钢结构装配式被动房的围护结构研究_李伟恒.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言我国20世纪80年代以来，大力发展工业，很多高能耗的建筑工程对生态环境和空气造成了严重的污染，随着可循环利用资源逐渐减少，针对资源减少以及环境恶劣这一问题，装配式被动房建造技术成为人们实现节能减排的主要途径之一。装配式被动房优势明显，且具备独特性特点，有良好的保温效果和气密性，能通过被动获取热量使房屋内更加舒适温度。为满足人们对居住建筑的需求，并出于对生态环保发展的考虑，构建节能环保型房屋已成为国内外房屋建筑行业发展的目标，通过被动式建筑与装配式建筑的结合建设装配式被动房，可以促进实现零能耗、零排放，使建筑碳排放保持在较低水平。但是，由于目前国内钢结构装配式被动房围护结构的材料性能和施工技术水平待提高，此类房屋建筑尚未得到大规模的应用。本研究以某市钢结构装配式被动房示范工程项目为例，对钢结构装配式被动房的概念与技术特点进行分析。在此基础上，从围护结构施工的角度，对预制夹芯墙板、结构连接方式、保温构造及气密构造等内容进行研究，提出针对性的钢结构装配式被动房的围护结构应用对策，为相关工作的有效开展提供借鉴。2钢结构装配式被动房概述2.1钢结构装配式被动房的概念以钢结构为核心的建筑，其特点表现为总质量轻、工期短、抗震性能好，并具备节能环保的特点，这种结构的建筑已【作者简介】李伟恒（1986），男，河北石家庄人，高级工程师，从事建筑设计与研究。钢结构装配式被动房的围护结构研究Research on the Envelope Structure of Fabricated Passive Housewith Steel Structure李伟恒（北方工程设计研究院有限公司，石家庄 050000）LI Wei-heng(NorthInternationalLtd.,Shijiazhuang050000,China)【摘要】结合某市钢结构装配式被动房示范工程项目，介绍了钢结构装配式被动房的概念和技术特点，主要对钢结构装配式被动房的围护结构进行分析。经过探讨得出结论：在钢结构装配式被动房围护结构施工中，必须根据项目实际情况进行选材和施工，保证预制夹芯墙板、结构连接、保温构造及气密构造施工等方面的质量，以此提升工程项目的社会效益和经济效益。【A b s t r a c t】Basedonthedemonstrationprojectoffabricatedpassivehouseofsteelstructureinacity,theconceptandtechnicalcharacteristicsoffabricatedpassivehouseofsteelstructureareintroduced,andtheenvelopestructureoffabricatedpassivehouseofsteelstructureisanalyzed.Afterdiscussion,itisconcludedthatintheconstructionofsteelstructureprefabricatedpassivehouseenvelopestructure,materialselectionandconstruction must be carried out according to the actual situation of the project,to ensure the quality of prefabricated sandwich wall panel,structuralconnection,insulationstructureandair-tightstructureconstruction,soastoimprovethesocialandeconomicbenefitsoftheproject.【关键词】钢结构；装配式被动房；围护结构【K e y w o r d s】steelstructure;prefabricatedpassiveroom;enclosurestructure【中图分类号】TU758.11；TU761.1【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）06-0218-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.06.271218成为房屋建造现代化发展的趋向。装配式建筑为多种预制件通过现场拼装连接构成的建筑物，同时具备节能环保与结构稳固的特点。被动房作为以被动式设计理念为核心的新型建筑物，其特点是具有良好的保温效果与气密性，能够确保房屋内部始终保持舒适的温度。钢结构装配式被动房在结构方面结合了钢结构与钢筋混凝土预制构件的特性，并基于被动房良好的气密性与保温性，使钢结构装配式被动房不仅具备较高的质量水平与稳固的建筑结构，同时还降低了能耗，并且提高了建筑空间整体的舒适度，其对于推动建筑行业高质量发展意义重大。2.2钢结构装配式被动房常用施工技术2.2.1气密性技术气密性能够体现出一个建筑的密封性能和渗透性能，是保证建筑物质量的关键。在进行墙体密封时，将门窗和穿墙管道洞口四周应贴满预压膨胀回弹海绵胶条，在室外粘贴防水透气膜，室内则粘贴防水隔气膜，并使用混合砂浆抹平建筑缝隙口。最后，在装配式结构被动房内使用密封胶粘贴气密性材料，持续对墙体进行抹灰处理。2.2.2构件组装技术构件安装时，首先要使螺栓铰接形式固定，将部分节点采用钢片辅助焊接的形式进行固定，然后逐层安装，从而形成稳定的钢结构体系。但是，这种结构体系的缺点是抗火性能较差，为解决这一问题，可采用喷漆枪喷打混合砂浆在钢结构的表面，再进行全覆盖，最后可用防火石膏板包裹结构体系柱、梁结构。3钢结构装配式被动房的围护结构施工3.1工程概况某市钢结构装配式被动房示范工程项目，建筑总面积为16 200 m2，围护结构外挂预制夹芯墙板，兼保温与承重一体。本文分别从预制夹芯墙板制作、结构连接方式、保温构造及气密构造方面探讨钢结构装配式被动房的围护结构施工。3.2预制夹芯墙板要建设出质量水平更高的钢结构装配式被动房，在围护结构选材方面要充分考虑被动房施工难度大的因素。基于钢结构装配式被动房对保温及隔热性能要求高的特点，围护结构施工需要的时间较长。为加快施工进程、缩短建设周期，选择预制夹芯板进行墙板施工。同时，在预制夹芯板类型的选择中，为增强钢结构装配式被动房的保温性与气密性，实现有效隔热，可运用三明治预制夹芯板。三明治预制夹芯板结构主要分为3层，从内到外，每一层的作用都不同，各层之间分别起结构支撑、墙体保温、保温兼顾结构支撑等作用1。3.3结构连接方式结构连接方式中的点支撑连接不会使墙体承重，其原理与挂板类似，墙体能够拆除循环使用，且墙体所受荷载不会出现变化，不会因楼层高低而改变，但缺点在于墙体会因荷载增加的而加大钢材使用量。本项目若采用点支撑实现结构连接，很难为后续使用提供安全保障，原因在于墙体会出现不同程度的位移，使墙缝宽度出现变化，导致整个房屋的保温性与气密性受到不同程度的影响，无法体现出被动房良好的隔热性效果2。若采用线支撑的连接方式，则施工较为简便，主要以上下层墙体连接为准，其产生的荷载由墙体向下传导，优点表现为墙体自承重，具备较强的刚性，能够实现空间灵活布局；不足之处在于由于墙体自承重，该支撑方式主要用于低层建筑，难以适用在高层建筑中3。3.4保温构造保温性是钢结构装配式被动房围护结构的重要性能，此类建筑的墙体涉及不同层次的结构，内外层的气密层与保温层对于提升被动房整体质量来说意义重大，能够为被动房的舒适性提供保障。在保温构造中，保温材料的选用要考虑工程项目的施工环境，包括当地的地理环境与气候因素，还要考虑保温材料的导热系数值，值越小代表材料的保温隔热效果越好（见表1）。表 1保温材料导热系数统计种类导热系数/W/（m2 K）种类导热系数/W/（m2 K）氢气氮气软木秸秆矿棉玻璃棉气凝胶珍珠岩惰性气体0.01830.00880.0320.0450.0400.0680.0380.0280.0560.0140.0220.0330.0460.0200.025泡沫玻璃PUR 聚氨酯VIP 真空保温板抗压泡沫玻璃玻璃泡沫颗粒泡沫材质预压带挤塑聚苯乙烯发泡聚苯乙烯0.030.080.0170.0330.0030.0090.0510.0560.040.060.080.0300.0400.0300.050Construction Technology工程施工技术219Construction&DesignForProject工程建设与设计对于房屋建筑来说，门窗不仅能满足房屋功能性需求，还具备良好的采光与观景功能4。在传统的房屋建筑中，由于门窗与玻璃相连接，且玻璃在气密性方面有一定的缺陷5，导致门窗的保温隔热性能较弱。但在钢结构装配式被动房围护结构施工中，通过焊接施工，玻璃与门窗框结合处实现了不同材料的有效连接，提高门窗的保温性与隔热性。为选择更加合适的门窗，提高围护结构施工质量，对市面上常见的门窗材料进行保温性能对比，具体对比结果见表2，常见玻璃的传热系数对比见表3。表 2多种门窗保温性能对比门窗材料玻璃材料保温值 K/W/（m2 K）普通铝合金普通铝合金隔热铝合金隔热铝合金60 塑料60 塑料68 铝包木窗68 铝包木窗单层玻璃5+12A+5 玻璃5+12A+5 玻璃5+12A+5Low-E 玻璃5+12A+5 玻璃5+12A+5Low-E 玻璃5+12A+5 玻璃5+12A+5Low-E 玻璃6.03.24.22.83.52.22.82.43.01.72.42.02.51.72.4通过表2可以看出：相同的玻璃排布形式，不同的窗框材料的传热系数差值较大,木质窗框与复合材料窗框相比于普通铝合金窗框具有更好的保温效果。表 3常见玻璃传热系数玻璃类型可见光透射比 T/%遮阳系数 SC传热系数/W/（m2 K）空气氢气6Low-E 单银+12 暖边+6+12 暖边+6Low-E5Low-E 双银+12 暖边+5Low-E 双银+12 暖边+56Low-E 双银+16A暖边+5Low-E+0.15真空+56+16 暖边+5Low-E+0.15 真空+56+16 暖边+5Low-E+0.15 真空+556484255500.580.400.300.560.521.20.960000.840.720.630.750.823.5气密构造要保证围护结构的施工效率及质量，需对气密构造采用科学合理的方式进行施工。比如，填充钢结构装配式被动房围护结构缝隙时，材料的选用要以节能性较强的发泡聚氨酯为准，同时实现对预制墙板细小缝隙的有效填充。但是，对于较大的缝隙，应采用聚苯板材料，使预制墙板的保温性、气密性及隔热性符合相关要求6。本项目运用发泡聚氨酯对细小缝隙进行填充，发现气密层的构件不够完善，为增强气密层整体的气密性，还需联合密封胶的使用进行缝隙处的密封处理，缝隙周边要涂抹气密性较强的防水密封胶，防止缝隙中渗入水蒸气，避免气密效果受到影响7。4结语为提高钢结构装配式被动房的整体质量，为其后续投入使用提供保障，在围护结构选材和施工方面，要结合工程项目的实际情况，以及相关设计及施工标准，运用先进的施工技术，细化钢结构装配式被动房围护结构施工的各项细节。尤其是在预制夹芯墙板、结构连接方式、保温构造及气密构造施工方面，考虑到钢结构装配式被动房围护结构施工的复杂性，要基于不同施工环节的具体要求，结合相关技术的运用以规范化、合理化及科学化施工方式来促进围护结构施工整体质量的提高，以此增强钢结构装配式结构被动房的稳定性、环保性及有效保温与气密等特性，通过构建高质量钢装配式结构被动房来凸显此类建筑施工及投入使用的经济效益与社会效益。【参考文献】1张宁,谢志成,杨玉栋.装配式钢结构被动房桁架楼承板的应用实践J.建筑结构,2021(S2):1126-1128.2赵鹤,王皓,支旭东,等.装配式板柱钢结构体系建筑产业化技术与示范J.建筑钢结构进展,2021(10):32-43.3彭何新,李书文,黄尚克,等.装配式钢结构建筑外墙变形缝设计与施工技术J.施工技术,2020(20):62-64.4范丽君.装配式钢结构迷彩彩钢屋面运用BIM技术施工技术研究J.施工技术,2020(S1):508-510.5曹计栓.装配式钢结构住宅防屈曲钢板剪力墙安装技术J.施工技术,2020(16):31-35.6李伟男,杨潇,王月栋,等.某装配式钢结构建筑中复合保温围护墙板的应用J.工业建筑,2020(3):147-150.7肖军,马永炯,李康.装配式钢结构复合夹芯墙板施工新技术研究及墙板性能模拟分析J.混凝土,2020(2):134-138.【收稿日期】2023-04-02220