筑氣密層應當是連續的， 非連續氣密層容易產生漏氣點； 2) 不同的裝配形式應用不同的建筑材料， 部品之間的鏈接構造不盡相同， 這就要有針對性的使用適宜的氣密材料， 例如建筑砂漿作為氣密層時， 適合敷設于接縫較少的區域， 其綜合造價有一定優勢， 但其氣密持久性有待進一步驗證； 氣密膠帶與氣密膜等柔性氣密材料屬于有機高分子材料， 機械強度較高， 使用壽命長， 適合敷設于接縫較多且易發生形變的部位； 3) 氣密膜材料有室內外之分 (室內貼隔氣膜有效組織建筑內水蒸氣滲透進外墻保溫層，室外貼防水透汽膜)， 其空氣滲透率不同， 鋪貼不當不僅不會起到氣密作用， 反而會使外墻保溫性能大打折扣； 4) 建筑薄弱環節， 如各類穿越不同能耗區域的管道、 較大的縫隙、 局部穿透氣密層的孔洞等需要進行加強處理， 選用材料往往剛柔并濟； 5) 當不同材料之間的接縫寬度大于20mm時則不得直接使用氣密膠帶進行封堵， 應首先使用建筑砂漿將縫隙填實并平整。 如墻體單位面積縫隙率較大時可采用氣密膜卷材對墻體進行整體氣密作業， 由于此類卷材一般為非自粘性， 與基層粘結時需要輔助專業粘結劑， 通常采用點粘法， 每平方米6 ～8 個粘結點位， 每個點位直徑不小于100mm； 6) 當使用氣密膠帶封堵材料接縫時， 不得用力拉伸膠帶使之產生預應力， 同時膠帶應隨著接縫處自然凹陷， 膠帶兩側邊緣距離接縫不小于100mm， 當縫隙變形時保證膠帶有一定的彈性余量，從而確保氣密層的有效性； 7) 使用帶有自粘效果的氣密膠帶時， 如墻體基層屬于疏松多孔材料時， 應首先使用硅酸鹽界面固化劑對基層進行固化預處理。 最后， 值得注意的是， 裝配式建筑氣密層構造往往屬于隱蔽工程， 在施工過程中要做到隨時檢驗， 施工完畢要做到及時檢測， 及時排除有可能影響氣密性的隱患。

6 結語

山西作為傳統能源大省， 經濟增長長期依賴化石能源的出口， 隨著我國對清潔能源需求的不斷增長和環境保護的日益加強， 山西產業轉型升級與能源結構調整勢在必行。 新源智慧建設運行總部作為山西綜改示范區瀟河產業園區首批啟動項目， 先行先試， 落實國家低碳減排發展總要求， 立足 “綠色、 示范” 兩個關鍵因素， 引入先進的綠色生態技術設計理念， 以此積累科學、 有效的實踐經驗， 建立可量化指標體系，達到可持續、 可復制、 可推廣的發展目標。