李棟 樊則森 張少彪 浦華勇 楚洪亮 吳自敏 / LI Dong, FAN Zesen, ZHANG Shaobiao, PU Huayong, CHU Hongliang, WU Zimin

中國首個鋼結(jié)構(gòu)裝配式被動式建筑實(shí)踐探索
——山東建筑大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合樓

李棟 樊則森 張少彪 浦華勇 楚洪亮 吳自敏 / LI Dong, FAN Zesen, ZHANG Shaobiao, PU Huayong, CHU Hongliang, WU Zimin

圖1 設(shè)計(jì)效果

本文系統(tǒng)地介紹了我國第一個鋼結(jié)構(gòu)裝配式被動式超低能耗建筑的設(shè)計(jì)及建造方法，拓寬了被動式超低能耗建筑的領(lǐng)域和范疇，并結(jié)合具體的實(shí)施情況進(jìn)行大膽的研究和創(chuàng)新，其中被動式超低能耗建筑鋼梁的保溫及氣密性處理方法、外窗內(nèi)嵌式安裝方法等均屬于國內(nèi)首次應(yīng)用實(shí)踐，是被動式超低能耗建筑在我國發(fā)展中的重大突破，為今后的類似工程提供了可借鑒的參考。

被動式超低能耗建筑 鋼結(jié)構(gòu) 裝配式 建造施工 內(nèi)嵌式安裝

1 引言

山東建筑大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合樓項(xiàng)目位于山東建筑大學(xué)新校區(qū)內(nèi)、圖書信息樓南側(cè)，總建筑面積9 721.05m2。本工程為地上6層，其中1、2層主要是實(shí)驗(yàn)室，3～6層主要為研究室（圖1）。該項(xiàng)目是被動式超低能耗建筑在我國發(fā)展中的一次創(chuàng)新性嘗試，是國內(nèi)首個鋼結(jié)構(gòu)裝配式的被動式建筑，為中德合作的被動式超低能耗示范項(xiàng)目、中國建筑股份有限公司科技示范工程，同時也是山東省第一批入選的被動式超低能耗綠色建筑示范工程。

該建筑為鋼框架結(jié)構(gòu)，采用60mm厚鋼筋桁架預(yù)制板和70mm厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土層疊合而成的裝配式樓板。外墻外保溫方案為200mm蒸壓加氣混凝土（Autoclaved Lighweight Concrete，ALC）外掛墻板，導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.18W/（m·K）；外覆200mmGPS（Graphite Enhanced Polystyrene，石墨聚苯板）保溫層，導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.033W/（m·K）。

項(xiàng)目遵循被動式超低能耗建筑的基本原則，采用了高隔熱保溫的圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系、無熱橋處理技術(shù)、氣密性保證技術(shù)、高效新風(fēng)系統(tǒng)、室內(nèi)舒適性控制技術(shù)、溫度濕度獨(dú)立控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

2 技術(shù)指標(biāo)

年供暖需求：≤15kWh/（m2·a）；

年制冷需求：≤25kWh/（m2·a）；

一次能源需求：≤120kWh/（m2·a）（包括：采暖、制冷、除濕、熱水、照明、設(shè)備輔助用電和電氣設(shè)備用能）；

室內(nèi)溫度：20～26℃；

相對濕度：40%～60%；

CO2含量：≤1 000ppm；

氣密性：n50≤0.6次/小時；

新風(fēng)要求：≥30m3/（h·人）；

外墻傳熱系數(shù)：0.14W/（m2·K）；

屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：0.14W/（m2·K）；

外窗及外門傳熱系數(shù)：≤1.0W/（m2·K）。

3 設(shè)計(jì)

3.1 建筑設(shè)計(jì)

（1）體形系數(shù)

本工程建筑體形系數(shù)為0.18，整體造型規(guī)整緊湊，無大型凹凸變化，無裝飾性構(gòu)件，體型設(shè)計(jì)合理。

（2）建筑朝向

建筑主體朝向接近南北向，朝向設(shè)計(jì)合理。

（3）窗墻比

建筑主要朝向的平均窗墻比和單房間最大窗墻比均在0.10～0.25范圍內(nèi)。

（4）平面設(shè)計(jì)

在建筑內(nèi)部形成了一個25.00m×4.65m的室內(nèi)中庭，中庭采用符合被動式超低能耗建筑要求的天窗，從而打破了傳統(tǒng)單廊式的辦公模式，不但豐富了室內(nèi)空間，而且為建筑內(nèi)部提供了自然通風(fēng)和采光（圖2）。

3.2 非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目的圍護(hù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)格按照技術(shù)指標(biāo)的性能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，并遵循被動式超低能耗建筑設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行無熱橋構(gòu)造設(shè)計(jì)和氣密性構(gòu)造設(shè)計(jì)。

屋面的傳熱系數(shù)為0.14W/（m2·K），其結(jié)構(gòu)由外向內(nèi)依次為：40mm厚C20細(xì)石混凝土、3mm厚SBS（Styreneic Block Copolymers，苯乙烯－丁二烯嵌段共聚物）改性瀝青防水卷材一道、30mm厚C20細(xì)石混凝土找平、220mm厚XPS（Extruded Polystyrene，擠塑聚苯板）、4mm厚SBS改性瀝青防水卷材一道（需隔汽）、20mm水泥砂漿找平層、30mm水泥憎水型珍珠巖找坡、20mm水泥砂漿找平層以及100mm鋼筋砼屋面板（圖3）。

外墻的傳熱系數(shù)為0.14W/（m2·K），其填充結(jié)構(gòu)由外向內(nèi)為：透氣性好的水性外墻涂料、外墻專用柔性膩?zhàn)印?mm抗裂砂漿、200mm厚GPS、專用飾面防水材料、200mm蒸壓加氣混凝土板、15mm水泥砂漿抹灰層以及海吉布（圖4）。

本項(xiàng)目為非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)，會產(chǎn)生熱橋的節(jié)點(diǎn)是墻角、陽臺與外墻交界處，屋頂與外墻交界處，樓板與外墻交界處，外墻和內(nèi)墻交界處，外墻柱基、穿墻管、雨水管支架、外遮陽支架、保溫釘?shù)?。對于結(jié)構(gòu)性熱橋墻角、陽臺與外墻交界處，屋頂與外墻交界處，樓板與外墻交界處，外墻和內(nèi)墻交界處，外墻柱基等處，采取的方式均為保溫層包覆，使結(jié)構(gòu)性熱橋系數(shù)小于0.01W/（m·K）。對于穿墻管道、雨水管支架、外遮陽支架等不可避免穿透保溫層的構(gòu)造，可根據(jù)無熱橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)（圖5）。

圖2 中庭位置示意

圖3 屋面構(gòu)造節(jié)點(diǎn)（局部展示）

圖4 外墻構(gòu)造節(jié)點(diǎn)（局部展示）

按照被動式超低能耗建筑氣密性設(shè)計(jì)原則，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一個包裹整棟建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密層，為15mm水泥砂漿抹灰層。項(xiàng)目采用鋼框架結(jié)構(gòu)外掛蒸壓加氣混凝土墻板的形式，預(yù)制墻板間縫隙是氣密性處理的難點(diǎn)。因此，提出在預(yù)制墻板板縫常規(guī)處理的基礎(chǔ)上，于室外側(cè)板縫間增設(shè)一道加強(qiáng)玻纖網(wǎng)格布，在室內(nèi)側(cè)設(shè)置砂漿氣密層并采用鋼絲網(wǎng)進(jìn)行抗裂處理，同時翻邊鋪設(shè)至樓面部位以保證其連續(xù)性等具體的解決方案（圖6、7）。

3.3 建筑外門窗及外遮陽設(shè)計(jì)

建筑門窗均滿足被動式要求，三層中空玻璃暖邊處理，選用高性能塑料型材，整窗（門）傳熱系數(shù)設(shè)計(jì)要求為1.0W/（m2·K），0.40≤SHGC（Solar Heat Gain Coefficient，玻璃太陽得熱系數(shù)）≤0.45，外門窗均為平開形式，氣密性等級不低于8級，水密性等級不低于4級。

被動式超低能耗建筑外門窗重量較大，基于結(jié)構(gòu)安全的考慮，將安裝方式設(shè)計(jì)為外窗內(nèi)置于墻板上、外門外掛在墻板上。但這增大了外窗的安裝熱橋，因此設(shè)計(jì)了外保溫覆蓋住大部分固定窗框，外窗與結(jié)構(gòu)墻之間的縫隙采用預(yù)壓密封帶密封，并在室內(nèi)外兩側(cè)分別粘貼防水隔汽膜及防水透氣膜。帶滴水線的外窗臺板避免了雨水侵蝕對保溫層的破壞，窗臺則選用耐久性好的鋁合金板，窗臺板與窗框之間采用結(jié)構(gòu)性連接，并用密封材料密封（圖8、9）。

西側(cè)外窗外側(cè)設(shè)計(jì)了電動百葉遮陽，以降低夏季西曬對室內(nèi)舒適性的負(fù)面影響及制冷負(fù)荷。外遮陽的安裝節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)充分考慮了無熱橋和氣密性設(shè)計(jì)要求。錨固件為專用塑料錨栓，與基墻連接處采用石棉墊，遮陽盒與墻體間采用預(yù)壓膨脹密封膠帶密封（圖10）。

3.4 新風(fēng)、末端及輔助供冷供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

綜合樓主要區(qū)域（包括實(shí)驗(yàn)室、研究室及門廳走廊）的室內(nèi)新風(fēng)量設(shè)計(jì)值均為30m3/（h·人）。項(xiàng)目采用雙冷源溫濕分控調(diào)節(jié)技術(shù)，夏季高溫冷源為主冷源，負(fù)責(zé)承擔(dān)全部室內(nèi)顯熱負(fù)荷和全部新風(fēng)負(fù)荷，低溫冷源（新風(fēng)機(jī)組自帶壓縮機(jī)）對新風(fēng)進(jìn)行深度除濕，除濕后的新風(fēng)承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷。

在項(xiàng)目1、3、5層分設(shè)一臺6 000m3/h的內(nèi)冷式雙冷源新風(fēng)機(jī)組（內(nèi)置冷源，全熱回收利用排風(fēng)冷凝），機(jī)組自帶板式熱回收，熱回收效率不小于75%。夏季，用15～19℃的高溫水進(jìn)行預(yù)處理，再由機(jī)組自帶的壓縮機(jī)進(jìn)行深度除濕，負(fù)責(zé)室內(nèi)濕度控制；冬季，新風(fēng)經(jīng)全熱回收裝置預(yù)熱，經(jīng)汽化式加濕器加濕后，可直接向室內(nèi)送風(fēng)。排風(fēng)在經(jīng)全熱回收后，直接排向室外。

新風(fēng)系統(tǒng)支管設(shè)電動調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)室內(nèi)CO2濃度調(diào)節(jié)控制新風(fēng)量和新風(fēng)機(jī)組的啟動。末端系統(tǒng)采用干式風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組，全年只進(jìn)行顯熱交換，負(fù)責(zé)室內(nèi)溫度控制。

夏季設(shè)計(jì)冷負(fù)荷378kW，冬季設(shè)計(jì)熱負(fù)荷140kW，供冷、供熱采用地源熱泵系統(tǒng)。夏季和冬季采用一臺高溫螺桿式地源熱泵機(jī)組，機(jī)組額定工況制冷量406kW，冷凍水供回水溫度16/21℃；過渡季或負(fù)荷較小情況下，可利用土壤余冷直接對末端設(shè)備制冷，機(jī)組額定工況制熱量369kW，空調(diào)熱水供回水溫度40/35℃。

4 裝配式被動房施工技術(shù)

4.1 非透明外圍護(hù)結(jié)構(gòu)

被動式超低能耗建筑的非透明外圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括外部墻體、屋面、女兒墻、地面等，主要施工內(nèi)容為外保溫系統(tǒng)的施工及與透明外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的交叉作業(yè)等工序。

圖5 部分無熱橋構(gòu)造節(jié)點(diǎn)（局部展示）

圖6 外墻垂直縫節(jié)點(diǎn)（局部展示）

圖7 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密層

圖8 外窗安裝構(gòu)造節(jié)點(diǎn)（局部展示）

圖9 外門安裝構(gòu)造節(jié)點(diǎn)（局部展示）

圖10 外遮陽安裝構(gòu)造節(jié)點(diǎn)（局部展示）

圖11 EPS保溫板從拐角處粘貼

圖12 EPS保溫板平面粘貼

4.1.1 外墻外保溫

長期實(shí)踐證明，由保溫材料、粘結(jié)砂漿、加強(qiáng)網(wǎng)格布和飾面砂漿等多層材料復(fù)合而成的外墻外保溫系統(tǒng)是一種能有效提高外墻保溫隔熱性能的系統(tǒng)解決方案。被動式超低能耗建筑外墻采用雙層保溫板分層錯縫敷設(shè)，基礎(chǔ)至+0.300m之間采用XPS粘貼；外墻標(biāo)高+0.300m之上采用GPS粘貼，樓層間設(shè)置一圈防火隔離帶。

保溫板施工前，為保證墻面的平整度和垂直度，需從屋頂在窗戶兩側(cè)吊豎直通線并在每層拉水平直線。同時根據(jù)外立面設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行保溫板排版，以節(jié)約材料、提高效率。陰陽角部位吊垂直線，保溫板起始、收口部位彈線并在粘貼過程中全程保留水平線。施工時，相鄰板應(yīng)擠緊齊平。根據(jù)排版尺寸裁割保溫板，從拐角處垂直錯縫連接，沿建筑物全高順直、完整（圖11）。保溫板以長邊水平鋪貼，以確保連續(xù)結(jié)合，上下兩排板盡可能豎向錯縫1/2板長（圖12），避免兩層板出現(xiàn)通縫，產(chǎn)生熱橋。

保溫板抹灰后應(yīng)及時粘貼，輕揉滑動就位，避免局部按壓受力。按上述要求粘貼完成后，用2m靠尺檢查其平整度（圖13）。每粘貼一塊保溫板后，應(yīng)及時清除板四周擠出的粘結(jié)劑，以避免該部位形成冷橋。所有洞口的板材均在地面統(tǒng)一裁割，使窗側(cè)保溫板形成平面的同時上下層錯縫（圖14）。保溫板粘結(jié)必須打邊灰，第一層采用點(diǎn)框法，第二層采用滿粘法（條粘法），且在第一層粘貼完成24h后，方可進(jìn)行第二層作業(yè)。

敷設(shè)保溫材料的外墻，通常應(yīng)在每層窗戶的上沿及樓層處設(shè)置寬度≥300mm的防火隔離帶，環(huán)繞一周，與窗框/門框上沿間的距離應(yīng)≤500mm，也可以直接（緊貼）設(shè)置于窗口的上方。防火隔離帶采用巖棉帶雙層錯縫滿粘，錯縫間距100mm，每層隔離帶寬度為450mm，縫隙灌注發(fā)泡劑填充。巖棉帶粘貼前，需6面涂抹防水界面劑以增強(qiáng)其防水性能，粘貼完成后需在其上抹護(hù)面砂漿并在中間壓入一道耐堿玻纖網(wǎng)格布，以對防火隔離帶補(bǔ)強(qiáng)。

保溫板與保溫板、各種墻體檐線、各種預(yù)埋件、進(jìn)出戶管件之間的縫隙中需盡量深地灌注聚氨酯發(fā)泡劑（圖15），使之稍凸出于墻面并保持平整面至干燥。當(dāng)?shù)诙颖匕逭迟N砂漿達(dá)到強(qiáng)度后，即可用斷熱橋保溫錨釘對保溫板進(jìn)行固定，固定位置宜選取板與板相交或板角等處，整板寬度方向居中，長度方向1/3、2/3處分別釘入錨釘，錨釘密度≥6個/m2（圖16）。

圖13 靠尺檢查平整度

圖14 保溫板上下層錯縫粘貼

圖15 板縫處灌注發(fā)泡劑

圖16 斷熱橋錨釘效果

圖17 雨棚節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

圖18 雨棚支撐梁方鋼龍骨安裝

圖19 雨棚支撐梁外包S50保溫板

圖20 防水卷材鋪設(shè)

圖21 雙層錯縫鋪設(shè)XPS

圖22 找坡層施工

圖23 排氣管及防水卷材鋪設(shè)

圖24 擠塑板敷設(shè)和發(fā)泡劑填縫

圖25 屋面巖棉防火隔離帶敷設(shè)

保溫板粘貼完畢24h且錨釘施工完成，確保表面平整、干凈、干燥，在陽角處安裝護(hù)角條，而后即可進(jìn)行防護(hù)面層施工。外墻護(hù)面砂漿硬化后對整個立面用膩?zhàn)诱移?、磨平，再選用專用柔性膩?zhàn)舆M(jìn)行分遍批刮2～3遍作業(yè)，在膩?zhàn)痈稍锖笠来瓮克?yōu)質(zhì)透氣性好的水性外墻底漆和面漆，若有分隔縫要求需粘貼分隔縫。

4.1.2 外墻上雨棚

外墻上雨棚為懸挑結(jié)構(gòu)，其支撐梁一端與結(jié)構(gòu)鋼梁焊接固定，另一端懸挑于室外，該部位極易產(chǎn)生熱橋，需做特殊處理（圖17）。雨棚懸挑支撐梁安裝完成后，需在其上焊接安裝方鋼龍骨（圖18），并采用自攻螺釘與外包S50防火保溫板固定。然后，在S50防火保溫板上雙層錯縫鋪設(shè)30mm×2厚的STP（Super-Slim Thinsulate Panel，超薄絕熱板）保溫板并使之完全包裹雨棚表面。雨棚保溫施工完成后，即可在其上進(jìn)行涂料及面層施工。雨棚上部需安裝朝向懸挑端流水坡度2%的鋼蓋板（圖19）。

4.1.3 地面

為增強(qiáng)抗裂性和整體性，在完成基礎(chǔ)填土施工后鋪設(shè)C6@250單層雙向鋼筋，然后澆筑120mm厚的C25剛性地面，并以塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)。在完成養(yǎng)護(hù)后，依次于其上抹素水泥漿一道和20mm厚的1:3水泥砂漿找平，再鋪設(shè)4mm厚的SBS改性瀝青防水卷材（搭接寬度＞100mm，圖20）。防水卷材施工完成后，在上面浮鋪一道0.4mm厚的塑料膜，隨后雙層錯縫鋪設(shè)2×110mm厚XPS（圖21）。

每層保溫板粘貼完成后，需仔細(xì)檢查板間縫隙，若縫隙寬度＞2mm則需灌注發(fā)泡劑并在其硬化后及時清理多余的發(fā)泡劑，達(dá)到與保溫板表面齊平。在保溫板上浮鋪一層0.4mm厚塑料膜，并鋪設(shè)C6@250單層雙向鋼筋，澆筑40mm厚C20細(xì)石混凝土保護(hù)層，并進(jìn)行表面收光處理。細(xì)石混凝土養(yǎng)護(hù)完成后，抹一道素水泥漿和20mm厚1:3干硬性水泥砂漿，鋪貼地磚并采用稀水泥漿擦縫。

4.1.4 屋面

屋面熱損較大，因此其保溫層厚度應(yīng)大于外墻的保溫層厚度，在設(shè)計(jì)和施工中均需注意氣密性構(gòu)造并避免熱橋。

屋面剛性樓板養(yǎng)護(hù)完成后，在其上抹20mm厚的1:2.5水泥砂漿對整個屋面進(jìn)行找平。然后，將水泥和憎水型膨脹珍珠巖材料按照1:6的重量比加水拌合均勻，滿鋪于找平層上，由北向南設(shè)置2%朝向雨水口的坡，南側(cè)起坡最薄處為30mm，拌合物達(dá)到強(qiáng)度則表明找坡層施工完成（圖22）。

由于珍珠巖和水泥硬化過程中會產(chǎn)生一定量的氣體，需每隔3m設(shè)置一個半嵌入排氣管以避免氣體隆起破壞找坡層。找坡層達(dá)到強(qiáng)度后，再抹20mm厚的水泥砂漿對整個找坡層做找平處理。然后，在找平層上敷設(shè)4mm厚的隔汽SBS改性瀝青防水卷材（圖23），進(jìn)行第一道防水施工。

隨后，在防水卷材上雙層錯縫敷設(shè)XPS，若XPS板件縫隙寬度＞4mm，需灌注泡沫發(fā)泡劑進(jìn)行填縫處理（圖24）。此外，屋面與女兒墻相接的部位，亦需緊貼女兒墻內(nèi)側(cè)敷設(shè)一圈厚度500mm、上下兩層錯縫100mm的水平巖棉防火隔離帶（圖25），并沿屋面邊緣圍繞一周。

在完成保溫板敷設(shè)的屋面上，采用30mm厚的C20細(xì)石混凝土進(jìn)行找平處理，并在找平層上加鋪一層塑料薄膜，防止屋面與女兒墻銜接處的水平巖棉防火隔離帶因浸水而被破壞?；炷翝仓瓿珊?，及時進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和表面收光處理。然后在找平層上鋪設(shè)3mm厚的改性瀝青防水卷材，完成第二道防水施工，最后澆筑細(xì)石混凝土面層。

圖26 女兒墻施工節(jié)點(diǎn)圖

4.1.5 女兒墻

女兒墻內(nèi)側(cè)應(yīng)與屋面同步施工，首先將屋面第一道防水卷材搭接至女兒墻體并使之延伸至墻頂，與屋面相交處需做防水附加層，并敷設(shè)水平巖棉防火隔離帶（圖26）。

屋面第一層巖棉板需緊貼女兒墻面，并在其上依次緊挨女兒墻敷設(shè)兩層GPS保溫板，兩層保溫板錯縫110mm，并與屋面巖棉防火隔離帶分層錯縫互鎖，若板間縫隙＞4mm需灌注發(fā)泡劑。屋面第二層防水應(yīng)上翻至女兒墻第二層保溫板，上翻高度＞250mm，保證女兒墻上的防水搭接寬度。粘貼時需吊豎直通線并拉水平直線，以保證保溫板粘貼在同一豎直平面上（圖27）。

保溫板粘貼砂漿達(dá)到強(qiáng)度后，在其上抹護(hù)面砂漿并在中間壓入一道耐堿玻纖網(wǎng)格布。將防水卷材與底部上翻的防水搭接，一直上延并上翻至女兒墻頂部壓頂保溫板上，而后進(jìn)行女兒墻內(nèi)側(cè)的第二道防水施工（圖28），最后涂抹涂料并做面層。女兒墻外側(cè)與外墻是一體的，具體施工做法與外墻一致。

內(nèi)外側(cè)保溫板粘貼完成后，即可進(jìn)行保溫板壓頂施工。首先采用膨脹螺栓在女兒墻頂固定金屬托架，承托其上的壓頂結(jié)構(gòu)，托架與墻體之間加設(shè)石棉墊塊以阻斷熱橋（圖29）。女兒墻頂部粘貼保溫板壓頂時，需設(shè)置10%朝屋面的坡，壓頂在水平方向上需超出女兒墻內(nèi)外兩側(cè)完成面50mm以上，然后在壓頂上抹護(hù)面砂漿，并在中間壓入一道耐堿玻纖網(wǎng)格布（圖30）。將女兒墻內(nèi)側(cè)防水上翻至壓頂上，以防止雨水從女兒墻頂滲入內(nèi)部，而后在壓頂上蓋成品鋁合金蓋板，其兩端需設(shè)有滴水構(gòu)造。

4.2 外露鋼結(jié)構(gòu)

目前，國內(nèi)許多建筑采用鋼框架結(jié)構(gòu)，因而出現(xiàn)了由鋼柱、鋼梁等鋼構(gòu)件與其他材料墻體共同組成的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，由于鋼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)大于混凝土等材料，所以需對被動式超低能耗建筑的外露鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊處理，以保證外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體氣密性和保溫隔熱性能。

圖27 女兒墻保溫板粘貼

圖28 女兒墻內(nèi)側(cè)第二道防水上翻至壓頂

圖29 壓頂托架下墊石棉墊塊

圖30 女兒墻保溫板壓頂施工

圖31 外露鋼梁角鋼安裝及填充巖棉板

圖32 外露鋼梁外包S50保溫板

圖33 外露鋼梁室內(nèi)側(cè)粘貼防水透氣膜

圖34 外露鋼梁室外側(cè)粘貼保溫板

鋼結(jié)構(gòu)安裝完畢后需及時噴涂防水涂料，然后在其（如鋼梁、鋼柱等）長度方向的翼緣內(nèi)側(cè)定距焊接安裝角鋼，并在H型兩側(cè)凹槽內(nèi)填充巖棉（圖31），而后采用自攻自鉆螺栓將S50保溫板與安裝角鋼固定，用鍍鋅鐵片將翼緣平面兩側(cè)的S50板連接固定（圖32）。最后，在S50保溫板上進(jìn)行掛網(wǎng)抹灰施工，抹灰厚度10～20mm，陰陽角處需加設(shè)護(hù)角條。

圖35 外挑陽臺節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

圖36 陽臺支撐鋼梁外包S50防火板

圖37 外挑陽臺底部STP保溫板粘貼

外露鋼結(jié)構(gòu)室內(nèi)側(cè)飾面施工完成后，需在其與貫穿墻板的鋼梁相交處粘貼防水透氣膜，以保證外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體氣密性（圖33），與其內(nèi)側(cè)相交的鋼構(gòu)件按照室內(nèi)做法施工。外露鋼結(jié)構(gòu)室外側(cè)抹灰，并雙層錯縫敷設(shè)保溫板（與外墻做法相同），需與整個外墻立面形成整體，最后進(jìn)行外墻外飾面施工（圖34）。

4.3 外挑陽臺

外挑陽臺的大部分結(jié)構(gòu)置于室外，且與外圍護(hù)結(jié)構(gòu)連通，因此可能是熱橋最為集中的部位。被動式超低能耗建筑的外挑陽臺通常采用懸挑支撐梁連接而板斷開的結(jié)構(gòu)斷熱橋設(shè)計(jì)方法，或者將陽臺設(shè)計(jì)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)里面，以盡可能地減少熱橋。若外挑陽臺梁板未采取結(jié)構(gòu)斷熱橋設(shè)計(jì)，則需采用保溫性能較好的保溫材料嚴(yán)密包裹整個外挑部分，避免產(chǎn)生熱橋（圖35）。

外挑陽臺底部懸挑支撐鋼梁需外包S50防火保溫板，梁側(cè)采用自攻螺釘將保溫板與內(nèi)側(cè)L40×4角鋼固定，梁底釘入直角鍍鋅鐵片將其固定（圖36）。陽臺上部采用1.3mm厚的專用粘結(jié)料，滿粘0.7mm厚聚乙烯丙綸（PE-PP）防水卷材。而后進(jìn)行陽臺保溫施工，采用A級防火等級的STP保溫板雙層錯縫鋪設(shè)，包裹整個外挑陽臺，每層厚度30mm，并需與外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的保溫材料緊密連接（圖37）。STP還可充當(dāng)防火隔離帶，需保證陽臺兩側(cè)的STP與沒有陽臺部分的層間防火隔離帶（巖棉）緊密連接，連接的有效高度為300mm。最后，在陽臺底部抹護(hù)面砂漿，中間壓入一道耐堿玻纖網(wǎng)格布，并進(jìn)行涂料面層施工。

而后進(jìn)行找坡層施工，采用C20混凝土邊澆筑邊抹平，找坡層的最薄處為30mm，坡度為2%，朝向懸挑端的雨水排水口；采用1:3的20mm厚水泥砂漿進(jìn)行找平層施工；待硬化后，用合成高分子防水涂料在其上涂刷1.5mm防水層；防水涂料干燥后，抹30mm干硬性水泥砂漿，并鋪設(shè)8～10mm厚的地磚。

圖38 窗框底部與附框間粘貼預(yù)壓密封帶

圖39 防水隔氣膜、預(yù)壓密封袋粘貼

圖40 防水隔汽膜粘貼

圖41 防水透氣膜粘貼

圖42 窗臺板安裝剔槽

圖43 外窗臺板與外墻縫隙處打膠

圖44 管道室內(nèi)防水隔汽膜粘貼

圖45 管道室外防水透氣膜及保溫施工

圖47 透氣管防水施工

圖48 透氣管周邊縫隙灌注發(fā)泡劑填充

圖49 紅外熱像儀檢查滲漏部位

圖50 鼓風(fēng)門氣密性測試

4.4 被動式外窗安裝

綜合樓外墻的蒸壓加氣混凝土板強(qiáng)度有限，不宜承受懸掛荷載，若選用外掛式安裝外窗會影響結(jié)構(gòu)安全、破壞外墻的使用功能；但蒸壓加氣混凝土板具有一定的保溫性能，外窗選擇內(nèi)置在外墻板上安裝不但可以滿足保溫的連續(xù)性，且經(jīng)計(jì)算符合被動式建筑節(jié)能要求。

窗戶和洞口之間操作空間狹小，因此需提前在操作間完成附框、固定鋅片的安裝及防水隔汽膜、預(yù)壓密封帶的粘貼。附框支立于洞口的底邊上，是窗戶的支墊結(jié)構(gòu)。

首先在附框與窗框接觸面上粘貼預(yù)壓密封帶，其緩慢膨脹后能較好地封堵兩者之間的縫隙，從而保證接觸面的密閉性，而后采用螺栓將附框與窗框底部固定（圖38）。

附框安裝完成后，沿窗框室內(nèi)側(cè)周圈纏繞并粘貼寬度＞30mm的防水隔汽膜。此外，需采用預(yù)壓密封帶纏繞并粘貼窗框一周，窗框在洞口中固定后，預(yù)壓密封帶緩慢膨脹，能夠?qū)烧唛g的空隙封堵嚴(yán)實(shí)（圖39）。安裝窗框時，采用螺栓在窗框側(cè)面居中安裝若干熱鍍鋅固定片，而后將窗戶放至洞口中并調(diào)整定位，采用自攻自鉆螺栓將固定鋅片的另一端與洞口加固角鋼連接固定。另外，在防水隔汽膜上均勻涂抹專用密封膠并擠走空氣，以封堵其與洞口側(cè)面的縫隙，保證整窗的防水密封性。以“打補(bǔ)丁”的方式覆蓋并緊密粘貼露出的固定鋅片和螺帽（圖40），然后進(jìn)行窗洞口內(nèi)側(cè)抹灰收面施工，完成窗框室內(nèi)側(cè)的處理。

窗框室外側(cè)的主要處理工序?yàn)榇虬l(fā)泡劑和粘貼防水透氣膜。當(dāng)窗框和洞口之間的預(yù)壓密封帶充分膨脹后，從室外向窗洞與窗框之間的空隙灌注發(fā)泡劑，應(yīng)避免窗框變形；將硬化的發(fā)泡劑刮至與窗框齊平，粘貼外側(cè)防水透氣膜，涂抹專用密封膠，將窗框和墻體粘接牢固并覆蓋間隙，窗角部位需打補(bǔ)丁加強(qiáng)密封（圖41）。

窗戶安裝完成后，在外墻上粘貼保溫板包裹窗框，使未被覆蓋的部分≤10mm。窗臺處需預(yù)留一定的坡度，以便安裝外窗臺板；窗戶室外側(cè)左、右兩下角處剔槽以便嵌入窗臺板兩端的凹槽（圖42）。安裝外窗臺板時，一端卡入窗框底部，采用螺釘將其與附框固定；另一端伸出外飾面＞20mm，并設(shè)滴水構(gòu)造。采用中性耐候密封膠封堵外窗臺板與外墻之間的縫隙（圖43），外窗臺板底部與保溫板之間的縫隙則采用預(yù)壓密封帶填充密實(shí)。

4.5 貫穿部位施工

管道等貫穿墻或樓板會破壞保溫層和氣密層的完整性和連續(xù)性，產(chǎn)生縫隙和熱橋。在設(shè)計(jì)初期應(yīng)盡可能地減少管道貫穿，對于無法避免貫穿的部位，需格外謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)，嚴(yán)格保證現(xiàn)場施工質(zhì)量，并對暴露在圍護(hù)結(jié)構(gòu)最外側(cè)的貫穿部位進(jìn)行防水處理。管道、風(fēng)井貫穿樓板處室內(nèi)側(cè)需進(jìn)行防水隔汽處理，使保溫氣密層嚴(yán)密包覆整個結(jié)構(gòu)，避免產(chǎn)生熱橋。

圖46 透氣管出屋面節(jié)點(diǎn)

4.5.1 管道穿外墻

管道穿外墻施工是被動式超低能耗建筑的一個關(guān)鍵技術(shù)，其施工質(zhì)量直接關(guān)系到外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能。外墻施工時，應(yīng)在設(shè)計(jì)位置預(yù)留出大于管道直徑且≥100mm的洞口，管道居中放置并用巖棉填塞與洞口間的縫隙。管道的室內(nèi)部分用防水材料包裹嚴(yán)實(shí)，與墻體進(jìn)行有效搭接后，用專用密封膠將防水隔汽膜與管道、墻體粘貼嚴(yán)實(shí)（圖44）。管道室外部分的做法與之相同。施工完成后在管道上周圈纏繞多道預(yù)壓膨脹密封帶，以封堵兩者間的縫隙，然后在管道外雙層錯縫粘貼保溫板（圖45），而后進(jìn)行室外面層施工。

4.5.2 透氣管出屋面

透氣管出屋面施工亦是被動超低能耗建筑的關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)，直接影響到屋面的保溫隔熱性能及屋面防水等使用功能。透氣管與屋面板洞口間的縫隙采用巖棉環(huán)密實(shí)填塞，其與巖棉之間的縫隙灌注發(fā)泡劑。然后套入外筒，用水泥砂漿將外筒底部與樓板抹灰固定（圖46）。

屋面鋪筑膨脹珍珠巖找坡層時，需將透氣管外筒周邊拍擊壓實(shí)并收面；進(jìn)行防水卷材施工時，需纏包透氣管外筒，并使泛水高度＞250mm（圖47）。透氣管與外筒之間的空隙填充聚氨酯發(fā)泡劑，并采用塑料薄膜保護(hù)外筒上口，以免雜物進(jìn)入。透氣管處保溫板應(yīng)切割成圓形并套入外筒，并灌注發(fā)泡劑將外筒與保溫板之間的縫隙填充嚴(yán)實(shí)（圖48）。透氣管處在澆筑細(xì)石混凝土保護(hù)層時應(yīng)以人工小心壓實(shí)，不得碰撞和擾動透氣管，然后安裝頂部風(fēng)帽，并將蓋板與透氣管頂部粘結(jié)牢固，防止雨水浸入透氣管。

5 氣密性測試

氣密性是被動式建筑的重要指標(biāo)、施工質(zhì)量驗(yàn)收的關(guān)鍵部分。在整個施工過程中，被動式建筑必須進(jìn)行不少于兩次的正式測試并出具報告。鼓風(fēng)門法是檢測建筑物氣密性的主要手段，檢測的核心參數(shù)是每小時的換氣次數(shù)n50，即室內(nèi)外正負(fù)壓差為50Pa時，每小時的空氣滲透量占建筑物內(nèi)部總空間的比率。鼓風(fēng)門實(shí)驗(yàn)之前，需將室內(nèi)的其他門、線盒、線箱等洞口滲漏源封堵嚴(yán)實(shí)，并利用紅外熱像儀檢查整個空間的滲漏部位，而后進(jìn)行細(xì)部封堵（圖49）。本項(xiàng)目選取多個室內(nèi)房間進(jìn)行鼓風(fēng)門氣密性測試的結(jié)果n50為0.26次，遠(yuǎn)小于技術(shù)指標(biāo)中要求的0.60次，氣密性能優(yōu)良（圖50）。

6 結(jié)語及思考

該項(xiàng)目是我國鋼結(jié)構(gòu)、裝配式與被動式建筑結(jié)合的首次創(chuàng)新實(shí)踐，將被動式建筑技術(shù)與鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑技術(shù)一體化設(shè)計(jì)與應(yīng)用結(jié)合，鋼結(jié)構(gòu)件及圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用工廠化生產(chǎn)和裝配式施工，形成了成套技術(shù)體系，整體性地解決了氣密性、無熱橋、保溫連續(xù)性等技術(shù)難題。通過項(xiàng)目的工程實(shí)踐和技術(shù)創(chuàng)新，積累了大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為今后的類似工程提供了可靠的借鑒。

（1）本工程充分考慮了鋼結(jié)構(gòu)與被動式、裝配式與被動式的技術(shù)特點(diǎn)，并將其有效地融合在一起，其中，鋼梁的保溫及氣密性處理方法、外窗內(nèi)嵌式安裝方法等屬于國內(nèi)首次應(yīng)用實(shí)踐，突破了被動式超低能耗建筑的相關(guān)技術(shù)瓶頸。

（2）項(xiàng)目實(shí)施的關(guān)鍵在于完善的設(shè)計(jì)、精細(xì)的施工及成熟完善的工程管理團(tuán)隊(duì)，此外，樣板培訓(xùn)房的實(shí)施也至關(guān)重要，這個過程能讓技術(shù)人員和操作人員最快地領(lǐng)悟被動式超低能耗建筑的設(shè)計(jì)理念和實(shí)施方法，從而顯著提高工程質(zhì)量。

（3）由于被動式超低能耗和裝配式的著眼點(diǎn)不同，二者結(jié)合會產(chǎn)生一定的沖突。氣密性是被動式超低能耗建筑的關(guān)鍵指標(biāo)，而裝配式建筑的圍護(hù)層難免會存在大量的安裝和拼接縫隙，且需要一定的彈性或擾度，氣密性不會很好；在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，被動式超低能耗建筑要求高保溫隔熱性能，而裝配式建筑圍護(hù)層會產(chǎn)生一些熱橋，這些都是需要進(jìn)一步深入研究的重要課題。

（4）本項(xiàng)目采用鋼框架結(jié)構(gòu)外掛蒸壓加氣混凝土墻板的整體裝配式形式，相比于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)被動式建筑有諸多技術(shù)創(chuàng)新與挑戰(zhàn)，且無同類案例參考，在實(shí)施中具有很大困難。具體包括：外掛預(yù)制墻板板間通縫、與樓板間通縫等保溫連續(xù)以及確保氣密等處理，被動式外窗與主體結(jié)構(gòu)連接處理，穿外墻鋼梁鋼柱保溫氣密處理等，這些都需要進(jìn)行不斷的研究及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

李棟，中建科技集團(tuán)有限公司總經(jīng)理

樊則森，中建科技集團(tuán)有限公司

張少彪，中建科技集團(tuán)有限公司

浦華勇，中建科技集團(tuán)有限公司

楚洪亮，中建科技集團(tuán)有限公司

吳自敏，中建科技集團(tuán)有限公司

2017-02-27

CHINA'S FIRST STEEL STRUCTURE FABRICATED PASSIVE BUILDING: AN EXPLORATION ON LABORATORY-TEACHING COMPLEXES OF SHANDONG JIANZHU UNIVERSITY

The design and construction method of the first steel structure fabricated passive building in China is presented in this paper. The practice of the project expands the field and category of the passive ultra-low energy consumption building. Many bold researches and innovations are carried out during the construction of the building. And among these ideas, the steel beam insulation and air tightness treatment and the embedded installation method of the windows are both the first time used in passive and ultra-low energy building. For this, it is a great breakthrough in the development of passive ultralow energy buildings and will provide a reference for the similar projects in the future.

Passive Ultra-Low Energy Building, Steel Structure, Fabricated, Construction, Embedded Installation