文/東南大學(xué)建筑學(xué)院 劉文輝 張 宏 葉紅雨

1 研究背景

近年來，裝配式住宅得到國家大力推廣和發(fā)展，因其具備工廠制造、現(xiàn)場快速安裝等特點，得到各級政府和建筑行業(yè)的高度關(guān)注和推廣應(yīng)用。因此，在這種新的工業(yè)化生產(chǎn)建造模式下，如何既保證生產(chǎn)建造的高效性，又維持裝配式住宅的長壽命和各構(gòu)件的高耐久性，成為行業(yè)內(nèi)極具挑戰(zhàn)的研究與實踐內(nèi)容。對于裝配式住宅建筑，耐久性不僅指建筑材料或結(jié)構(gòu)的耐久性，而且與建筑壽命密切相關(guān)，并呈現(xiàn)正向相關(guān)的邏輯關(guān)系。裝配式住宅的耐久性可通過對其建筑的預(yù)期使用壽命反映，包含4個層面的含義，即技術(shù)性壽命、經(jīng)濟性壽命、功能性壽命和社會性壽命。

SDC2018（中國國際太陽能十項全能競賽）是以全球高?；蚵?lián)合高校團隊為參賽單位的綠色能源建筑科技競賽, 是一次集合各類裝配式建筑類型和技術(shù)體系的綜合型十項全能競賽。此次競賽在山東德州舉辦并集合來自全球9個國家和地區(qū)的37所高校所組成的19支參賽隊。大賽要求每支參賽隊以永久性住宅為設(shè)計和建造目標(biāo)，完成1棟面積為120～200m2的單層或雙層太陽能住宅，并要求在20d內(nèi)建造完成。由東南大學(xué)-布倫瑞克工業(yè)大學(xué)聯(lián)隊合作設(shè)計建造的C-House，基于構(gòu)件法建筑設(shè)計理論和技術(shù)，采用超高速建造技術(shù)、分級裝配技術(shù)及BIPV一體化技術(shù)等，在20d內(nèi)建造完成，如圖1所示。

本文對C-House在競賽完成并運營一段時間后的各構(gòu)件系統(tǒng)進行研究和分析，其中包含結(jié)構(gòu)構(gòu)件系統(tǒng)、外圍護構(gòu)件系統(tǒng)、裝飾景觀構(gòu)件系統(tǒng)及裝修構(gòu)件系統(tǒng)的長壽命設(shè)計方法和耐久性控制技術(shù)。因此，本文可為延長裝配式住宅壽命提供一系列可實踐且便于推廣的技術(shù)與方法。

2 C-House建筑各構(gòu)件系統(tǒng)耐久性概況

2.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性

C-House結(jié)構(gòu)構(gòu)件系統(tǒng)采用框-筒結(jié)構(gòu)技術(shù)體系，包含裝配式鋼結(jié)構(gòu)和設(shè)備核心筒。其中，主體受力構(gòu)件為鋼柱和鋼梁，核心筒為預(yù)制模塊，從德國運輸至現(xiàn)場進行一次性組裝成型，因此，核心筒與主體鋼結(jié)構(gòu)體系受力相對獨立。建造完成后的18個月和30個月對比如圖2所示，核心筒及鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件完好，結(jié)構(gòu)柱和結(jié)構(gòu)梁及各結(jié)構(gòu)連接節(jié)點均未出現(xiàn)裂縫、損壞或腐爛銹蝕等情況，整體結(jié)構(gòu)構(gòu)件系統(tǒng)展現(xiàn)出較好的耐久性能。

圖2 賽后18,30個月后的結(jié)構(gòu)體

2.2 分層外圍護構(gòu)件系統(tǒng)耐久性

C-House外圍護體系包含裝配式外墻板、光伏板及玻璃幕墻，外圍護的各構(gòu)件系統(tǒng)在C-House建成運營后的30個月后均展示出較好的耐久性能。由多塊標(biāo)準(zhǔn)化光伏板組成覆蓋屋頂和兩側(cè)墻體的光伏系統(tǒng)在拆卸組裝多次之后，目前仍表現(xiàn)出較好的產(chǎn)電性能，展現(xiàn)其由內(nèi)而外的耐久性能（見圖3）。在歷經(jīng)30個月后，玻璃幕墻未出現(xiàn)任何外觀破損且運營良好，如圖4所示。

圖3 運營30個月后的光伏板外墻

圖4 運營30個月后的玻璃幕墻

2.3 景觀環(huán)境構(gòu)件耐久性

C-House的景觀構(gòu)件系統(tǒng)較豐富，其中環(huán)境構(gòu)件包含秸稈磚墻、竹籬笆、室外木地板等，如圖5，6所示。該類構(gòu)件在經(jīng)歷30個月的風(fēng)吹雨打后，各部位均未出現(xiàn)破損現(xiàn)象，整體環(huán)境構(gòu)件呈現(xiàn)較好的耐久性能。此外，C-House擁有眾多藝術(shù)裝飾性構(gòu)件，其中包含從東南大學(xué)四牌樓校區(qū)運輸?shù)奖荣惉F(xiàn)場進行二次組裝的鋁管構(gòu)筑物，如圖7所示，該構(gòu)筑物由34個雙曲面和96個節(jié)段組成，在賽后歷經(jīng)30個月后，整體和局部均未出現(xiàn)明顯坍塌和破損，仍呈現(xiàn)較好的耐久性能。C-House還采用混凝土手模作為院落中的裝飾構(gòu)件，該構(gòu)件在室外放置30個月后，均保存完好，實現(xiàn)藝術(shù)性和耐久性能的一致，如圖8所示。

圖5 秸稈磚墻

圖6 鋼框竹籬笆

圖7 鋁管構(gòu)筑物

圖8 手模裝飾構(gòu)件

2.4 室內(nèi)裝修構(gòu)件耐久性

C-House在室內(nèi)設(shè)計和建造中采用大量環(huán)保且耐久的材料。其內(nèi)墻和地面采用竹材和木材進行裝飾，如圖9所示。此外，C-House采用可移動家具進行室內(nèi)空間分隔。裝配式地面和墻面系統(tǒng)均呈現(xiàn)較好的耐久性能，未見脫落和損壞。家具和燈具（部分也采用竹材燈具）均未見損壞，僅有部分可變家具出現(xiàn)打開困難的情況，如圖10所示的隱藏式床，由于自身自重較大且長期豎向擱置，對其活動軸的壓力導(dǎo)致變形，因此出現(xiàn)耐久性下降的情況。

圖9 裝配式內(nèi)裝墻體

圖10 可移動家具

3 C-House長壽命設(shè)計策略

3.1 高耐久性構(gòu)件組設(shè)計

C-House的恒定體主要包括主體鋼結(jié)構(gòu)及設(shè)備核心筒。主體鋼結(jié)構(gòu)形成較大跨度空間，使內(nèi)部空間分隔更自由。核心筒內(nèi)部采用設(shè)備集成布置的方式，可整體運輸和安裝。鋼結(jié)構(gòu)體系和核心筒均便于維修與拆裝，在需要異地建造時，拆裝過程中不會增加碳排放，因此可實現(xiàn)在不同生命周期內(nèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的長壽命。

3.2 易更換性構(gòu)件組設(shè)計

C-House可變體包含外墻板、玻璃幕墻、光伏板，以及部分環(huán)境景觀構(gòu)件和室內(nèi)裝修裝飾構(gòu)件等?？勺凅w相較恒定體的耐久性略低，可變體應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，便于各構(gòu)件系統(tǒng)出現(xiàn)損壞時可適配和維修，以此延長整個構(gòu)件系統(tǒng)壽命。

C-House中各構(gòu)件系統(tǒng)的連接方式均采用可逆構(gòu)造連接方式，如螺栓連接等；可逆構(gòu)造不會對各構(gòu)件系統(tǒng)尤其是結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生破壞性傷害，如焊接等連接方式在其需要異地建造時就會破壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件的完整性。因此，C-House的各構(gòu)件均可進行重復(fù)再利用，在其經(jīng)歷多個完整生命周期后，仍展現(xiàn)較好的耐久性能。

4 耐久性空間設(shè)計技術(shù)

4.1 大空間結(jié)構(gòu)體技術(shù)

大空間結(jié)構(gòu)體是實現(xiàn)建筑功能自由分隔的前提，是空間靈活變化的基礎(chǔ)。C-House采用鋼結(jié)構(gòu)體系形成一個近10m×10m的大空間，除四周和核心筒部分有柱外，其余均為可自由分隔的使用空間。大空間可突破建筑功能限制，不僅可作為居住空間使用，還可作為辦公、展廳等功能空間使用。因此，大空間結(jié)構(gòu)體是建筑耐久性最重要的設(shè)計技術(shù)。

4.2 靈活可變分隔技術(shù)

C-House除核心筒部分，其余建筑空間的分隔均采用靈活可變的分隔方式。其中包含可移動墻體、可變家具、分隔簾等?？勺兪椒指艏夹g(shù)方法可適應(yīng)不同時期建筑功能的需求，例如在不同人群居住時，通過可變的分隔形成可適應(yīng)的套型和房型，以滿足各類人群的居住使用需求。

4.3 空間通用化技術(shù)

空間通用化設(shè)計考慮相同大小的空間對應(yīng)不同功能的需求，例如在住宅中，書房和次臥可在不同場景下進行切換。C-House在1層的空間設(shè)計中可做到功能疊加，例如在電動汽車停車庫的位置，在不停車期間，可作為小型工作室或儲藏室，在人多的時候可作為一個較大的餐廳。而在2層的設(shè)計中采用模糊空間設(shè)計理念，例如主臥室和次臥室通過1個可移動的隔斷進行分隔，打開隔斷可形成1個超大且南北通透的臥室，關(guān)閉則可形成1個主臥和1個次臥或1間書房?？臻g通用化設(shè)計技術(shù)在C-House項目設(shè)計實踐中得到充分應(yīng)用，使C-House的空間更具耐久性。

5 結(jié)語

本文通過對C-House的結(jié)構(gòu)構(gòu)件系統(tǒng)、外圍護構(gòu)件系統(tǒng)、景觀環(huán)境藝術(shù)構(gòu)件系統(tǒng)、室內(nèi)裝修構(gòu)件系統(tǒng)在SDC2018賽后一段時間內(nèi)的耐久性能進行研究，對C-House如何通過恒定體、可變體和內(nèi)部空間設(shè)計形成長壽命的設(shè)計策略進行闡述和分析。C-House所采用的一系列耐久性設(shè)計方法和技術(shù)措施，如大空間結(jié)構(gòu)體技術(shù)、高耐久性構(gòu)件組設(shè)計、可逆構(gòu)造技術(shù)等，為裝配式住宅實現(xiàn)長壽命目標(biāo)提供了一系列可參考的耐久性設(shè)計技術(shù)與方法。