(吉林建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院，吉林長春130018)

吉林省裝配式高層住宅建筑設(shè)計研究

張廣平，劉茂剛

(吉林建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院，吉林長春130018)

該文圍繞吉林省裝配式高層住宅設(shè)計研究這一課題，首先對吉林省裝配式高層住宅建筑的發(fā)展狀況進行了簡要敘述，并對其建造特色進行分析。結(jié)合吉林省的氣候特點，對裝配式高層住宅建筑設(shè)計要點、單元戶型的優(yōu)化及外圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能構(gòu)造設(shè)計做了詳細解析和梳理，以期達到在降低工業(yè)化建造成本的前提下實現(xiàn)吉林省高層住宅產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

裝配式；高層住宅建筑；住宅產(chǎn)業(yè)

1 吉林省裝配式高層住宅發(fā)展狀況

隨著國家對建筑行業(yè)的宏觀調(diào)控，我國住宅產(chǎn)業(yè)逐漸由粗放型建造向標準化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。住宅建筑精細化設(shè)計、標準化生產(chǎn)是新時期經(jīng)濟發(fā)展的迫切需求。我國住宅工業(yè)化發(fā)展歷程較短，尚未形成成熟的標準化通用建筑模數(shù)體系，地域性的研究則更加受限。

鑒于我國東北嚴寒地區(qū)的氣候特點及吉林省裝配式高層住宅發(fā)展的廣闊前景，本文就吉林省裝配式高層住宅設(shè)計提出了若干建議，希望對吉林省的住宅工業(yè)化建設(shè)有一定的促進作用。

圖1 預(yù)制裝配式構(gòu)件生產(chǎn)、運輸、組裝過程

2 裝配式高層住宅建筑特色分析

2.1 標準化設(shè)計

裝配式高層住宅的標準化設(shè)計建立在一定的模數(shù)基礎(chǔ)之上，利用模數(shù)數(shù)列控制建筑體量及建筑構(gòu)件的尺寸。通過模數(shù)間的相互協(xié)調(diào)來實現(xiàn)建筑構(gòu)件模塊化的組合，根據(jù)建設(shè)要求實現(xiàn)裝配式高層住宅的標準化設(shè)計。

2.2 工業(yè)化建造

高層住宅的工業(yè)化建造是將大量的建筑構(gòu)件在工廠內(nèi)生產(chǎn)完成，然后將加工好的構(gòu)件打包運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，再通過可靠的連接方式將其組裝而成（圖1）。與傳統(tǒng)的施工工藝相比，高層住宅工業(yè)化建設(shè)受氣候條件影響小，地域適應(yīng)性強，可有效地減少建筑施工對周圍環(huán)境的影響。

2.3 部品化生產(chǎn)

裝配式高層住宅的部品化生產(chǎn)是以提高住宅建筑部品間的互換性和通用性為目的，以優(yōu)化參數(shù)組合和連接技術(shù)規(guī)定為根據(jù)，采用模數(shù)化、標準化、通用化的設(shè)計工藝，來滿足建筑部品制造工廠化、施工裝配化的要求。

高層裝配式住宅的部品化加工是住宅工業(yè)化發(fā)展較為關(guān)鍵的一步，將部分施工工序轉(zhuǎn)移到工廠中完成，這樣既能提高住宅生產(chǎn)效率，又能促進產(chǎn)品配套體系的系統(tǒng)集成。

3 裝配式高層住宅建筑設(shè)計要點解析

依據(jù)吉林省特殊的氣候特征及裝配式住宅建筑的設(shè)計特點，將裝配式高層住宅的整個設(shè)計周期劃分為五個階段，并對每個階段的設(shè)計要點做簡要敘述。具體內(nèi)容如下（設(shè)計流程可參考圖2）。

3.1 方案概念設(shè)計階段

設(shè)計單位應(yīng)明確工作的主要內(nèi)容：在裝配式住宅方案設(shè)計的細節(jié)方面，業(yè)主應(yīng)與建筑師進行深入交流，根據(jù)前期的技術(shù)策劃路線確定住宅平面和立面設(shè)計準則。平立的面設(shè)計除了要滿足我國嚴寒地區(qū)使用要求外，還要保證套型設(shè)計的模數(shù)化、標準化，立面設(shè)計的個性化，并遵循預(yù)制構(gòu)件“少規(guī)則、多組合”的設(shè)計原則。

圖2 預(yù)制裝配式住宅設(shè)計流程參考圖

3.2 方案報建階段

這一階段要求完成以下幾項內(nèi)容：根據(jù)項目要求初步確定預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計標準，進而確定相應(yīng)的構(gòu)件形式；對平面及立面構(gòu)件進行初步拆分，并提出修改意見；確定裝配結(jié)構(gòu)的裝配體系比例上限，減少裝配體系對建筑容積率的影響。

3.3 總體設(shè)計階段

做好預(yù)制率和外墻面積的計算，建筑、機電等相關(guān)專業(yè)應(yīng)相互協(xié)作協(xié)同設(shè)計。在充分考慮設(shè)備的預(yù)設(shè)預(yù)埋的基礎(chǔ)上，對預(yù)制構(gòu)件進行優(yōu)化設(shè)計，分析影響其成本的因素，從經(jīng)濟的角度進行專項評估，進而制定相應(yīng)的技術(shù)方法，并通過當?shù)叵嚓P(guān)政府部門的審批。

3.4 施工圖設(shè)計階段

在總體設(shè)計階段的基礎(chǔ)之上制定相應(yīng)的技術(shù)實施方案并進行深化設(shè)計，完成建筑構(gòu)件的拆分、保證建筑部品的預(yù)制裝配率；在施工圖設(shè)計過程中，各個專業(yè)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)所提供的預(yù)制構(gòu)件、設(shè)備設(shè)施、內(nèi)裝部品等預(yù)制部分的設(shè)計參數(shù)，來實現(xiàn)各個專業(yè)預(yù)留預(yù)埋的要求。建筑專業(yè)在這一階段要著重處理好預(yù)制構(gòu)件及預(yù)制部品連接處的防水、防火、隔聲、保溫等事項的設(shè)計要求。

3.5 構(gòu)件深化設(shè)計階段

此設(shè)計過程應(yīng)根據(jù)吉林省的氣候特點選取合適的構(gòu)件加工材料，預(yù)制構(gòu)件加工企業(yè)應(yīng)配合構(gòu)件設(shè)計單位完成構(gòu)件設(shè)計圖紙。建筑專業(yè)需根據(jù)設(shè)計要求控制預(yù)制構(gòu)件的出圖尺寸。

4 吉林省裝配式高層住宅產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計

裝配式住宅產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)結(jié)合吉林省常用戶型的特點，考慮住宅建筑的保溫性能。在對我國嚴寒地區(qū)常用戶型研究的基礎(chǔ)之上，筆者對吉林省裝配式高層住宅產(chǎn)品設(shè)計提出了幾點建議，具體內(nèi)容如下。

4.1 平面設(shè)計標準

預(yù)制裝配式高層住宅建筑平面方案設(shè)計應(yīng)根據(jù)當?shù)氐臍夂蛱攸c，遵循裝配式住宅的標準化設(shè)計原則，統(tǒng)一戶型內(nèi)模塊的尺寸標準，完善裝配式住宅配套應(yīng)用技術(shù)，提升項目品質(zhì)，降低建造成本。

4.2 平面戶型模塊及其靈活的組合形式

平面設(shè)計可以通過研究符合裝配式結(jié)構(gòu)特性的模數(shù)系列，形成一定標準化的功能模塊，再結(jié)合實際的定位要求形成適合工業(yè)化建造的戶型模塊，由戶型模塊再組合形成最終的單元模塊。標準功能模塊和戶型多樣化組合詳見圖3。

圖3 標準功能模塊和戶型多樣化組合

4.3 功能模塊布局

選用大開間的建筑平面布局方式，合理布置各功能模塊空間的位置（客廳、臥室、廚房、餐廳、衛(wèi)生間），強調(diào)住宅內(nèi)部空間布局的靈活性、可變性、舒適性。減少室內(nèi)結(jié)構(gòu)墻體的出現(xiàn)，室內(nèi)各功能模塊的劃分盡量使用工廠加工完成、易于組裝的隔墻構(gòu)件，并保證套內(nèi)各功能空間分區(qū)明確、布局合理、動線流暢。

4.4 廚衛(wèi)設(shè)計

廚房、衛(wèi)生間以集中設(shè)置為宜，這樣便于集中安裝豎向管井和豎向通風裝置。在裝配式戶型設(shè)計中，廚房、衛(wèi)生間為首要標準化設(shè)計的對象，在廚衛(wèi)已有的標準化設(shè)計的基礎(chǔ)之上分割出其他的功能區(qū)間（臥室、客廳、餐廳等）。結(jié)合廚衛(wèi)已有的部品集成體系和標準化設(shè)計，優(yōu)化各功能模塊空間的布局集成，這也為整體式衛(wèi)生間的安裝和工廠化生產(chǎn)提供了實踐基礎(chǔ)。

4.5 交通空間設(shè)計

交通空間宜集中設(shè)置，有其固定的生產(chǎn)模數(shù)，外形公正、組合靈活、形式簡潔（主要形式如圖4）。與戶型模塊組合便利且適應(yīng)性強，交通模塊在設(shè)計中盡量與功能模塊保持一致，進行平移復(fù)制，不要鏡像。否則將增加構(gòu)件形式，提高建造成本，降低生產(chǎn)效率。

圖4 裝配式住宅常用的樓梯形式

高層預(yù)制裝配式住宅平面是住宅建筑設(shè)計的開始，要從設(shè)計的最前端開始控制住宅建造的成本。實現(xiàn)住宅建筑部品工廠化生產(chǎn)，平面設(shè)計是開始的第一步，合理的平面設(shè)計將有力的推動住宅工業(yè)化建設(shè)的發(fā)展。

5 吉林省裝配式高層住宅建筑外圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能構(gòu)造設(shè)計

吉林省冬季嚴寒且漫長，做好住宅建筑的保溫處理，可大幅度地節(jié)約能源消耗。住宅建筑冬季能耗的流失主要是通過其外圍護結(jié)構(gòu)，故對預(yù)制外墻板、門窗、陽臺板、屋面等構(gòu)件的保溫處理將會直接影響到住宅建筑的節(jié)能效益。

5.1 預(yù)制外墻板節(jié)能構(gòu)造設(shè)計

預(yù)制外墻板保溫構(gòu)造主要分為兩類，一類是自保溫，另一類是材料保溫，吉林省通常采用后者。材料保溫主要是指通過附加保溫層來達到保溫隔熱的效果，根據(jù)保溫層所處的位置，預(yù)制外墻板可分為外保溫、內(nèi)保溫和夾芯保溫三種形式。圖5為三種保溫形式常用的構(gòu)造節(jié)點設(shè)計。

圖5 預(yù)制外墻板保溫構(gòu)造形式

保溫層在預(yù)制外墻板的拼接處會發(fā)生斷開，無法形成完整的保溫面，容易造成熱量流失，不能很好地起到節(jié)能保溫的作用。為了保證裝配式高層住宅的保溫性能，應(yīng)在預(yù)制外墻板的連接處做保溫處理。常用的方法為向連接縫內(nèi)噴射聚氨醋發(fā)泡劑，或結(jié)合防水措施在縫內(nèi)嵌填保溫材料(圖6)。

圖6 板縫內(nèi)設(shè)保溫材料

5.2 預(yù)制門窗節(jié)能保溫構(gòu)造設(shè)計

在住宅建筑外圍護結(jié)構(gòu)部件中，門窗的絕熱性能最差，也是影響室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量和建筑節(jié)能的主要因素之一。據(jù)統(tǒng)計，在供暖的條件下，冬季單窗所損失的熱量約占總供熱負荷的40%左右。從住宅建筑節(jié)能的角度看，外窗一方面是高能耗構(gòu)件，另一方面也是室內(nèi)得熱構(gòu)件，即太陽光透射入室內(nèi)而獲得太陽熱能。因此，在對裝配式住宅門窗進行加工時，應(yīng)該根據(jù)吉林省的氣候條件、功能要求來確定相應(yīng)的構(gòu)造技術(shù)，以便取得良好的節(jié)能效果（圖7）。

圖7 外窗下框保溫構(gòu)造設(shè)計

5.3 預(yù)制陽臺板保溫構(gòu)造設(shè)計

陽臺是住宅建筑中不可缺少的室內(nèi)外過渡空間，人們可以利用陽臺從事各類家務(wù)活動。預(yù)制陽臺按其對外的關(guān)系可分為開敞式陽臺和封閉式陽臺，目前吉林省主要采用封閉式陽臺，以阻擋冷風直灌室內(nèi)。鋼筋混凝土陽臺板導(dǎo)熱系數(shù)大，嵌入墻內(nèi)易形成冷橋，在嚴寒地區(qū)應(yīng)盡量避免，預(yù)制陽臺構(gòu)件生產(chǎn)時還應(yīng)著重考慮其保溫性能（圖8）。

圖8 預(yù)制陽臺板保溫構(gòu)造設(shè)計

5.4 預(yù)制屋面保溫構(gòu)造設(shè)計

北方寒冷地區(qū)室內(nèi)外溫差較大，熱量主要通過外圍護結(jié)構(gòu)向外散失，特別是處于頂層的住戶對外接觸面大，熱量散失嚴重。故對屋頂進行工廠化生產(chǎn)時應(yīng)注重對其的保溫處理，屋頂?shù)谋貥?gòu)造有多個層次，主要有結(jié)構(gòu)層、找平層、結(jié)合層、隔汽層、保溫層、防水層等，如圖9。

圖9 平屋頂保溫構(gòu)造設(shè)計

6 結(jié)論

發(fā)展裝配式高層住宅建筑是吉林省建設(shè)行業(yè)推動“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級”的重要舉措，也是轉(zhuǎn)變城市建設(shè)模式、建設(shè)節(jié)約型城市社會的現(xiàn)實需要。本文涉及的內(nèi)容有限，更多相關(guān)課題的探索還需要相關(guān)企業(yè)、科研、設(shè)計等單位相互協(xié)作完成。

[1]胥曉睿.預(yù)制裝配式高層住宅設(shè)計與綠色施工[J].綠色施工，2016（1）：97-99.

[2]張傳生，張凱.工業(yè)化預(yù)制裝配式住宅建設(shè)研究與應(yīng)用[J].住宅產(chǎn)業(yè)，2012（6）：24-28.

[3]栗新.工業(yè)化預(yù)制裝配式(PC)住宅建筑的設(shè)計研究與應(yīng)用[J].建筑施工，2008（3）：201-203.

[4]楊朝躍，王磊.建筑工業(yè)化住宅裝配式(PC)技術(shù)應(yīng)用[J].建筑安全，2015（3）：4-9.

責任編輯：孫蘇，李紅

Study on Assembly Residential High-rise Design in Jilin Province

Based on the subject of assembly residential high-rise design in Jilin,its development status is briefly depicted and its construction features are analyzed.Combined with the climate characteristics of Jilin province,the key design points,housing optimization and the energy conservation design for exterior retaining structures of assembly residential high-rises are analyzed in detail.It hopes to realize its healthy development on the premise of reducing industrialized construction cost.

assembly;residential high-rise;residence industry

TU756

A

1671-9107（2016）12-0005-03

基金論文：該文為住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科研項目“吉林省普適性裝配式混凝土結(jié)構(gòu)住宅建筑標準化設(shè)計研究”（項目編號：2015-K2-024）論文成果。

10.3969／j.issn.1671-9107.2016.12.005

2016-09-08

張廣平（1972-），女，吉林長春人，本科，一級注冊建筑師，教授，主要從事建筑設(shè)計及其理論和建筑技術(shù)科學(xué)研究。

劉茂剛（1990-），男，山東荷澤人，碩士研究生，主要從事建筑設(shè)計及其理論和建筑技術(shù)科學(xué)研究。