集成建筑之外墙集成系统浅析

　　一、前言
　　建筑一直以来都有两大分支：一个是追求个性，发挥建筑师的创意灵感。一个是追求实用性，强调经济、节能、安装简便快速。这两种特性有时候又可以和谐统一，成为完美主义者们的追求。但随着资源日益匮乏，环境污染每况愈下，人口增多，个性鲜明的建筑注定只能成为地标或上流社会的财富象征。诸如学校、医院、住宅等设施性建筑会越来越强调集成化、工业化生产安装，以满足快速城市化建设和资源优化整合的需求。所谓集成建筑，正是解决这类需求的一种建筑形式。

　　二、集成建筑的产生和发展背景
　　20世纪50年代，为了解决“房荒”问题，欧洲一些国家采用了工业化的装配式建造大量住宅，主要是在部分预制装配构件上实现模数化、生产的工厂化与施工的装配化。

　　住宅集成的概念最早在20世纪60年代末由日本通产省提出来的。在这一时期，工业化建筑由部分装配向全装配建造体系转变，首次提出要对市场需要和销售进行综合配套的研究。我国在这一时期，进入住宅工业化的起步阶段，在各地兴起装配式壁板住宅。

　　20世纪70年代到90年代，各国开始注重住宅的功能与个性化要求，同时也提出建筑节能要求，研究重点在发展各类建筑体系间能够互换通用的构配件上，组织专业化的大批量生产和商品化供应。

　　2000年到至今发展状况，国外在不断改进室内设备和部品质量的基础上，研发新型建筑材料，开发建筑节能和新能源。

　　在我国，2001年曾有人提出集成建筑的全新概念：集成建筑是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。并指出集成建筑的构配件按性质和所起作用大致分为结构体系、维护体系、建筑设备和室内装潢四大类，并且认为将这些构配件安装整合，就能建好楼房。

　　建筑物的结构及其相配套的设施包括：结构体系、外维护体系、清洁能源体系、门窗体系、厨卫体系、供热体系、智能系统、灯具、家具。本文主要研究的对象是外维护体系，以及关联专业（如结构专业等）在设计、施工中注意的问题。

　　三、外墙体系的演变发展
　　建筑的外维护体系，又称外墙体系，一直以来都给使用者以最直接的观感，体现了建筑师的空间艺术水平。同时，它又为建筑遮风挡雨，保证室内舒适。随着新材料的发明和量产，幕墙逐渐成为了建筑师常用的外墙实现形式。所谓的幕墙是指由结构框架与镶嵌板材组成，不承担主体结构荷载与作用的建筑维护结构。幕墙拥有构件轻巧、安装简便快速等众多优点，特别是近十年快速发展的单元式幕墙。

　　单元式幕墙是在工厂加工程度最高的一种幕墙类型。在工厂不仅要加工竖框、横框等元件，还要用这些元件拼装成单元组件框，并将幕墙面板（玻璃、铝板、花岗石板等）安装在单元组件框的相应位置上，形成单元组件（用板材冲压成幕墙单元，在嵌板单元上开洞安装玻璃）。就一个单元组件来说，它已具备了这个单元的全部幕墙功能和构造要求。单元组件的高度要等于或大于一个楼层，以便运往工地后直接固定在主体结构上。一个个单元组件上、下框（左、右框）对插形成组合杆，完成单元组件间接缝，最终形成整幅幕墙。

　　单元式幕墙在工厂已将单元组件制作完成，即面板已安装在单元组件框上，而单元组件与主体结构的连接构件安装在单元组件内侧，在吊装时单元组件与主体结构的连接必须在内侧操作。单元组件间接缝靠相邻两单元组件相邻框对插组成组合杆完成接缝，即它不是在一个整体杆件上接缝，而靠对插组成组合杆完成接缝。每个单元板块通过连接支座均能实现前后左右三维调节，即保证了由于现场的结构误差引起的偏差能通过支座去消除，而整幅幕墙的平整度则通过加工单元板块的精度控制去保证。

　　单元幕墙不但拥有更高的加工精度，更快的施工速度，还能满足更高的节能保温要求，特别是结合双层幕墙技术，使幕墙拥有更多功能。但也有他的不足之处：

　　1.由于大量使用铝合金型材，材料成本比传统幕墙高。需要更多经验丰富的高级安装人员，人工成本比传统幕墙高；

　　2.单元板块尺寸不能做太大，导致材料间接增多，吊装次数增加；

　　可见应用于集成建筑中的外墙体系应首选单元式幕墙，也只有单元式幕墙才能满足集成建筑的施工进度要求。但是外墙系统不是只有幕墙，像一些设施性建筑如学校、医院、宿舍等外墙一般由实体墙和门窗等组成。因此如何把单元幕墙技术应用于实体墙来达到快速安装的目的是外墙集成技术体系必须解决的一个问题。

　　四、外墙集成技术体系
　　集成建筑在我国的起步较晚，早期的住宅工业化技术主要向外国学习，近几年各家建筑企业都开始加大集成建筑的研发投入，使该产业有百家争鸣、蓬勃发展之势。其中的外墙集成技术随着行业发展而不断完善，但一直缺乏系统的归纳总结，形成一套技术体系。

　　相对与外墙集成技术，单元幕墙技术的发展现已经比较成熟。本来这两者就是附属关系，即外墙集成技术包括了单元幕墙技术，但不限于单元幕墙技术。本文根据外墙板的类型、构件材质和连接方式将外墙集成技术体系划分为5大类。

　　4.1 薄板钢骨层间单元体系
　　薄板钢骨层间单元体系是由机械固定的镀锌冷弯型钢为墙体骨架，轻质薄板为外墙面板（室内侧可选用其他薄板），成型整体安装的外墙体系。由于其安装在层间，上下层的单元板块被主体结构隔开并无联系，所以形成了类似轻质隔墙般的效果，但与一般室内用轻质隔墙有本质区别：

　　4.1.1 属于外维护墙体，必须考虑风荷载、地震荷载等室外因素，轻钢骨架必须满足室外墙体的受力要求。

　　4.1.2 墙体采用整体式安装，须设计便于整体安装的固定点，并考虑温度应力和层间变位等因素。

　　这种外墙广泛应用于住宅、学校等集成建筑，也可为建筑实现局部凹凸造型需求，是一般集成建筑外墙的基本形式。它的优点是性价比高，结构简单。缺点是施工安装不方便，抗震能力一般，不能做大单元板块，建议局部采用。

　　对于室外侧薄板的选用，一般来说有高密度的纤维水泥板材、蜂窝板材或者复合金属板材，在满足室外气候环境的同时，尽量轻薄。无饰面板材可作涂料处理，并注意板缝位置的平整度。外饰板材需满足户外用材料的耐候要求。室内侧薄板则根据具体内装和保温要求选定。

　　在门窗部位或者透明玻璃位置，需在相关的骨架加设水平刚性支撑，并做好钢骨架的封修，保证室内效果。如有隐框玻璃必须通过铝合金底座和玻璃进行结构胶粘接。

　　4.2 薄板钢骨悬挂单元体系
　　薄板钢骨悬挂单元体系是由焊接镀锌热扎型钢作为单元边框，机械固定的镀锌冷弯型钢为墙体次骨架，轻质薄板为外墙面板（室内侧可选用其他薄板），整体吊装的外墙体系。这种体系借鉴了单元幕墙的结构理论，并进行有效简化，使之更符合一般外墙体的构造需要和价格控制，具体特征如下：

　　4.2.1 通过加强单元板块的边框，使其可以做更大的单元板块，一般可以以轴线划分单元。如采用合并形式，甚至可以以建筑的面来划分单元（需要更大的吊装设备）。

　　4.2.2 这种外墙体系的挂接支座是整个系统的灵魂，它的设计好坏直接影响着板块从组装到运输，从吊装到定位调节的各个关键环节。一个优秀的挂接支座，应该具有优秀的三维调节能力，快速安全的吊装工法，保证板块的悬挂受拉状态以及较强的抗震能力。

　　这种外墙体系适用性非常广，可作为一般实体外墙的替代，可以与各种体系的集成建筑（钢结构体系、预制钢混体系等）有机结合，甚至能做到同步施工，同步完成的境界。由于本身的钢骨体系非常稳定，也较容易实现特殊造型，满足吊装安全要求。

　　对于室外侧薄板的选用，一般来说有高密度的纤维水泥板材、蜂窝板材或者复合金属板材，在满足室外气候环境的同时，尽量轻薄。无饰面板材可作涂料处理，并注意板缝位置的平整度。外饰板材需满足户外用材料的耐候要求。室内侧薄板则根据具体内装和保温要求选定。

　　在门窗部位或者透明玻璃位置，需在相关的骨架加设水平刚性支撑，并做好钢骨架的封修，保证室内效果。如有隐框玻璃必须通过铝合金底座和玻璃进行结构胶粘接。

　　4.3 薄板铝骨悬挂单元体系
　　薄板铝骨悬挂单元体系是传统单元式幕墙的延伸，能很好的展现建筑风格，具体特征如下：

　　4.3.1 单元板块之间采用铝合金型材插接定位，全部采用胶条密封，以达到最高的安装速度和最佳的室内观感。而且胶条密封方式稳定可靠，减少维护成本。

　　4.3.2 单元幕墙的挂接支座一般采用全铝合金形式，以达到0焊接。也有采用部分钢件以减低成本和提高支座强度，缺点是加工精度没有铝合金高，存在少量焊接作业。与其他单元外墙一样，支座的三维调节和抗震防脱非常重要，直接影响着安装速度和幕墙平整度。

　　4.3.3 单元幕墙的防水设计是整个体系的灵魂，这涉及到各种防水排水原理的运用。一套成熟的单元幕墙铝型材，应该能使空气相通的各个腔体，由外到内大气压逐渐减少，最后与室内趋于平衡，从而使水失去进入室内的动力。在容易进水部位要采取多重挡水措施，并考虑的二次排水通道，保证万一有水进到腔体内也能自主排出。

　　4.3.4 该体系一般采用玻璃作为面板，所选玻璃需满足热工计算的要求。在室内外温差大的地区尚需考虑冷凝水结露。铝合金型材一般情况下需根据热工计算结果决定是否采用断桥隔热型材。

　　这种外墙体系作为传统幕墙形式之一，在集成建筑的带动下，必将焕发出强大的能量。随着集成建筑的不断发展，单元幕墙必将与建筑同步，变成一体的组装模块。

　　4.4 厚板悬挂单元体系
　　厚板悬挂单元体系一般是由轻质加气混凝土板（ALC版）作为单元外墙板，通过金属紧固挂件与主体结构稳固连接的墙板体系。ALC板有别于传统的GRC板，它能够做得更大的尺寸，充分满足集成建筑的快速安装要求，具体特征如下：

　　4.4.1 蒸压轻质加气混凝土板（简称ALC板）系指采用以水泥、石灰、砂为原料制作的高性能蒸压轻质加气混凝土板材，具有轻质高强、耐火、隔热、隔音、无放射性、产品精度高、施工安装便捷、能适应大的层间变位、抗震性能好等诸多优点。

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