裝配式幕墻保溫一體板的設計分析

汪建勇 魏東海 孫在久 孫少華 盧浩

摘 要：隨著整個社會工業化、機械化、信息化進程的加快，中國經濟的持續發展，未來社會對建筑產品的建造將會朝著高品質、少污染、可持續方向發展。傳統手工操作式的建筑生產方式已經不能滿足對建筑產品的這種建造需求，實現建筑工業化是解決問題的必要途徑。傳統的現場施工加工體系存在的缺點阻礙了其建筑工業化生產的實現，而預制裝配式系統將真正實現建筑從"建造"向"制造"的轉變，是實現建筑工廠化的有效途徑，把建筑幕墻分為各種類型，在工廠進行預制生產，再在現場通過必要的節點連接、局部現場拼裝成整體的裝配式結構。

裝配式幕墻系統，大量的幕墻構件在車間加工組裝完成，對環境污染有力，現場作業量大大減少，建造速度快，受氣候條件制約小，節約勞動力的同時大大提高了幕墻質量，新技術的研發和應用為我司走在裝配式幕墻行業前沿打基礎。

關鍵詞：裝配式建筑；保溫一體板；構造設計；節能保溫；支撐體系

1 前言

北京城市副中心占地面積155平方公里，是全國政治中心、文化中心、國際交往中心、科技創新中心。本工程大規模應用裝配式幕墻，與傳統工藝相比，裝配式幕墻只需“擰螺絲”就能將建筑外立面裝好，省掉土木施工工序，現場基本沒有噪聲和粉塵污染，施工過程綠色、環保。整體設計、生產的裝配式幕墻具有更好的熱工效果，除施工過程節能外，建筑在運行中也能保持非常低的能耗。

北京城市副中心裝配式板塊類型多樣，主要體現為裝配式錯縫石材板塊和裝配式清水混凝土+幕墻窗板塊兩種，不同的裝配板塊所用到的保溫一體板不盡 相同，下面我們主要分析一下副中心各裝配板塊中保溫一體板的設計與加工。

2 裝配式保溫一體板的構造分析

保溫一體板的內部構造直接影響建筑整體熱工性能的優劣，材料的選擇至關重要，本次北京城市副中心項目，主要采用的保溫材料為100mm厚度保溫巖棉（容重110KG/m3），考慮到運輸、安裝、施工過程環境中水分對材料性能產生的不良影響，采用憎水型保溫巖棉以提高材料的耐水和抗滲透能力，憎水率應不小于98%，吸水率應不大于6%。外葉為0.9mm鋁鎂錳合金板，采用AA3004-H24 原色平板，采用鋁鎂錳板也是考慮其性能相比鋁板或者鍍鋅鋼板具有更好的耐久和輕質特性。內葉為12mm硅酸鈣板，遵循JC/564.1-2008《 無石棉纖維增強硅酸鈣板》要求，保溫一體板內層龍骨支撐結構采用C型鋼，C型鋼的單臂特點有助于降低整個系統的冷橋。裝配式保溫一體板同樣為非承重結構構件， 不承受建筑物載荷， 只承擔自重、 風壓、地震、溫差等產生的應力。具體如下表（表1）所示。

3 裝配式保溫一體板與裝配板塊的連接設計

傳統保溫一體板主要由保溫層、強力復合膠和飾面層組成，通過多層材料的夾芯組合形成一個單獨板塊，本工程裝配式建筑保溫一體板體系同樣歸類于夾芯保溫板類型，但為了使該保溫系統更加合理的融入裝配式外墻掛板體系，采用同步設計和安裝的方式，在連接構造上進行了優化，以達到幕墻裝配板塊和保溫體系在風壓、溫差、地震作用下同步變形和位移。

裝配式保溫一體板一般可分為兩種類型：

（1）第一種自身自帶骨架，自成體系，通過預留緊固件 在裝配單元上，施工中根據需求，可整體安裝也可后裝，優點是如部分材料供貨出現問題時不會受制約，其他部件照常安裝（如圖1所示）。

此類保溫一體板自身的構造內葉采用鋁鎂錳板，外葉為硅酸鈣板，芯層為100mm厚度保溫棉，通過自身的鍍鋅鋼龍骨固定。除自身體系的結構受力需滿足要求外，重點關注保溫一體板與裝配板塊之間的連接，考慮預埋預留的點位布置，裝配的誤差控制，組裝的難易，好的連接構造推薦設計為螺栓連接或者掛接形式，盡量避免焊接，為后期的保溫板維護提供更換便利。

（2）另一種則借用裝配單元的龍骨體系，將保溫材料融入到裝配單元，出廠即為一個整體板塊。

在支撐體系上，保溫一體板的龍骨共用裝配式外墻掛板的支撐龍骨，結構受力上是可行的，保溫系統外葉0.9mm鋁鎂錳板和內葉1.5mm鍍鋅鋼板分別固定在裝配龍骨的內外側，共同支撐夾芯層的保溫巖棉，整個保溫體系所有構件均在工廠與裝配式外墻掛板安裝成一體，同時運輸、同時吊裝、共同受力。

需要著重考慮的是此種類型的保溫一體板需避讓裝配式掛板自身的轉接構件和現場的轉接構件，裝配式外墻掛板在現場的安裝是通過轉接構件的螺接，保溫一體板應留出足夠吊裝空間和安裝操作空間，這就對保溫板設計和加工精度嚴格要求。

4 保溫一體板防水性能與密封性能的處理

保溫一體板不同構造類型的，會采用不同設計防水構造，但保溫一體板作為裝配幕墻板塊的組成部分，總的要求是不得降低裝配式幕墻的整體防水密封性能。保溫材料在與幕墻可靠連接的同時，必須進行封膠處理。

（1）針對借用裝配單元龍骨的保溫一體板類型，外葉0.9mm鋁鎂錳板與幕墻橫豎龍骨之間均布螺釘固定，并在釘頭處進行封膠處理 ，形成整個裝配系統的第二道防水體系。內葉1.5mm鍍鋅鋼板同樣采用螺釘均布帶膠打點固定在裝配幕墻單元的龍骨內側，起到支撐和保護夾芯層保溫棉的作用，同時對幕墻龍骨也是一種密封防護（如圖3所示）。

此種類型所有的防水和密封處理均在加工廠完成，整體出廠，有利于整個系統的性能的保證，現場吊裝完成后，周圈設置一道密封膠進行板塊間的密封，形成裝配式外墻掛板的內層密封，結合裝配板塊面層的第一道防水線，組成整個系統雙層防水系統。

（2）自帶龍骨自成體系的保溫一體板類型，主要考慮其自身的防水和與裝配板塊間的密封處理。保溫板自身的密封通常采用密封膠嵌縫來實現，在工廠組裝時即可完成。與裝配板塊的密封處理，可選擇膠條或密封膠嵌縫處理。

若保溫板與裝配板塊分開安裝，因二者間一般采用機械連接，保溫板位于裝配板塊內側，則采用膠條密封處理，預先在保溫板塊周圈設置膠條，現場只進行掛裝擰螺絲作業。采用膠條密封的另外一個目的主要用來吸收現場裝配板塊之間存在施工縫隙和安裝誤差，避免保溫板安裝完成后再次注膠。

若保溫板和裝配板塊在工廠組裝完成，密封膠條也可換為采用密封膠嵌縫處理，養護完成后整體吊裝，此種方式最為理想。總之使保溫一體板作為裝配式板塊的內層防水體系，保證整個裝配板塊的雙層防水系統。

5 保溫一體板作為室內裝飾面的要求

一套完整裝配式幕墻的板塊設計，必須考慮室內裝飾面的完整和美觀，本工程部分裝配板塊背后是沒有砌體墻的，也就是說裝配式幕墻板塊完成掛裝后，其背面即為室內可視的完成面，保溫一體板同時作為室內的內墻基礎面，表面進行抹灰處理即完成室內墻面的裝修。如下圖5所示：

此次分析的是清水混凝土+幕墻窗裝配板塊的保溫一體板體系，板塊位于清水飾面板塊的內側，保溫一體板內飾面采用12mm厚水泥纖維板，夾芯層為100mm厚度保溫巖棉，通過C性鋼龍骨進行組合固定。為避免現場動火作業，降低現場安裝難度，整體系統采用栓接裝配，事先在一體板內預留螺栓孔，與清水混凝土預留點位對應，采用不銹鋼螺栓與清水混凝土裝配板塊連接。

在實際安裝過程中，保溫一體板一個樓層內每一個單元分上下兩塊，采用密拼方式連接，以采光區窗為控制輪廓，進行保溫板和創型材之間的密拼交接處理，在相應裝配板塊轉接件位置，同樣需要考慮構件避讓問題。在類似這種多單元組合的集成式裝配系統，重點需要注意板塊的交接關系和安裝順序，盡可能保證室內不留死角，不遺漏二次施工工序。如下圖6所示：

6 裝配式保溫一體板的加工制作

完善先進的裝配式保溫一體板系統，除了設計方案的先進性，還需要后續完善完整的組裝方案和加工工藝。組裝圖、加工圖必須把細節描述清楚，在這個制作過程中會發現方案設計和機械加工之間往往是相互聯系的，保證裝配板塊性能的同時，考慮材料的寬度、厚度等規格對加工效率的影響，比如本次制作首樣過程中，因鋁鎂錳搬到超大（單張板達到1500x4500mm），雖說鋁鎂錳版生產沒問題，但是在運輸過程中易變形，工廠操作和再加工過程中極不方便，最后變更設計更改為組合板形式，兩塊板拼接錨固，順著迎水面搭接部位采用拉鉚釘帶膠固定。

裝配式板塊的精度控制十分重要，需要有明確的加工要求，一般包括對單獨構件的精度和整體板塊的精度的雙重控制，如線性尺寸、角度、孔位、組件的允許偏差和校核方法都應明確。針對保溫一體板，其性能的的保證往往都是構件間配合上的保證，100mm厚度的保溫巖棉就需要100mm以上的空間容量，鍍鋅鋼板和龍骨加的搭接長度，鋁鎂錳板在鋼龍骨上的固定位置必須有要求，包括螺釘的間距設置、構件開缺的尺寸把握，施膠的方式和尺寸，都需嚴格要求。

標準化、規范化的工廠管理是設計方案和加工方案得以實施的重要因素，嚴格執行樣板先行原則，首段首樣認可后方可進行后續批量加工。裝配式建筑的過程管理很大一部分是工廠的管控，是加工、組裝、運輸、配送的全過程管理，也是方案校核、設計修正、質量把控、社會效應、綠色節能的體現。

7 結束語

通過對副中心裝配式外墻保溫一體板的設計與加工的分析，我認為只有合理的設計才能做出合格的產品；才能讓建筑幕墻在建筑上體現它的生命。我國眾多建筑幕墻企業都在實行走出去的發展戰略，但難以改變“中國產品”給國內外帶來的粗制濫制、檔次偏低的不良印象，我們作為一個幕墻設計師應該做好本職工作，給后期的加工生產做好基礎，共同打造精品工程，方能提升國內外用戶眼中的我國建筑幕墻產品的形象。只有真正理解掌握裝配式建筑幕墻構集成性特點，才有可能展現裝配式幕墻產品“高檔次、高品位、高質量”的三高形象，真正成為產品信得過企業，為中國的幕墻事業的發展作出積極貢獻！

致謝

這次作為北京城市副中心的一名設計，在設計過程中學到了許多完善的設計理念和追求完美的工作態度。特別感謝幕墻專家魏東海在整個項目的方案設計和加工制作上的指導和幫助，同時感公司領導的支持和信任。由于學識尚淺，本文如有不正之處望指正。

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