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建筑技术丨高性能集成房屋重要节点构造优化设计研究

建筑技术丨高性能集成房屋重要节点构造优化设计研究

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与传统建筑相比,集成建筑或装配式建筑更加节能环保。进行构件生产时,在工厂内完成保温板复合、复合板拼装、外墙和屋顶的装配、建筑内机电管线的预埋,从而形成可装卸的建筑单元体,以便于节约工期。与此同时,也存在国内集成建筑样式单一,多为集装箱形式且多为临时性建筑,建筑类型存在一定局限性,这一现象在一定程度上也受制于相关节点的构造技术问题。本研究将从集成房屋的温度控制方面入手,针对集成房屋中的冷桥问题提出以下两种节点构造优化设计。


1   集成房屋温度控制


在集成建筑实践研究发展过程中,因其具有可持续应用的技术潜力而发展迅猛,但对于建构的研究要明显高于对于建筑内部能量循环研究的重视程度,这也成为制约其发展的主要瓶颈。在人们不断对绿色环保与建筑空间品质提高要求的当下,相关领域对于集成建筑的实践研究不仅要侧重于建筑本体的建构技术,同时还应重视寻求更加环保的建筑内外能量循环模式。首先,尽管在相同的条件下,集成建筑与传统建筑体系相比在全生命周期的碳排放量具有明显优势,但在集成建筑的运行期,其碳排放量却又远高于传统建筑。其次,根据该领域的相关研究显示,集成建筑由于建筑材料往往具有轻质的特点,轻质围护结构的热稳定性较差,因此其热舒适度也往往成为诟病。根据以往对北方地区相关集成建筑的温度监测显示,轻质围护结构使室内温度更易受室外温度影响,随着室外温度的周期变化而变化,热稳定性较弱。这样的围护结构并不能满足对于环保与宜居的追求。因此,在集成建筑领域,不仅要提升建筑空间品质以及绿色环保,对于热稳定性、舒适度的提升已经逐渐成为该领域最重要的研究课题之一。当前,对于集成建筑围护结构的能量控制研究应由以往的主观定性分析向定量化研究转变。集成建筑的围护结构可划分为3层:最外层的建筑表皮可为预制模块或其他轻质的表皮材料,主要用于保温通风和夏季遮阳,其次作为最外部的表皮决定着建筑的外观;中间层应做空气间层,主要功能是联系外部围护空间与内部空间,并在能量交换时产生缓冲作用;最内层则为集成建筑的主体围护结构。


北京是典型的冬冷夏热地区,且处于太阳辐射资源一般区与太阳辐射资源较差区的交界地带,因此太阳辐射资源处于中偏下水平。在这样的气候条件与太阳辐射条件下,解决集成房屋的热舒适性问题是未来该领域有较大提升的重要方向。


2   集成板材快速拼接结构优化


装配式集成房屋在绿色建筑中占有很大的优势,对于节地节材和运输方面表现突出,但是装配式建筑构件之间拼接后存在的冷桥问题一直未能得到很好的解决。建筑外围护结构产生冷桥会影响加热或冷却空间时所需要的能量,导致建筑围护结构内产生冷凝,并导致热不适。在较冷的气候条件下还会导致热量损失,从而增加空调、采暖设备的负荷及功耗。


本研究设计了一种集成房屋的板材拼接节点,可避免在建筑板材的接口处产生冷桥,从而提高建筑整体气密性,达到绿色节能的效果。如图1所示,AB为两块墙面夹芯板,在两块板材对接安装时,先将建筑胶对应固定到墙面夹芯板B或墙面夹芯板A对应的位置,然后在墙面夹芯板A对应的部位安装金属连接件,并采用连接固定结构穿过建筑胶,一端固定到对应的板B或板A中,然后按照墙面夹芯板B或墙面夹芯板A各位置的对应关系对接安装固定。在此过程中连接固定结构的另一端伸入到对应的墙面夹芯板A或墙面夹芯板B中;采用金属连接件与其他固定结构固定连接。该结构设计按接口处缝隙走向形成3处独立密封空隙,可更好地起到密封隔热效果。


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图1  集成房屋板材拼接方式示意


1–墙面夹芯板A和墙面夹芯板B竖直平台;2–第一平行平台;3–凸起;4–第二平台;5–对接桥板;6–竖直填充封堵面;7–楔形板结构;8–金属连接件;9–建筑胶;1'–平板结构;2'–连接面;3'–弧形的竖直条状结构;4'–封堵块;5'–凹槽;6'–竖直斜面


3   集成房屋屋顶板材接口构造优化


现有技术集成房屋屋顶的防水性能不佳,墙体拼接处气密性不够完善,因此整体热性能不好,不够节能,气密性缺陷造成冷桥较多,舒适性不够好,板材接口处交接结构不科学,耐久性不好。


图2为集成房屋屋顶板材拼接,采用该构造节点设计的集成房屋屋顶防水性能佳,墙体拼接处气密性比较好,整体热性能完善,节能效果比较好,板材接口处交接结构科学,耐久性好等。


具体做法为:首先将两块板材对接。在侧面对接处,第一板块的A斜截面部分与第二板块A斜截面部分正好平行相对对接在一起,第一板块的B斜截面部分与第二板块B斜截面部分正好平行相对对接在一起,第一凹槽形成空腔用于屋顶室内外两侧空气气压平衡以防止吸水,空腔底部及对接在一起的B斜截面部分均采用建筑胶封堵;第二凹槽形成空腔,用于平衡屋顶室内外两侧空气气压及对应温度变化而产生的尺寸变化和应力变化;橡胶绝缘帽阻隔冷桥为金属藏于橡胶绝缘帽内,橡胶隔绝金属与外部空气的接触,避免产生冷桥。橡胶绝缘帽阻隔冷桥上部位于金属扣板顶部下方。


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图2  集成房屋屋顶板材拼接方式示意


1–第一板块;2–第一凸起;3–第一凹槽;4–水平板;5–上弯结构;6–第二板块;7–第一水平板面;8–第二水平板面;9–条状凸起;10–第二凹槽;11–橡胶绝缘帽阻隔冷桥;12–金属扣板;13–金属层;14–建筑胶


4   结束语


我国集成房屋的应用越来越广泛,对集成房屋的热工性能也提出了更高的要求,本研究从集成房屋的板材拼接和屋顶板材拼接两个主要构造节点进行优化设计,大大提升了集成房屋的热工性能,更好地提高了温度控制和保温性能的建筑。但新技术、新材料、新工艺的推广离不开政府的支持和引导以及企业的投入与配合。只有不断发展和完善整个产业链,更好地优化整合行业资源,才能更好地提高建筑的围护性能以及舒适性和经济性。


(责任编辑:何雯丽)



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[责任编辑:Susan]

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