唐麗 王越

中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院有限公司

1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的綠色設(shè)計發(fā)展理念

1.1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展優(yōu)勢

1.1.1 政策優(yōu)勢

大力發(fā)展裝配式建筑，是深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、加快建筑行業(yè)升級優(yōu)化的重大舉措。近年來，國家多次出臺政策、頒布圖集，鼓勵裝配式建筑健康發(fā)展。目前，各個建筑類型中均已出現(xiàn)大量裝配式建筑實(shí)例。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑，兼具裝配式建筑與鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)勢，同時可以緩解我國鋼鐵產(chǎn)能過剩的現(xiàn)狀。國務(wù)院在《關(guān)于鋼鐵行業(yè)化解過剩產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)脫困發(fā)展的意見》中明確提出，要推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)建筑，提高鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用比例。

1.1.2 質(zhì)量優(yōu)勢

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑具有優(yōu)秀的抗震性、抗風(fēng)性、可修復(fù)性，能夠提高建筑的安全性能。相比混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)建筑自重更輕，可以節(jié)約基礎(chǔ)造價；力學(xué)性能更優(yōu)越，便于實(shí)現(xiàn)大空間靈活分隔的要求。

1.1.3 效率優(yōu)勢

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件更易于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和現(xiàn)場拼裝，可以大幅提高施工速度、縮短工期、節(jié)約時間成本，具有明顯的效率優(yōu)勢。

1.1.4 可持續(xù)性優(yōu)勢

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在節(jié)能環(huán)保方面具有諸多優(yōu)勢：鋼材本身具有良好的可回收性；鋼結(jié)構(gòu)施工過程中減少了水泥、砂、石的使用量；可以有效減少建造過程中與建筑廢棄后產(chǎn)生的垃圾。裝配式鋼結(jié)構(gòu)的推廣有利于降低施工污染，提高建造效率，保證施工質(zhì)量和安全管理水平，符合可持續(xù)性發(fā)展理念。

1.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景

裝配式鋼結(jié)構(gòu)具有諸多優(yōu)勢，并受到政策的支持，具有良好的發(fā)展前景，已廣泛應(yīng)用于各類型建筑。特別是在大跨度會展建筑、體育建筑中，輕鋼結(jié)構(gòu)的靈活性具有明顯的優(yōu)勢。

目前，大型鋼結(jié)構(gòu)公共建筑的裝配式技術(shù)多局限于主體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，削弱了裝配式技術(shù)的優(yōu)勢。因此，在未來的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計過程中，應(yīng)更多考慮裝配式技術(shù)在外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)中的應(yīng)用，減少二次砌筑等濕作業(yè)，全面發(fā)揮裝配式技術(shù)的優(yōu)勢，在全專業(yè)、全生命周期范圍內(nèi)，推行一體化集成設(shè)計。積極應(yīng)用綠色建筑技術(shù)，實(shí)現(xiàn)綠色化建造、運(yùn)營和維護(hù)。

下面將以宜都市會展中心項目為例，探討裝配式鋼結(jié)構(gòu)在大型公共建筑中的綠色化設(shè)計應(yīng)用。

2 宜都市會展中心項目的綠色化設(shè)計實(shí)踐

2.1 項目基本概況

1 宜都市會展中心

宜都市會展中心項目（圖1）位于宜都市民活動中心西地塊南側(cè)。宜都市民活動中心在宜都市主城區(qū)西北的三江新城內(nèi)，清江與漁洋河交匯處，景色優(yōu)美，交通便利（圖2）。場地西側(cè)為待規(guī)劃地塊，南側(cè)和東側(cè)緊鄰規(guī)劃道路，北側(cè)為園區(qū)濱水景觀帶。會展中心呼應(yīng)地形，在臨道路一側(cè)布置展廳，營造完整的城市形象面。臨水一側(cè)靈活布置商業(yè)空間，充分利用園區(qū)景觀資源，尺度宜人。同時，分別應(yīng)對城市界面與水景界面，對空間體量進(jìn)行切分，自南向北形成化整為零的體量序列，與環(huán)境形成良好的互動關(guān)系。整座建筑形象現(xiàn)代端正，與自然和諧共處，與園區(qū)意象統(tǒng)一，富有趣味（圖3）。

會展中心由南側(cè)的展廳與北側(cè)的商業(yè)內(nèi)街組成。其中，1#樓位于南側(cè)，橫貫地塊東西，由兩個大展廳和四周的附屬用房組成。1#南側(cè)展廳采用張弦桁架結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)大跨度單層展示空間，北側(cè)為二層輕鋼結(jié)構(gòu)，布置前廳、辦公、設(shè)備用房等，并包含部分商業(yè)功能，與北側(cè)的2#、3#樓形成商業(yè)內(nèi)街。2#、3#樓置于用地北側(cè)，采用輕鋼結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造出靈活有趣的商業(yè)空間。二層部分通過天橋與1#北側(cè)商鋪相連，商業(yè)街上方設(shè)有蓮葉傘狀構(gòu)筑物，起到遮陽效果，營造豐富有趣的灰空間（圖4，5）。

2 項目區(qū)位

3 宜都市會展中心總平面圖

4 會展中心項目鳥瞰

2.2 方案設(shè)計理念

2.2.1 展商結(jié)合，園區(qū)共享車位綠化

會展中心項目兼具會展與商業(yè)兩種公共服務(wù)功能。展覽活動為園區(qū)帶來宣傳效果；商業(yè)功能為園區(qū)帶來人氣，同時為參展與觀展人群提供良好的服務(wù)支持。在非展覽期間，商業(yè)功能的融入保持了園區(qū)活力的持續(xù)性。

會展中心位于宜都市民活動中心園區(qū)內(nèi)，與其他場館共享停車、綠化空間，提高了室外公共空間的使用效率。

2.2.2 展期與非展覽期的全時段利用

會展建筑屬于間歇性使用的建筑類型——展覽期間人氣旺盛，非展覽期間易被閑置。為避免優(yōu)質(zhì)空間資源浪費(fèi)，本項目將跨度、凈高充足的展廳空間兼作全民運(yùn)動場所使用。設(shè)計中充分考慮作為室內(nèi)運(yùn)動場館的設(shè)備與場地預(yù)留，可以在非展覽期為市民提供籃球、羽毛球、乒乓球等各類運(yùn)動場地，突破了建筑單體的使用局限，解決了會展建筑閑置期運(yùn)營問題，同時創(chuàng)造了良好的市民活動氛圍（圖6）。

5 會展中心平面示意圖

6 非展覽期間展廳兼做全民運(yùn)動場館

7 會展中心立面模數(shù)

8 豐富的立面效果

2.3 綠色建筑技術(shù)

會展中心作為當(dāng)?shù)卮笮凸步ㄖ哂械貥?biāo)性特征，在實(shí)現(xiàn)綠色化設(shè)計與建造方面進(jìn)行了積極的探索，主要包含以下幾個方面。

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，模數(shù)化劃分

會展中心以16m為主要模數(shù)布置展覽空間的結(jié)構(gòu)桁架，并以8m、4m為輔助模數(shù)，對建筑立面及商業(yè)部分的平面進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分，使整棟建筑兼具大尺度空間的氣勢與小尺度空間的親切（圖7）。展廳采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，兩個標(biāo)準(zhǔn)化展廳之間可分可合，滿足大空間要求，適應(yīng)各種規(guī)模的展覽活動。

會展中心立面主要采用玻璃幕墻與金屬幕墻。透明部分采用豎明橫隱式玻璃幕墻，實(shí)現(xiàn)大空間的通透感；非透明部分采用不同紋理的鋁板幕墻，實(shí)現(xiàn)立面效果的豐富性。施工圖設(shè)計中，對立面幕墻進(jìn)行劃分，充分考慮幕墻分格與立面模數(shù)、開啟扇尺寸、通風(fēng)面積的關(guān)系，以便幕墻公司在深化中準(zhǔn)確預(yù)埋。模數(shù)化的應(yīng)用控制了構(gòu)件的規(guī)格種類，降低了模板制作的成本（圖8）。

2.3.2 大跨輕鋼結(jié)構(gòu)，裝配率高

會展中心為大型裝配式鋼結(jié)構(gòu)公共建筑，展廳部分采用大跨度張弦桁架體系，總長度256m，跨度69.6m，主桁架以16m為模數(shù)進(jìn)行布置（圖9）。中部和左右兩側(cè)端部設(shè)置平面次桁架，縱向設(shè)置支撐桁架，作為主桁架的側(cè)向支撐，保證主桁架的平面外穩(wěn)定。

張弦結(jié)構(gòu)跨度大、剛度高、自重輕，可適應(yīng)展覽建筑對大面積無柱開敞空間的需求，裝配率高。會展中心項目1#樓裝配率約為72%，2#、3#樓采用輕鋼結(jié)構(gòu)，裝配率約為66%。整棟建筑主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的預(yù)制部品部件應(yīng)用比例達(dá)到35%以上，符合A級裝配式建筑的設(shè)計要求。

2.3.3 圍護(hù)系統(tǒng)的新材料應(yīng)用

ALC（高壓蒸養(yǎng)輕質(zhì)加氣混凝土）條板具有良好的隔熱性、耐火性、耐久性、抗震性、隔音性，力學(xué)性能優(yōu)越，便于干法施工，能夠提高建造效率。同時與裝配式建筑理念相合，并適應(yīng)模數(shù)化的設(shè)計手法。會展中心除管井、衛(wèi)生間采用砌塊墻外，其余內(nèi)外墻均采用ALC條板基墻，最大限度發(fā)揮材料優(yōu)勢，推廣新型優(yōu)質(zhì)建材的應(yīng)用（圖10）。

2.3.4 設(shè)備系統(tǒng)采用管線分離

會展中心將管井集中設(shè)置在交通核、衛(wèi)生間附近，減少對周圍空間的不利影響。采用管線分離技術(shù)，減少濕法作業(yè)產(chǎn)生的污染，并便于后期的管線維護(hù)與更換。

2.3.5 裝配式內(nèi)裝，干法施工

裝配式內(nèi)裝，即通過標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)裝部品設(shè)計，將工廠生產(chǎn)制作的內(nèi)裝部品運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行干式拼裝，以節(jié)約裝修工期和人工成本。

會展中心采用裝配式內(nèi)裝技術(shù)，裝修風(fēng)格簡潔大氣。干法施工便于部品的維修與更換，節(jié)約工期，減少裝修過程中產(chǎn)生的污染物，符合綠色建筑追求建造過程快速、環(huán)保的特點(diǎn)（圖11）。

2.3.6 蓮葉傘灰空間與太陽能板

宜都市四季分明，雨熱同期，夏熱冬冷，日照充足，室外平均風(fēng)速較低。因此，需格外注意通風(fēng)設(shè)計。同時，可適當(dāng)利用太陽能技術(shù)，提升建筑品質(zhì)。

結(jié)合宜都當(dāng)?shù)爻睗裱谉岬淖匀画h(huán)境特征，會展中心在商業(yè)內(nèi)街上方引入“蓮葉”意象的傘狀構(gòu)筑物，面向水面的蓮葉與水中倒影相映成趣。傘下的半室外空間通風(fēng)和遮陽效果俱佳，為市民提供了舒適的室外活動場所。傘蓋構(gòu)件通過單元式拼接，呼應(yīng)了當(dāng)?shù)孛窬拥那嗤唔斠庀?。同時，整齊排列的傘架也能夠?qū)⑾路交麨榱愕纳虡I(yè)建筑體量統(tǒng)一在一起（圖12）。

蓮葉傘為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物，頂部設(shè)有太陽能供電設(shè)施，可提供15.6%的電量，在創(chuàng)造趣味性空間效果的同時，兼顧了綠色能源的利用。

由于會展中心面向北側(cè)濱水景觀帶，蓮葉傘頂也向北微傾，為了更好地接收太陽光，傘頂劃分為單元型太陽能板，每塊太陽能板北側(cè)墊起，使光伏板與檁條呈18°角傾斜，形成整體向北而光伏板受光面朝南的效果，兼顧了整體形象與發(fā)電效率（圖13）。

9 張弦桁架結(jié)構(gòu)展廳內(nèi)景

10 會展中心墻體材質(zhì)及管井位置示意

11 裝配式內(nèi)裝——會展中心前廳

12 蓮葉傘與商業(yè)內(nèi)街

13 蓮葉傘上方的傾斜太陽能板

14 展廳屋頂?shù)牟晒馓齑芭c遮陽系統(tǒng)

2.3.7 屋頂自然采光天窗與電動遮陽

展廳頂部結(jié)合造型與桁架空隙，設(shè)置電動采光天窗，充分利用自然光線改善展廳內(nèi)部采光效果。天窗設(shè)外遮陽系統(tǒng)，減少陽光直射，節(jié)約了空調(diào)的能耗（圖14）。

3 結(jié)語

大型公共建筑代表了城市的形象，裝配式鋼結(jié)構(gòu)在大型公共建筑中的應(yīng)用，對其推廣起到良好的推動作用。宜都市會展中心項目，集展、商于一體，充分考慮建筑功能的多元化；將結(jié)構(gòu)性質(zhì)與空間需求相結(jié)合，發(fā)揮張弦桁架與輕鋼框架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢；充分利用自然采光、通風(fēng)、太陽能，減輕運(yùn)營期間的能耗負(fù)擔(dān)；積極采用新型優(yōu)質(zhì)建材與裝配式管線系統(tǒng)、裝配式內(nèi)裝技術(shù)，加快施工進(jìn)度，降低后期維護(hù)成本；是一個高效合理并具有探索和創(chuàng)新意義的項目。