文/無(wú)錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院 無(wú)錫環(huán)境科學(xué)與工程研究中心 李凱文

無(wú)錫汽車(chē)工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 紀(jì) 敏

無(wú)錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院 萬(wàn) 鑫

1 裝配式建筑概述

國(guó)內(nèi)建筑產(chǎn)能過(guò)剩，發(fā)展裝配式建筑有利于對(duì)外輸出產(chǎn)能。裝配式建筑形成新的產(chǎn)業(yè)集群，對(duì)去庫(kù)存和化解目前鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩的問(wèn)題起到關(guān)鍵作用。裝配式建筑在設(shè)計(jì)階段要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，在制作階段要實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化，在安裝現(xiàn)場(chǎng)要實(shí)現(xiàn)信息化、裝配化。傳統(tǒng)建筑行業(yè)產(chǎn)生大量建筑粉塵、施工噪聲、建筑垃圾等環(huán)境污染物，工廠生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)拼裝的裝配式建筑模式現(xiàn)場(chǎng)噪聲小、粉塵污染少，可更合理配置資源，達(dá)到節(jié)能環(huán)保目的。施工過(guò)程中裝配式建筑是可拆除的，90%建筑材料可回收再利用，比傳統(tǒng)建筑碳排放量降低35%以上。裝配式建筑實(shí)現(xiàn)了像造汽車(chē)一樣造房子，像賣(mài)汽車(chē)一樣賣(mài)房子，改變了傳統(tǒng)建筑模式，變建筑工人為產(chǎn)業(yè)工人，變工地為工廠，改變傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型的建筑模式，實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)升級(jí)。在提高質(zhì)量、合理加快工期、環(huán)保節(jié)能方面，工業(yè)化模式下的裝配式建筑有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，有利于我國(guó)建筑行業(yè)健康發(fā)展。裝配式建筑貫徹綠色發(fā)展理念，構(gòu)建城鄉(xiāng)生態(tài)體系屏障方略，樹(shù)立“綠水青山就是金山銀山”理念，優(yōu)化田園景觀資源配置，深度挖掘生態(tài)價(jià)值，統(tǒng)籌景觀功能和體驗(yàn)功能，凸顯宜居宜業(yè)的城鄉(xiāng)新特色。

2 以木材為主的結(jié)構(gòu)體系

2.1 木結(jié)構(gòu)建筑

木結(jié)構(gòu)是指以木材為主要受力體系的工程結(jié)構(gòu)，鋼材和水泥廣泛應(yīng)用前，木材是主要的建筑材料之一。木結(jié)構(gòu)在我國(guó)古代曾發(fā)展繁盛，榫卯連接的宮殿和廟宇層出不窮。隨著時(shí)代進(jìn)步和科技發(fā)展，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑采用新材料、新工藝和工廠化精準(zhǔn)生產(chǎn)，與傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑相比具有綠色環(huán)保、保溫節(jié)能、舒適耐久、結(jié)構(gòu)安全等優(yōu)勢(shì)，具有優(yōu)良的抗震隔聲性能，在某些方面比鋼筋混凝土和砌體結(jié)構(gòu)更優(yōu)越。

2.2 木混合結(jié)構(gòu)建筑

木混合結(jié)構(gòu)建筑是指木材與其他建筑材料共同形成受力體系的結(jié)構(gòu)工程，木結(jié)構(gòu)及木混合結(jié)構(gòu)除大量用于住宅、學(xué)校和辦公樓等中低層建筑外，也被大量用于大跨度建筑，如體育場(chǎng)、展覽館、圖書(shū)館、會(huì)議中心、商場(chǎng)和廠房等。最早的裝配式建筑可追溯到17世紀(jì)向美洲移民時(shí)期所用的木構(gòu)架拼裝房屋。木混合結(jié)構(gòu)體系大致分為以下2類(lèi)。

2.2.1 原木結(jié)構(gòu)體系

原木結(jié)構(gòu)采用形狀規(guī)格統(tǒng)一的圓形木、方木或膠合木構(gòu)件疊合制作，是集承重與圍護(hù)結(jié)構(gòu)于一體的木結(jié)構(gòu)體系，具有優(yōu)良的保溫、保濕、隔聲、水密、氣密等性能，原木建筑自身具有可呼吸性，能調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，適用于醫(yī)院、住宅、療養(yǎng)院、養(yǎng)老院、幼兒園、托兒所、體育建筑等。

2.2.2 膠合木結(jié)構(gòu)體系

膠合木結(jié)構(gòu)是采用20～45mm厚鋸材膠合而成的層板膠合木構(gòu)件制造的房屋結(jié)構(gòu)體系，墻體采用輕型木結(jié)構(gòu)、砌體墻、玻璃幕墻及其他混凝土或砌體等不燃結(jié)構(gòu)組成共同受力的結(jié)構(gòu)體系，上部木結(jié)構(gòu)與下部混凝土結(jié)構(gòu)通過(guò)預(yù)埋在混凝土中的螺栓和抗拔連接件連接實(shí)現(xiàn)木結(jié)構(gòu)中的水平剪力和木結(jié)構(gòu)剪力墻邊界構(gòu)件中拔力的傳遞，與下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，上部木結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，抗側(cè)剛度較小，具有下重上輕、下剛上柔的非均勻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

3 裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑

基于木結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)缺點(diǎn)，可采用鋼木混合結(jié)構(gòu)改善結(jié)構(gòu)性能，鋼木混合結(jié)構(gòu)指由木材與其他建筑材料共同形成受力體系的結(jié)構(gòu)工程，裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑在美國(guó)、歐洲、澳大利亞和日本等國(guó)應(yīng)用廣泛，高檔美觀的輕鋼別墅在歐美國(guó)家隨處可見(jiàn)，我國(guó)一些大城市也有很多獨(dú)棟住宅采用此種輕鋼結(jié)構(gòu)。裝配式鋼木結(jié)構(gòu)住宅將這種安全抗震和高品質(zhì)的輕鋼別墅在全國(guó)推廣，安全抗震和冬暖夏涼的新型輕鋼別墅在農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)快速進(jìn)入千家萬(wàn)戶，與城市居高不下的房?jī)r(jià)相比，建房過(guò)程快捷，通過(guò)自主設(shè)計(jì)平臺(tái)可輕松設(shè)計(jì)自己的專(zhuān)屬住宅，政府鼓勵(lì)這種新型節(jié)能抗震建筑大力推廣，以解決老百姓住房抗震安全、節(jié)能環(huán)保等問(wèn)題。裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑通過(guò)專(zhuān)業(yè)的工廠化生產(chǎn)，可進(jìn)行高精度質(zhì)量控制，裝配速度快，連接安全可靠，實(shí)現(xiàn)了建筑材料應(yīng)用的節(jié)能環(huán)保。裝配式鋼木結(jié)構(gòu)住宅不再是建筑工程，而是一種住宅產(chǎn)品，更是居家服務(wù)的開(kāi)始，完成后的建筑實(shí)體就是建筑產(chǎn)品，如商品房、寫(xiě)字樓等。裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑是經(jīng)多年研發(fā)形成的標(biāo)準(zhǔn)化成熟成套住宅體系，實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)、裝配化施工，現(xiàn)場(chǎng)裝配時(shí)間短，裝配式鋼木結(jié)構(gòu)住宅如同房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商出售的商品房，經(jīng)過(guò)精細(xì)化設(shè)計(jì)的整套住宅產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)組裝，靈活性更強(qiáng)。采用應(yīng)用最廣泛的輕鋼框架體系，相比其他輕鋼結(jié)構(gòu)體系有應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)、規(guī)范完善、設(shè)計(jì)驗(yàn)算過(guò)程成熟可靠等優(yōu)點(diǎn)。裝配式鋼木結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化施工，裝配率高，安裝簡(jiǎn)單快捷，連接可靠，施工質(zhì)量極易控制。裝配式鋼木結(jié)構(gòu)的梁柱受力體系可自由分隔，梁柱占用空間小，突出鋼結(jié)構(gòu)大開(kāi)間且可自由分隔的優(yōu)勢(shì)，可最大程度滿足用戶的個(gè)性化需求；所有建筑構(gòu)件均在工廠加工制作，全部采用智能化機(jī)械生產(chǎn)，相較現(xiàn)場(chǎng)施工，施工質(zhì)量更易控制，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系較成熟；裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑墻體整體預(yù)制保溫節(jié)能性能好，保溫層位于中間位置，厚度僅約150mm，此種裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑室內(nèi)空間更大。

4 裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用

4.1 定制化洋房

定制化洋房抗震、抗風(fēng)能力強(qiáng)，房屋受力體系為冷彎薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)，墻體采用歐松板作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，整體形成密肋結(jié)構(gòu)體系，房屋抗震性能好，體輕墻薄，由于總重量是傳統(tǒng)磚混建筑1/3～1/2，房屋基礎(chǔ)小，節(jié)省工程造價(jià)，房屋框架體系全在工廠流水線加工，現(xiàn)場(chǎng)組裝，加工速度快，每棟房屋的施工期為25～45d，比傳統(tǒng)磚混房屋施工周期短1/3～1/2。由于房屋采用綠色環(huán)保且可重復(fù)使用的材料，可有效減少環(huán)境污染，節(jié)省有限土地資源。定制化洋房造型、風(fēng)格多樣化，房屋可根據(jù)不同要求，設(shè)計(jì)成不同風(fēng)格的建筑形式，如歐洲、北美、維彩利亞、田園、現(xiàn)代、中式徽派等風(fēng)格。由于房屋墻體比傳統(tǒng)建筑的墻體薄，每棟房屋的實(shí)際使用面積比傳統(tǒng)房屋增加5%～10%。定制化洋房配件齊全，房屋配件全采用定型系列化，采用新型保溫隔聲復(fù)合窗，室內(nèi)裝修可按用戶喜好定制，房屋屋面防水采用SBS防水層上鋪瀝青彩色油氈瓦。

4.1.1 徽派建筑：徽風(fēng)雅苑

采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)建造方式，大大提高了建設(shè)速度，通過(guò)采用新型建筑材料，保溫隔熱效果更好，實(shí)現(xiàn)了冬暖夏涼效果，客廳270°觀景，全景視野陽(yáng)光、庭院美景被最大化引入室內(nèi)，2樓露臺(tái)具有可拓展空間，如有必要可改為小臥室、書(shū)房等其他用途。

4.1.2 經(jīng)典木屋：森林之歌

內(nèi)外墻、吊頂均采用進(jìn)口木板，外墻聚氨酯保溫材料，為極寒、極熱地區(qū)使用的最佳保溫材料，進(jìn)口內(nèi)外墻吸聲、絕熱、防腐、耐磨，房屋材料綠色環(huán)保，回收利用率達(dá)80%以上。

4.1.3 田園風(fēng)：鄉(xiāng)村別苑

超大觀景新型保溫隔聲復(fù)合落地窗，房屋配件全采用定型系列化，適用于旅游度假區(qū)。

4.1.4 美國(guó)風(fēng)情房屋

私家庭院，濃蔭環(huán)保，親近自然融入綠色生活，體輕墻薄，每棟房屋實(shí)際使用面積比傳統(tǒng)房屋多5%～10%，適用于新農(nóng)村、旅游區(qū)、園區(qū)等建設(shè)。養(yǎng)老扶貧房屋建筑面積121m2，有3套獨(dú)立住戶，配置獨(dú)立廚房、衛(wèi)生間，輕鋼復(fù)合保溫墻體，工期為15d，墻體保溫隔熱、隔聲，滿足用戶不同需求，適用于易地扶貧搬遷項(xiàng)目以及養(yǎng)老院、移民房等（見(jiàn)圖1）。

圖1 美國(guó)風(fēng)情房屋

4.1.5 新西蘭新型房屋

樣板房建筑面積為102m2，配有多個(gè)儲(chǔ)藏間，廚房、餐廳、客廳布局緊湊，功能合理，根據(jù)新西蘭房屋特點(diǎn)，屋檐寬大，提升了屋頂?shù)姆浪阅?，夏天太?yáng)高度角大時(shí)保證涼爽，冬天太陽(yáng)高度角小時(shí)保證光照。新西蘭屋面坡度一般不大，氣候適宜，屋頂罕有厚重積雪，適用于莊園、旅游區(qū)及居住區(qū)。

4.1.6 旅游度假產(chǎn)業(yè)房屋

建筑創(chuàng)意新穎，造型獨(dú)特，采用高效輕型薄壁型材，自重輕、強(qiáng)度高，建筑面積為75，85m2，屋面采用玻璃采光頂，適用于旅游度假區(qū)、莊園（見(jiàn)圖2）。

圖2 旅游度假產(chǎn)業(yè)房屋

4.2 移動(dòng)式建筑

移動(dòng)式建筑是一種新興建筑，是一種可方便組裝、移動(dòng)的居室，無(wú)須基礎(chǔ)，尺寸、層數(shù)、面積均可按住戶意愿定制，快速交貨。目前，移動(dòng)式建筑已在旅游景區(qū)配套、城市公共建筑、辦公室、建筑工地管理用房、廉租房等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。移動(dòng)式建筑的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是根據(jù)房屋所處環(huán)境不同，可根據(jù)需求進(jìn)行自由組裝和拆卸。與傳統(tǒng)建造方式相比，移動(dòng)式建筑采用工廠制造＋現(xiàn)場(chǎng)安裝模式，縮短大量施工工期，減少施工垃圾，有移動(dòng)房屋、移動(dòng)廁所和移動(dòng)警亭等。

4.2.1 移動(dòng)式房屋

移動(dòng)式房屋具有防護(hù)性高、抗震性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、可多次重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，價(jià)格相較普通住宅低廉很多，組裝工期很短，且不會(huì)產(chǎn)生大量建筑垃圾，在未來(lái)將成為替代傳統(tǒng)住房的新型住宅（見(jiàn)圖3）。

圖3 移動(dòng)式房屋

4.2.2 移動(dòng)式廁所

移動(dòng)式廁所是一種可方便組裝、移動(dòng)的建筑。移動(dòng)式廁所具有占地面積小、吊裝運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)，為無(wú)性別廁所，1個(gè)廁所有2個(gè)方便單間，專(zhuān)人看護(hù)且為水沖式。排泄物直接排入城市污水管（見(jiàn)圖4）。

圖4 移動(dòng)式廁所

4.2.3 移動(dòng)式警亭

移動(dòng)式警亭在工廠預(yù)制墻體、屋面等，按設(shè)計(jì)要求并根據(jù)周邊環(huán)境預(yù)先定制，能迅速組裝為成套警亭，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化生產(chǎn)，易于拆裝且可多次重復(fù)使用。移動(dòng)式警亭的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約資源，減少施工垃圾和裝修垃圾約99%，建材回收率比傳統(tǒng)建筑高70%，成組樓房的安裝比普通建筑的工期少50%以上，保溫性能是傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)房屋的2倍左右；移動(dòng)式警亭使用便捷，在工廠制作完成后，運(yùn)到目的地，安裝通電后即可使用；需要遷移時(shí)，連同房?jī)?nèi)物品一起整體遷移，到達(dá)目的地并放置到使用地點(diǎn)并安裝通電后即可使用（見(jiàn)圖5）。

圖5 移動(dòng)式警亭

移動(dòng)式警亭可根據(jù)用戶需求裝修，其舒適性完全可達(dá)到普通住宅精裝修的程度，有效改善戶外作業(yè)人員的工作環(huán)境。移動(dòng)式警亭以整體鋼結(jié)構(gòu)作為骨架，相較磚混結(jié)構(gòu)警亭，在抵抗自然災(zāi)害方面具有優(yōu)勢(shì)。外墻為獨(dú)特的復(fù)合外墻系統(tǒng)，最外層為50mm厚的聚氨酯保溫裝飾一體化板，有良好的保溫隔聲裝飾性能，強(qiáng)度很高且由螺栓固定，可經(jīng)受大地震沖擊，將鋼梁鋼柱包裹其中，有效避免外墻開(kāi)裂滲水及冷熱橋現(xiàn)象，中間層為鍍鋅龍骨，保證了外墻鋼度，80mm間隙可布管線，隔聲、隔熱且防水，可明顯降低固體傳聲，內(nèi)層采用無(wú)機(jī)輕質(zhì)墻體材料，有良好的防火、隔聲及保溫性能，裝飾性好。毛坯房?jī)?nèi)部與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墻體相似，看不到外露的鋼梁鋼柱，但隔聲、保溫及防火性能更好，也更環(huán)保健康，復(fù)合外墻系統(tǒng)在隔聲、保溫、防滲、防開(kāi)裂(插口式連接，不會(huì)開(kāi)裂)及抗震強(qiáng)度上要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)建筑。

5 裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑研究要點(diǎn)

5.1 保溫節(jié)能及隔聲技術(shù)

外墻采用50mm厚聚氨酯保溫材料，80mm空氣對(duì)流，100～120mm輕質(zhì)墻體材料，保溫性能符合極寒地區(qū)要求，合肥市高檔住宅小區(qū)外墻一般采用20mm厚聚氨酯保溫層，東北高檔小區(qū)一般采用50mm厚聚氨酯保溫層，上述材料及構(gòu)造有極佳隔聲效果，明顯高于傳統(tǒng)建筑，屋面采用50mm聚氨酯保溫層＋空氣對(duì)流＋吊頂，保溫、隔熱及隔聲性能高于傳統(tǒng)建筑和農(nóng)民的自建建筑。

5.2 防火技術(shù)

裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑耐火等級(jí)為4級(jí)，分戶墻采用150～180mm輕質(zhì)無(wú)機(jī)墻體，內(nèi)隔墻采用100～120mm輕質(zhì)無(wú)機(jī)墻體，鋼柱鋼梁采用內(nèi)隔墻包裹，耐火時(shí)間達(dá)2h以上。

5.3 樓面構(gòu)造

裝配式鋼木結(jié)構(gòu)樓面由樓承板及混凝土樓面組成，樓承板可節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)腳手架及支模時(shí)間，整體性好，隔聲、防水及可裝飾性較輕鋼龍骨組合樓板更佳。

5.4 屋面系統(tǒng)

由輕鋼屋架、屋面保溫防水系統(tǒng)及屋面裝飾系統(tǒng)組成，輕鋼屋架由高強(qiáng)度熱鍍鋅型鋼架組成，質(zhì)輕、高強(qiáng)，防腐性能好，與主體結(jié)構(gòu)有效連接。屋面保溫防水系統(tǒng)采用50mm厚聚氨酯復(fù)合板，優(yōu)于現(xiàn)有農(nóng)村建筑的屋面保溫效果，符合寒冷地區(qū)保溫要求，同時(shí)聚氨酯材料也是極好的隔聲材料，屋面采用聚氨酯復(fù)合板＋防水卷材＋瀝青瓦(或彩瓦)等3道防水，可防止屋面滲水，屋面裝飾層有瀝青瓦、彩瓦等多種材料選擇，起裝飾作用，同時(shí)作為屋面的第一道防水，外觀效果好，維修簡(jiǎn)單，同時(shí)，裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑可利用太陽(yáng)能。

6 結(jié)語(yǔ)

裝配式建筑施工速度快，制作精度高，環(huán)保隔熱效果好，實(shí)現(xiàn)了建筑工業(yè)化。裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑安裝簡(jiǎn)單快捷、連接可靠、梁柱受力體系梁柱占用空間小，可實(shí)現(xiàn)空間自由分隔，滿足用戶個(gè)性化需求。目前，裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑在全國(guó)推廣應(yīng)用，可用于定制化洋房、移動(dòng)式房屋等建筑。裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑在樓面構(gòu)造、屋面系統(tǒng)、保溫節(jié)能及隔聲技術(shù)和防火技術(shù)方面有待進(jìn)一步深入研究。