装配式可持续建筑是近几年来建筑行业中提出的新概念,它是将新型的装配式建造技术和可持续技术相结合起来的新型建筑。这种建筑既符合国家住宅产业化和建筑节能减排的要求,同时在制造和使用过程中完全颠覆传统建筑的做法,必将给建筑、建材业带来一次新的革命。
装配式可持续建筑的建筑设计以建筑模块为基本的设计单元,通过各类模块间的组合,形成不同建筑的外形。建筑的功能区的划分可根据需要设置在一个主板模块或多个主板模块上。另外,对于同一个空间,不会受到传统建筑承重墙或分隔墙的限制,采用可装配的内隔墙对大开间进行灵活分割,根据用户的需要,创造出不同的空间布局,实现设计多样化。
建筑部品的标准化和工厂化是实现建筑工业化的基础。在建筑模数协调的基础上,将部件的尺寸参数成套的统一起来,减少建筑部件的类型和规格,形成标准化的部件,提高部件的互换性、通用性。建筑的部件以工厂制造为主,也可采用市场上配套的产品。
传统建筑以现场湿作业为主的建造方式,建造过程中耗能、耗水、耗地严重,同时也造成建筑使用中的高能耗和高物耗。装配式可持续建筑的主要部件在工厂预制运输到现场,通过专用工具吊装,并由装配工将各部件连接起来,不存在传统建筑大规模的湿作业和各类专业工种。
装配式可持续性建筑在追求工业化的过程中,更加注重建筑的可持续性,主要体现在:
(1)采用工厂化生产形式,部件根据设计图进行预制,采用环境友好的材料,制造产生的废材料可循环使用。
(2)主体采用钢结构,自重轻、抗震性好、使用寿命长,建筑的非承重部件可拆卸更换。
(3)建筑部件的生产、装修100%在工厂完成;现场装配过程无湿作业、不进行二次装修,不会产生扬尘、污水、建筑垃圾等。
(4)集成化的建筑节能设计。将建筑节能融入到建筑中,如采用轻质保温墙板、热回收的空调系统等,减少建筑生命周期内的能耗。
(5)建筑可异地重建。
主体钢结构体系主要起支撑作用,与建筑的使用寿命相同,不允许随意变动。装配式可持续建筑的水平承重结构称为主板。主板与柱、斜撑共同构成主体钢结构体系。主板是装配式建筑的功能核心模块,按其使用功能的不同可分为各类专用主板,如普通主板、楼梯管井主板、电梯主板等。主板的主要部分,包括混凝土地板(带外饰面)、主板钢框架、天花以及主板架内的管道等都在工厂里预制完成。钢结构在制作中分别采用冷镀锌涂料和超薄型防火涂料进行处理,主体钢结构的使用寿命可以达到百年以上。
(1)围护结构系统由外墙、内隔墙、屋面、门窗及遮阳组成。围护结构部品采用标准化、通用化、工厂化的产品,并易于安装和拆卸。外墙采用性能可靠、技术成熟的预制轻质复合保温板或轻质组合系统。内隔墙采用轻钢龙骨石膏板或轻质条板制成。在设计内隔墙时,将功能(如电线、插座、挂件或门窗等)集中在几个专用墙板内,其它设置成空白墙板。内隔墙在工厂生产时,已完成装修和布线。
(2)管线系统主要包括水、电、气、暖等管线。竖向的管线主要集中在管道井和预埋在隔墙内,需要现场安装;横向的管线主要集成在主板架内,在工厂已安装。管线间的接口按照统一、协调的标准进行设计,同一类管线采用相同的接口形式。
(3)厨卫系统分为两种形式:整体式厨卫和拼装式厨卫。整体式的厨卫技术成熟、安装方便,而拼装式的厨卫对于地面及墙板的性能要求高,但价格便宜。
(4)其它部品系统包括照明系统、消防系统、设备系统等。这些系统的设计和部件都可按照国家标准进行。
以往国内外装配式建筑研究中,抗震和隔音一直是装配式建筑主要问题。远大可建科技有限公司经过两年多的研究开发和试验,通过采用独特的钢结构体系和隔音措施解决这两大缺陷。
抗震
装配式可持续建筑建采用钢框架—斜支撑结构体系,主要由主板、立柱、斜撑组成。主板端部带有柱套,上层柱子插入本层柱套中,主板与柱套间采用法兰连接;梁和柱之间设置斜支撑,斜支撑和梁柱框架共同抵抗水平和竖向荷载。各节点均使用两种级差相邻的高强度螺栓紧固,避免同批次质量问题。远大可建科技有限公司分别建造了7层和30层的模型在中国建筑科学研究院进行抗震测试。试验表明:在7度、8度、9度多遇地震下,主体结构未见明显损坏,在9度罕遇后整体结构没有倒塌。
隔音
主要采用的隔音措施包括:(1)钢结构主体内包在墙体内,如分户墙采用双层装配式内墙(单层内墙厚度为80mm,由无石棉纤维水泥板和岩棉组成),外立面钢结构采用绝热金属面岩棉板和装配式内墙组成。(2)楼梯等裸露的钢结构上铺柔性材料。(3)所有板缝采用隔音防火材料封堵等。
装配式可持续建筑在建筑建造模式、施工速度、工程质量以及可持续性等方面均有着传统结构体系无可比拟的优势。虽然装配式可持续建筑还处于起步阶段,仍然面临着许多问题,如结构体系理论研究,配套部品的兼容性、制造成本、专业设计和施工人才缺乏以及国内技术规范的缺失等。但从长远来看,它符合建筑产业化生产和可持续发展的方向,将促进建筑领域生产方式的巨大变革。
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