裝配式鋼結(jié)構(gòu)超低能耗建筑高性能ALC外墻施工技術(shù)*

蔡 倩，朱清宇，張 歡

(中建科技集團(tuán)有限公司，北京 100070)

0 引言

超低能耗建筑主要依靠建筑本身的構(gòu)造設(shè)計(jì)達(dá)到保溫隔熱節(jié)能功能，并采用供能設(shè)備和可再生能源達(dá)到建筑運(yùn)行過程中的節(jié)能減碳效果。目前超低能耗建筑以手工建造方式為主，人力、物力消耗大，易受氣候影響，建筑垃圾多，施工工期慢，很難達(dá)到建筑全生命周期內(nèi)施工節(jié)能減碳要求[1]。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在施工階段有明顯優(yōu)勢(shì)，屬于綠色環(huán)保型建筑結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑和超低能耗建筑，使我國建筑從施工階段至使用階段實(shí)現(xiàn)節(jié)能減碳。

在同一建筑中同時(shí)實(shí)現(xiàn)裝配式和超低能耗，需突破裝配式與超低能耗技術(shù)體系交叉融合的技術(shù)瓶頸，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑板縫較多，而超低能耗建筑要求高氣密性，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑易產(chǎn)生熱橋，而超低能耗建筑要求高保溫隔熱性能、無冷熱橋。針對(duì)上述難題，本文以山東建筑大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合樓裝配式鋼結(jié)構(gòu)超低能耗建筑項(xiàng)目為例，介紹裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑外墻高氣密性關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)、裝配式鋼結(jié)構(gòu)ALC外墻保溫連續(xù)性施工技術(shù)、裝配式鋼結(jié)構(gòu)ALC外墻上外窗的無熱橋高氣密安裝方式在超低能耗建筑中的應(yīng)用。

1 工程概況

山東建筑大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合樓項(xiàng)目位于山東省濟(jì)南市山東建筑大學(xué)新校區(qū)圖書信息樓南側(cè)，建筑面積 9 721m2，建筑高度 23.800m，地上建筑 6 層，主要功能為實(shí)驗(yàn)室及研究室，以裝配式鋼結(jié)構(gòu)超低能耗建筑為建設(shè)目標(biāo)(見圖1)[2]。本項(xiàng)目是國內(nèi)首個(gè)鋼結(jié)構(gòu)裝配式的被動(dòng)式建筑，為中德合作的被動(dòng)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(shí)也是山東省第一批入選的被動(dòng)式超低能耗綠色建筑示范工程。

圖1 山東建筑大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合樓

2 ALC外墻關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)氣密性施工技術(shù)

本項(xiàng)目外墻為200mm厚蒸壓加氣混凝土板(ALC外墻板)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑和ALC外墻板存在較多拼接縫和孔隙，因此裝配式鋼結(jié)構(gòu)ALC外墻板體系要達(dá)到超低能耗建筑高氣密性要求，需對(duì)ALC外墻板板縫、ALC外墻板與鋼梁間縫隙、ALC外墻板與樓板間縫隙、ALC外墻板進(jìn)行氣密性處理。

2.1 ALC外墻板安裝

將墻板預(yù)埋的鉤頭螺栓和安裝于主體結(jié)構(gòu)的L形角鐵焊接。主體結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)每塊ALC外墻板的中間位置上下各設(shè)置≥1個(gè)L形角鐵，在頂部鋼梁處焊接L形角鐵，底部樓板使用螺栓安裝L形角鐵。吊裝ALC外墻板至樓板安裝位置，ALC外墻板頂部和底部開孔安裝鉤頭螺栓，鉤頭螺栓與板材固定點(diǎn)距板端應(yīng)≥80mm。調(diào)整位置后，將鉤頭螺栓與L形角鐵焊接，鉤頭螺栓與連接角鋼焊接搭接長度應(yīng)≥25mm。外墻板安裝做法如圖2所示。

圖2 外墻板安裝做法

2.2 ALC外墻板板縫氣密性處理

蒸壓加氣混凝土板間縫寬一般約為5mm，通常采用打膠密封，但易開裂且耐候性差，無法滿足氣密性要求，并且不同材質(zhì)間黏結(jié)效果差，不規(guī)則接縫不易處理，>4cm或<1cm接縫無法施工。鋪設(shè)網(wǎng)格布、抹抗裂砂漿使抗變形性能差、易開裂、現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)多。因此ALC外墻板縫和鋼柱與ALC外墻板間縫隙采用水泥基材的無機(jī)柔性密封帶進(jìn)行密封處理，將無機(jī)柔性密封帶粘貼在縫隙室內(nèi)側(cè)的交界兩側(cè)面，從而阻隔室內(nèi)側(cè)與室外側(cè)通過縫隙進(jìn)行水氣、空氣流通，無機(jī)柔性密封帶與鋼板、ALC外墻板均有極強(qiáng)的黏結(jié)性，并且具有較強(qiáng)耐紫外線性能，使建筑全生命周期內(nèi)可保持密封。

ALC外墻板間氣密性處理步驟如下：①先清理基層表面，使其無浮塵、脫模劑；②板縫內(nèi)部用水泥砂漿填充抹平，墻板邊角處的破損也需采用水泥砂漿修補(bǔ)平整；③外墻板縫兩側(cè)涂抹氣密性涂料并粘貼無機(jī)柔性密封帶，密封帶在相鄰墻板交界兩側(cè)的粘貼寬度均≥50mm。

2.3 ALC外墻板與鋼梁銜接部位氣密性處理

ALC外墻板與鋼梁間存在許多縫隙，鋼梁邊緣較鋒利且H型鋼梁形狀特殊，不適宜采用氣密性膠帶整體粘貼密封。鋼梁材質(zhì)與抹灰材質(zhì)不同，抹灰在鋼梁上的黏結(jié)強(qiáng)度不夠，無法使用抹灰直接進(jìn)行氣密性處理。可先采用S50防火板充當(dāng)過渡層整體包裹鋼梁，S50防火板為水泥基材料，與抹灰層間有很好的相容性，抹灰層在防火板交界的邊角部位易開裂，可粘貼氣密性膠帶做增強(qiáng)處理。具體施工工藝如下：①先在鋼梁上焊接角碼，再用自攻螺釘連接安裝水泥基材質(zhì)的S50防火板到角碼上，防火板全部包裹鋼梁；②S50防火板間交界處粘貼無機(jī)柔性密封帶，粘貼寬度均≥50mm；③S50防火板外側(cè)抹灰，防火板上抹灰層與ALC外墻板內(nèi)側(cè)抹灰層連續(xù)，抹灰厚度>15mm。鋼梁部位節(jié)點(diǎn)如圖3所示。主梁與次梁的施工效果如圖4所示。

圖3 鋼梁部位節(jié)點(diǎn)

圖4 主梁與次梁施工

2.4 ALC外墻板大面墻板的氣密性處理

ALC外墻板含有較多非完全封閉性氣孔，需密封整個(gè)墻板面。外墻板大面氣密性處理方式如下：①采用抹灰砂漿進(jìn)行大面抹灰，鋪貼網(wǎng)格布且抹灰厚度≥15mm；②采用大面無機(jī)柔性密封膜粘貼整體墻面，先清理墻面并涂刷氣密涂料，后粘貼無機(jī)柔性密封膜。本項(xiàng)目采用第②種方式，因抹灰砂漿處理濕作業(yè)多、工序繁雜、周期較長，且對(duì)砂漿抗裂性能要求較高，而大面粘貼無機(jī)柔性密封膜的施工方式較簡單方便、質(zhì)量易把控。

2.5 ALC外墻板與樓板銜接部位的氣密性處理

ALC外墻板與樓板間的橫向縫隙密封從內(nèi)至外分別為聚氨酯發(fā)泡劑填充、PE棒填塞、硅酮密封膠封堵、耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布及外部抹灰。ALC外墻板與樓板間下部內(nèi)側(cè)縫隙采用砂漿填充，為避免ALC板與樓板間座漿不飽滿，導(dǎo)致氣密性差，故延伸抹灰至地面100mm以上。

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)ALC外墻保溫連續(xù)性施工技術(shù)

3.1 大面ALC外墻板部位保溫技術(shù)

本項(xiàng)目外墻導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)計(jì)值λ為0.18W/(m·K)，外保溫方案為 200mm厚ALC外墻板+ 200mm厚石墨聚苯板保溫層[3]。根據(jù)外墻保溫設(shè)計(jì)要求，防止板間通縫帶來熱橋效應(yīng)，故采用雙層保溫系統(tǒng)，首層采用點(diǎn)框粘，第2層采用滿粘。首層石墨聚苯板的粘貼面積率≥50%，排板宜按照水平順序，上下錯(cuò)縫粘貼，陰陽角處做錯(cuò)茬處理，保溫板的拼縫位置不得在門窗口四角處。采用雙層巖棉條作為防火隔離帶，與粘貼保溫板同步自下而上進(jìn)行。隔離帶與基層滿粘，并增加錨固措施。隔離帶接縫應(yīng)與上、下部位保溫板接縫錯(cuò)開≥200mm。每m2保溫安裝≥6個(gè)錨栓。

3.2 部分外露鋼梁鋼柱的保溫施工技術(shù)

為盡量減少外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱橋節(jié)點(diǎn)，將鋼柱內(nèi)縮，鋼梁外側(cè)外掛ALC外墻板，ALC外墻板將鋼結(jié)構(gòu)包裹在內(nèi)側(cè)，從而形成完整連續(xù)的無結(jié)構(gòu)穿透外圍護(hù)體系，降低氣密性和熱橋處理難度。當(dāng)局部鋼柱與鋼梁出現(xiàn)外露時(shí)，先在鋼柱和鋼梁凹槽內(nèi)填充巖棉，然后采用水泥基防火板將鋼柱與鋼梁凹槽部位封閉平整，用于封閉的水泥基防火板與最外側(cè)立面平齊，水泥基防火板與相鄰ALC外墻板交接部位加鋪增強(qiáng)玻璃纖維網(wǎng)并抹灰，玻璃纖維網(wǎng)在交界處兩側(cè)寬度均≥100mm。將外露的鋼柱和鋼梁處理平整后進(jìn)行大面外保溫作業(yè)，保證外保溫連續(xù)性。外露的鋼柱和鋼梁如圖5所示。巖棉填充鋼梁如圖6所示。

圖5 外露的鋼柱和鋼梁

圖6 巖棉填充鋼梁

4 外墻上外窗的無熱橋高氣密安裝方式

由于ALC外墻板承重荷載有限，為保證外窗安裝安全性，綜合安裝熱橋等因素，將外窗內(nèi)嵌于ALC外墻板墻體靠外側(cè)部位，而非采用超低能耗建筑外窗外掛式安裝方式，并且ALC外墻板本身的導(dǎo)熱系數(shù)較低，可無須采用保溫附框再進(jìn)行斷熱橋處理，具體施工工藝如下：①外窗安裝前，沿外門窗框內(nèi)側(cè)邊緣1周粘貼防水隔汽膜，與窗框粘貼寬度≥15mm，并預(yù)留部分防水隔汽膜與外門窗口四周墻面粘貼；②采用自攻螺釘在窗框四周均勻安裝鍍鋅連接件；③將窗戶放至洞口，并調(diào)整定位，將鍍鋅連接件的另一端連接固定洞口加固角鋼，即外窗安裝完畢；④待外窗安裝完畢后，在外門窗口四周墻面粘貼預(yù)留防水隔汽膜，防水隔汽膜粘貼嚴(yán)密，不應(yīng)形成內(nèi)外貫通的縫隙；⑤單獨(dú)裁切防水隔汽膜，粘貼覆蓋鍍鋅連接件；⑥外窗與基層墻體間的縫隙外側(cè)采用防水透氣膜密封。

5 效果評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目施工完畢后，采用鼓風(fēng)門法檢測(cè)建筑物氣密性，即建筑物在室內(nèi)外壓差為±50Pa時(shí)每小時(shí)換氣次數(shù)，氣密性檢測(cè)結(jié)果直接體現(xiàn)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性施工效果。本項(xiàng)目鼓風(fēng)門氣密性測(cè)試結(jié)果N50為0.155次/h，遠(yuǎn)小于技術(shù)指標(biāo)要求的 0.60次/h，表明采用的氣密性施工技術(shù)成功解決裝配式鋼結(jié)構(gòu)與ALC外墻板多板縫和孔隙氣密性技術(shù)難點(diǎn)，取得優(yōu)良的氣密性施工效果。

外墻熱工性能通過紅外熱成像方式進(jìn)行檢驗(yàn)，檢測(cè)時(shí)室外溫度為-8.4℃，室內(nèi)溫度12.3℃，熱成像圖中顯示ALC外墻板與鋼梁交接熱橋部位的平均溫度為-14.2，-14.6℃。外墻大面溫度為-13.9℃，分別僅相差0.3，0.7℃，表明外墻熱工性能均勻，無明顯熱橋存在[4-5]，外墻保溫施工連續(xù)且完整，無突出結(jié)構(gòu)性熱橋存在。

本項(xiàng)目采用紅外熱成像儀從室內(nèi)側(cè)對(duì)外窗部位進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)的室外溫度為1℃，室內(nèi)溫度為22℃，紅外熱成像顯示外窗與外墻銜接部位無明顯溫度異常的熱橋點(diǎn)，熱橋主要存在于玻璃與窗框銜接部位，該熱橋部位溫度為19.8℃，僅低于室內(nèi)平均溫度2.2℃。

6 結(jié)語

本文主要針對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)超低能耗建筑采用ALC外墻板體系時(shí)產(chǎn)生的氣密性、保溫連續(xù)性和無熱橋施工技術(shù)難點(diǎn)，根據(jù)不同節(jié)點(diǎn)特點(diǎn)，提出多種高氣密性關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)、雙層外保溫連續(xù)性施工技術(shù)、外窗內(nèi)嵌式無熱橋安裝方式等解決方案，取得較好的氣密性和紅外熱成像檢測(cè)結(jié)果。