幕墙论文——浅析集成建筑体系中外墙系统设计

浅析集成建筑体系中外墙系统设计

——歌德幕墙设计咨询有限公司 王江慧 

【摘要】21世纪初,国内提出集成建筑体系的概念,随着建筑行业的发展,这一体系也得到了初步的发展,目前世界经济正步入“工业化4.0”时代,建筑产品也需要更加的集成化,机械化,智能化。本文通过工程实例来阐述集成建筑体系中外墙系统的设计,为同行提供经验借鉴。 

【关键字】集成建筑 外墙系统

一、什么是集成建筑?

集成建筑(Integrated Building)是在住宅工业化背景下,将建筑物的结构及其相配套的设施、服务等各种体系优化组合而成的建筑产品,从而为用户提供一个低碳、高效、舒适的建筑环境。其具体表现为生产工厂化、部品标准化、施工装配化、供应系列化、服务定制化、整体可持续。

集成建筑物的结构及其相配套的设施包括:

1)结构体系(轻钢、木结构、板结构、预制装配式混凝土结构等)

2)外维护体系(复合材料、板材、幕墙门窗等)

3)清洁能源体系(太阳能、风能等)

4)厨卫体系(集成厨房、集成浴室等)

5)供热体系(地热、水暖等)

6)智能系统(智能管理、遥控、安全监控等)

7)灯具(节能、实用、美观、技术先进的各类室内外用灯)

8)家具(适用、配套、舒适的家具)等。

而本文主要针对集成建筑中的外围护体系的设计进行分析。

二、工程实例

1.绍兴钱清中学,鉴湖中学

1.1.项目概况: 

该项目总共22栋楼,高度均在20米左右,总建筑面积约100,000平米,外墙(含门窗)总面积约90,000平米。由于本项目进度要求极高,根据工期分解,单栋楼的地上建筑部分(含主体结构及所有内外装饰)须在60天内完成,而要达到这个目标,就必须采用装配式的集成建筑系统才可能完成。为此,我司与总承包单位紧密配合,在此项目上实现主体钢构、外墙体系、内装体系的装配化加工与安装。主体结构体系采用预制装配式商业集成建筑体系,即将楼板、梁、管线、吊顶等在加工厂预置在一起,采用堆积木的方式进行安装。 

 

1.2.外墙系统介绍:

该项目虽各栋建筑造型各异,但其建筑外墙主要由外墙板和窗构成。为充分体现“低能耗”的设计理念,在外墙材料上,本工程窗玻璃采用6+12A+6中空钢化玻璃及断热型材,外墙面板采用10mm蒸压无石棉高密度纤维水泥板,轻钢骨架背衬75mm保温玻璃棉毡(密度16kg/m3)+60mm轻质夹芯内墙板。外墙板待整体吊装完成后,统一刷弹性涂料。

 

 1.3.保温节能介绍

根据JGJT 151《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》,计算非透明部位的传热系数U按以下公式:

幕墙背后多层墙体的传热系数Uwall应按下式计算:

 

式中  -各单材料的厚度(m)

 -各单材料的导热系数[W/(㎡•K)]

该项目地处浙江绍兴,根据《浙江省公共建筑节能设计标准》和《公共建筑节能设计标准》要求,绍兴属于夏热冬冷地区,该教学楼属于乙类建筑,非透明部位外墙传热系数K值取值K≤1.0 W/(m2.k)。

外墙的设计参数为:10mm高密度水泥纤维板+75mm保温玻璃棉+60mm轻质夹芯内墙板,根据上述公式得出Uwall=0.725 W/(m2.k),满足规范要求。

1.4.外墙系统分析

(1)本工程外墙采用单元式挂接墙面系统,采用120x50x3.5mm镀锌热轧矩形钢方管作为单元板块的主龙骨,120x60x20x1.8mm镀锌冷弯C型钢作为板块内的次骨架。主龙骨焊接组框,主次龙骨通过连接钢角码采用自攻钉机械连接固定,方便快捷且能有效控制钢龙骨平整度。

         

图1.5.1 主次龙骨连接节点

(2)外墙系统采用全钢挂钩式支座,支座由钢底座、U型挂座、转接角钢、挂钩组成,其中挂钩和转接角钢为单元板块的组成部分,在车间装配单元板块时安装。U型挂座需在吊装板块前安装,通过测量放线将进出位定准,并采用螺栓初步固定。

 

图1.5.2 全钢挂钩式支座节点

(3)本工程标准单元板块尺寸为5500-7000mm(宽)X3900mm(高),由于板块分格较大,在单元板块采用6点固定,该系统的单元板块受力相对独立,相邻板块之间没有传力关系。整个外墙系统设计的重点集中在支座上,而使板块龙骨尽量简化,便于加工。

  

图1.5.3 板块挂接节点              图1.5.4板块挂接节点局部放大

  

图1.5.5外墙系统板块安装

(4)该系统外墙板采用10mm厚高密度纤维水泥板,密度≥1.5g/cm3,面板与龙骨采用ST4.8X25镀锌沉头自攻自钻钉@250mm固定,面板与龙骨之间粘贴40x2mmSBS双面自粘带密封;框架内填塞75mm厚的保温玻璃棉(带铝箔),密度16kg/m3。

 

图1.5.5 面板与龙骨连接节点

(5)外墙系统的面板吊装安装完成后,对水泥板进行密封及粉刷处理,表面喷刷白色防水弹性涂料,以满足外墙系统的美观的要求。 

 

图1.5.6 外墙喷涂后效果

本系统外墙设计吸取了单元式幕墙的优点,打破了传统的外墙设计施工方式,与主体钢结构同时设计与施工,通过工厂预加工,现场拼装吊装,板块就位后由施工人员在楼板上对螺栓进行调节固定,采用超大板块单元,缩短现场吊装次数大大缩短了工期缩短运输时间,减少施工人员,节约了成本。本系统实现了不同建筑材料集成,也达到了主体钢结构的集成。

2.精工科研楼

2.1.项目概况

该项目为工业化钢结构集成建筑,共三层,建筑面积3500㎡。由集成楼面系统,单元式幕墙系统,集成卫浴系统,集成楼电梯系统,装配式集成内墙系统,集成屋面系统和绿色智能系统组成,产品集成率95%以上,工程的装配率90%以上,建设工期为15天主体完成,30天竣工。

2.2.外墙系统划分

 

2.3.外墙系统分析

(1)单元式幕墙系统:主龙骨采用C140*50*20*3mm镀锌钢槽,板块分格处横梁采用60*40*2.5镀锌钢通,其他位置采用60*60*2.5镀锌钢通。一层板块尺寸为4500*1950㎜,二层及三层板块尺寸为3600*1950㎜,单个单元板块是在加工厂组框,玻璃注结构胶,现场整体吊装安装,吊装安装时板块调整到对应位置,板块间缝隙采用耐候密封胶填充,胶缝宽度15㎜,满足板块的整体变形。玻璃采用6Low-E+12A+6钢化中空玻璃,中空玻璃可以有效地提高隔声效果,窗上部采用6(low-e)+12A+6钢化中空彩釉玻璃,为整个幕墙增添了一抹色彩,与相邻的金属保温板协调统一,符合整体立面效果。

 


 

(2)采光顶系统设计:

采光顶系统主龙骨采用160*80*6钢通,次龙骨采用100*80*5钢通,钢材表面氟碳喷涂处理,玻璃采用8(LOW-E)+12A+8+1.52PVB+8钢化中空夹胶玻璃,排水坡度为3%,最低点标高为13.000米,最高点标高为13.120米。采光顶侧面采用3mm铝单板收口。采光顶共分三个单元板块,单个单元板块是在加工厂组框,玻璃注结构胶,现场整体吊装安装,吊装安装时板块调整到对应位置,板块间缝隙采用耐候密封胶填充,胶缝宽度15㎜,满足板块的整体变形。

 

图2.1 采光顶节点图 

 

图2.2  单元式采光顶系统安装完成

本工程通过各专业的集成设计,系统生产,整体装配施工,实现了各专业各系统模块的集成,达到了设计一体化,产品模块化,生产工业化,施工装配化,安装机械化和管理信息化,是工业化集成建筑体系的微小缩影,为公司的集成建筑体系的研发应用起了积极作用。

3.绍兴市梅山江商务楼

3.1.项目概况

该项目由5栋单体建筑组成,均为工业化钢结构集成建筑,由预制装配式钢结构体系,预制装配式单元幕墙体系,预制装配式内隔墙体系等组成。建筑高度均在20米左右,总建筑面积约110,000平米,外墙(含门窗)总面积约80,000平米。

 

图3.1 绍兴市梅山江商务楼效果图

3.2.外墙系统划分

预制装配式玻璃单元幕墙:最大尺寸3800x3500mm

预制装配式玻璃单元幕墙:最大尺寸1600x3900mm

预制装配式金属板装饰柱幕墙:三种尺寸大小1550x700mm,800x500mm,300x250mm

铝板幕墙:最大尺寸5400x1300mm

 

图3.2 三大系统安装过程图

 

图3.3 安装完成效果图

3.3.外墙系统分析

(1)预制装配式玻璃单元幕墙

该系统窗洞框边及铝板包柱边采用3mm厚折弯C形钢做整体板块外框,中挺立柱和横梁采用铝合金型材, C形钢横梁立柱通过钢角码机械连接,板块在边框及中挺立柱位置设置钢挂点连接,挂座通过预制板槽式埋件或预设钢板连接在主体结构梁上,板块和挂座之间通过特制钢加码实现上下左右前后三维调节连接,面板采用6Low-E +12Ar+6+1.52pvb+6钢化中空夹胶双银超白玻璃玻璃,面板采用明框70系列扣盖固定 。

 

 

图3.4 单元集成窗三维成品效果图

(2)预制装配式层间格栅幕墙

层间格栅幕墙龙骨采用3mm厚折弯C形钢做整体板块外框,中挺为镀锌钢方管,C形钢横梁立柱中挺通过钢角码机械连接,板块在边框及中挺立柱位置设置钢挂点连接,挂座通过预设钢板连接在主体结构梁上,板块和挂座之间通过特制钢加码实现上下左右前后三维调节连接,铝板背衬70mm厚保温岩棉,层间防火位置设置1.5厚热镀锌钢板加100mm厚防火岩棉。横向装饰线条由3mm折弯铝板构成, 玻璃采用6+1.52pvb+6钢化夹胶超白彩釉玻璃。

 

 

图3.5 层间格栅幕墙效果图

(3)预制装配式金属板装饰柱幕墙

预制装配式金属板装饰柱幕墙龙骨采用镀锌钢方管预焊接整体骨架,钢架通过特制钢加码与主体钢梁钢柱实现上下左右前后三维调节连接。面板采用3mm厚铝单板,装饰柱分为1550x700,800x500,300x250mm三种尺寸。

 

  

图3.6 (800*500mm)金属板装饰柱单元效果图

图3.7 (800*500mm)金属板装饰柱幕墙节点图

三、集成建筑体系的经济效益

集成建筑以专业化大工厂和社会化协作的生产方式,将建筑部件加以装配集成为市场提供终极完善产品的全新建筑体系。集成建筑不仅是建筑部件、构配件的集成,也是集优选的设计方案,先进的生产管理方式,性能优良的材料设备于一体的优化集成产品。传统住宅建造方法施工劳动强度大、生产效率低、资源消耗大;大多数装配式建筑体系只有主要的构件以及一些大型部件在工厂生产,相当大的一部分施工作业如室内外粉饰工程、水电安装工程及室内装修都是在现场完成(盒式住宅和大板住宅体系的部分内外粉饰作业可在工厂完成),整体工业化程度不高;而集成建筑的着眼点在于提高住宅舒适性、生产效率、产品质量。不仅大型构配件在工厂生产,而且绝大部分构配件也都在工厂加工完成,连水电管线也预先在工厂裁剪成通用配件,在施工现场,只需按照图纸所示,将所有构配件安装起来即可建成一栋住宅。

据统计,集成化房屋施工速度为传统施工方法速度的2倍甚至更快。一般1个工人一天可以安装20-50平方米。一栋2层200平方米的组合房屋6个工人1.5天就可以将主体结构安装完毕,是工业化程度最高的钢结构建筑。同时,它在提高施工速度的同时,也可以大大降低资金的占用率和缩短投资回收期,可以大大节省资金和成本,集成化房屋施工现场所需的工人比其他结构所需的人数少近一半,从而减少人工费,节省了大量资金。

四、集成建筑外墙系统的发展前景

当今世界区域经济分工越来越细, “工业4.0”时代要求建筑产品更加集成化、机械化,智能化,像造汽车一样造房子。然而国内的集成建筑外墙系统正处于初步阶段,对于研发完整的系列集成产品还有一定的差距,集成建筑产品的运营、销售推广、技术培训、工程质量监督和验收还没有形成一个较完善的体系,还需要培育和完善,这就需要我们建筑行业的同仁相互促进、共同发展,让我们期待一个新时代的到来!

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