集成建筑之外墻集成系統淺析

　　一、前言
　　建筑一直以來都有兩大分支：一個是追求個性，發揮建筑師的創意靈感。一個是追求實用性，強調經濟、節能、安裝簡便快速。這兩種特性有時候又可以和諧統一，成為完美主義者們的追求。但隨著資源日益匱乏，環境污染每況愈下，人口增多，個性鮮明的建筑注定只能成為地標或上流社會的財富象征。諸如學校、醫院、住宅等設施性建筑會越來越強調集成化、工業化生產安裝，以滿足快速城市化建設和資源優化整合的需求。所謂集成建筑，正是解決這類需求的一種建筑形式。

　　二、集成建筑的產生和發展背景
　　20世紀50年代，為了解決“房荒”問題，歐洲一些國家采用了工業化的裝配式建造大量住宅，主要是在部分預制裝配構件上實現模數化、生產的工廠化與施工的裝配化。

　　住宅集成的概念最早在20世紀60年代末由日本通產省提出來的。在這一時期，工業化建筑由部分裝配向全裝配建造體系轉變，首次提出要對市場需要和銷售進行綜合配套的研究。我國在這一時期，進入住宅工業化的起步階段，在各地興起裝配式壁板住宅。

　　20世紀70年代到90年代，各國開始注重住宅的功能與個性化要求，同時也提出建筑節能要求，研究重點在發展各類建筑體系間能夠互換通用的構配件上，組織專業化的大批量生產和商品化供應。

　　2000年到至今發展狀況，國外在不斷改進室內設備和部品質量的基礎上，研發新型建筑材料，開發建筑節能和新能源。

　　在我國，2001年曾有人提出集成建筑的全新概念：集成建筑是以專業化大工廠和社會化協作的生產方式，將建筑部件加以裝配集成為市場提供終極完善產品的全新建筑體系。集成建筑不僅是建筑部件、構配件的集成，也是集優選的設計方案，先進的生產管理方式，性能優良的材料設備于一體的優化集成產品。并指出集成建筑的構配件按性質和所起作用大致分為結構體系、維護體系、建筑設備和室內裝潢四大類，并且認為將這些構配件安裝整合，就能建好樓房。

　　建筑物的結構及其相配套的設施包括：結構體系、外維護體系、清潔能源體系、門窗體系、廚衛體系、供熱體系、智能系統、燈具、家具。本文主要研究的對象是外維護體系，以及關聯專業（如結構專業等）在設計、施工中注意的問題。

　　三、外墻體系的演變發展
　　建筑的外維護體系，又稱外墻體系，一直以來都給使用者以最直接的觀感，體現了建筑師的空間藝術水平。同時，它又為建筑遮風擋雨，保證室內舒適。隨著新材料的發明和量產，幕墻逐漸成為了建筑師常用的外墻實現形式。所謂的幕墻是指由結構框架與鑲嵌板材組成，不承擔主體結構荷載與作用的建筑維護結構。幕墻擁有構件輕巧、安裝簡便快速等眾多優點，特別是近十年快速發展的單元式幕墻。

　　單元式幕墻是在工廠加工程度最高的一種幕墻類型。在工廠不僅要加工豎框、橫框等元件，還要用這些元件拼裝成單元組件框，并將幕墻面板（玻璃、鋁板、花崗石板等）安裝在單元組件框的相應位置上，形成單元組件（用板材沖壓成幕墻單元，在嵌板單元上開洞安裝玻璃）。就一個單元組件來說，它已具備了這個單元的全部幕墻功能和構造要求。單元組件的高度要等于或大于一個樓層，以便運往工地后直接固定在主體結構上。一個個單元組件上、下框（左、右框）對插形成組合桿，完成單元組件間接縫，最終形成整幅幕墻。

　　單元式幕墻在工廠已將單元組件制作完成，即面板已安裝在單元組件框上，而單元組件與主體結構的連接構件安裝在單元組件內側，在吊裝時單元組件與主體結構的連接必須在內側操作。單元組件間接縫靠相鄰兩單元組件相鄰框對插組成組合桿完成接縫，即它不是在一個整體桿件上接縫，而靠對插組成組合桿完成接縫。每個單元板塊通過連接支座均能實現前后左右三維調節，即保證了由于現場的結構誤差引起的偏差能通過支座去消除，而整幅幕墻的平整度則通過加工單元板塊的精度控制去保證。

　　單元幕墻不但擁有更高的加工精度，更快的施工速度，還能滿足更高的節能保溫要求，特別是結合雙層幕墻技術，使幕墻擁有更多功能。但也有他的不足之處：

　　1.由于大量使用鋁合金型材，材料成本比傳統幕墻高。需要更多經驗豐富的高級安裝人員，人工成本比傳統幕墻高；

　　2.單元板塊尺寸不能做太大，導致材料間接增多，吊裝次數增加；

　　可見應用于集成建筑中的外墻體系應首選單元式幕墻，也只有單元式幕墻才能滿足集成建筑的施工進度要求。但是外墻系統不是只有幕墻，像一些設施性建筑如學校、醫院、宿舍等外墻一般由實體墻和門窗等組成。因此如何把單元幕墻技術應用于實體墻來達到快速安裝的目的是外墻集成技術體系必須解決的一個問題。

　　四、外墻集成技術體系
　　集成建筑在我國的起步較晚，早期的住宅工業化技術主要向外國學習，近幾年各家建筑企業都開始加大集成建筑的研發投入，使該產業有百家爭鳴、蓬勃發展之勢。其中的外墻集成技術隨著行業發展而不斷完善，但一直缺乏系統的歸納總結，形成一套技術體系。

　　相對與外墻集成技術，單元幕墻技術的發展現已經比較成熟。本來這兩者就是附屬關系，即外墻集成技術包括了單元幕墻技術，但不限于單元幕墻技術。本文根據外墻板的類型、構件材質和連接方式將外墻集成技術體系劃分為5大類。

　　4.1 薄板鋼骨層間單元體系
　　薄板鋼骨層間單元體系是由機械固定的鍍鋅冷彎型鋼為墻體骨架，輕質薄板為外墻面板（室內側可選用其他薄板），成型整體安裝的外墻體系。由于其安裝在層間，上下層的單元板塊被主體結構隔開并無聯系，所以形成了類似輕質隔墻般的效果，但與一般室內用輕質隔墻有本質區別：

　　4.1.1 屬于外維護墻體，必須考慮風荷載、地震荷載等室外因素，輕鋼骨架必須滿足室外墻體的受力要求。

　　4.1.2 墻體采用整體式安裝，須設計便于整體安裝的固定點，并考慮溫度應力和層間變位等因素。

　　這種外墻廣泛應用于住宅、學校等集成建筑，也可為建筑實現局部凹凸造型需求，是一般集成建筑外墻的基本形式。它的優點是性價比高，結構簡單。缺點是施工安裝不方便，抗震能力一般，不能做大單元板塊，建議局部采用。

　　對于室外側薄板的選用，一般來說有高密度的纖維水泥板材、蜂窩板材或者復合金屬板材，在滿足室外氣候環境的同時，盡量輕薄。無飾面板材可作涂料處理，并注意板縫位置的平整度。外飾板材需滿足戶外用材料的耐候要求。室內側薄板則根據具體內裝和保溫要求選定。

　　在門窗部位或者透明玻璃位置，需在相關的骨架加設水平剛性支撐，并做好鋼骨架的封修，保證室內效果。如有隱框玻璃必須通過鋁合金底座和玻璃進行結構膠粘接。

　　4.2 薄板鋼骨懸掛單元體系
　　薄板鋼骨懸掛單元體系是由焊接鍍鋅熱扎型鋼作為單元邊框，機械固定的鍍鋅冷彎型鋼為墻體次骨架，輕質薄板為外墻面板（室內側可選用其他薄板），整體吊裝的外墻體系。這種體系借鑒了單元幕墻的結構理論，并進行有效簡化，使之更符合一般外墻體的構造需要和價格控制，具體特征如下：

　　4.2.1 通過加強單元板塊的邊框，使其可以做更大的單元板塊，一般可以以軸線劃分單元。如采用合并形式，甚至可以以建筑的面來劃分單元（需要更大的吊裝設備）。

　　4.2.2 這種外墻體系的掛接支座是整個系統的靈魂，它的設計好壞直接影響著板塊從組裝到運輸，從吊裝到定位調節的各個關鍵環節。一個優秀的掛接支座，應該具有優秀的三維調節能力，快速安全的吊裝工法，保證板塊的懸掛受拉狀態以及較強的抗震能力。

　　這種外墻體系適用性非常廣，可作為一般實體外墻的替代，可以與各種體系的集成建筑（鋼結構體系、預制鋼混體系等）有機結合，甚至能做到同步施工，同步完成的境界。由于本身的鋼骨體系非常穩定，也較容易實現特殊造型，滿足吊裝安全要求。

　　對于室外側薄板的選用，一般來說有高密度的纖維水泥板材、蜂窩板材或者復合金屬板材，在滿足室外氣候環境的同時，盡量輕薄。無飾面板材可作涂料處理，并注意板縫位置的平整度。外飾板材需滿足戶外用材料的耐候要求。室內側薄板則根據具體內裝和保溫要求選定。

　　在門窗部位或者透明玻璃位置，需在相關的骨架加設水平剛性支撐，并做好鋼骨架的封修，保證室內效果。如有隱框玻璃必須通過鋁合金底座和玻璃進行結構膠粘接。

　　4.3 薄板鋁骨懸掛單元體系
　　薄板鋁骨懸掛單元體系是傳統單元式幕墻的延伸，能很好的展現建筑風格，具體特征如下：

　　4.3.1 單元板塊之間采用鋁合金型材插接定位，全部采用膠條密封，以達到最高的安裝速度和最佳的室內觀感。而且膠條密封方式穩定可靠，減少維護成本。

　　4.3.2 單元幕墻的掛接支座一般采用全鋁合金形式，以達到0焊接。也有采用部分鋼件以減低成本和提高支座強度，缺點是加工精度沒有鋁合金高，存在少量焊接作業。與其他單元外墻一樣，支座的三維調節和抗震防脫非常重要，直接影響著安裝速度和幕墻平整度。

　　4.3.3 單元幕墻的防水設計是整個體系的靈魂，這涉及到各種防水排水原理的運用。一套成熟的單元幕墻鋁型材，應該能使空氣相通的各個腔體，由外到內大氣壓逐漸減少，最后與室內趨于平衡，從而使水失去進入室內的動力。在容易進水部位要采取多重擋水措施，并考慮的二次排水通道，保證萬一有水進到腔體內也能自主排出。

　　4.3.4 該體系一般采用玻璃作為面板，所選玻璃需滿足熱工計算的要求。在室內外溫差大的地區尚需考慮冷凝水結露。鋁合金型材一般情況下需根據熱工計算結果決定是否采用斷橋隔熱型材。

　　這種外墻體系作為傳統幕墻形式之一，在集成建筑的帶動下，必將煥發出強大的能量。隨著集成建筑的不斷發展，單元幕墻必將與建筑同步，變成一體的組裝模塊。

　　4.4 厚板懸掛單元體系
　　厚板懸掛單元體系一般是由輕質加氣混凝土板（ALC版）作為單元外墻板，通過金屬緊固掛件與主體結構穩固連接的墻板體系。ALC板有別于傳統的GRC板，它能夠做得更大的尺寸，充分滿足集成建筑的快速安裝要求，具體特征如下：

　　4.4.1 蒸壓輕質加氣混凝土板（簡稱ALC板）系指采用以水泥、石灰、砂為原料制作的高性能蒸壓輕質加氣混凝土板材，具有輕質高強、耐火、隔熱、隔音、無放射性、產品精度高、施工安裝便捷、能適應大的層間變位、抗震性能好等諸多優點。

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