裝配式鋼結(jié)構(gòu)超低能耗建筑氣密性施工工藝研究

王超

（山西省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司， 山西 太原 030013）

十四五期間我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入 “新常態(tài)”， 為了快速適應(yīng)新型工業(yè)化、 城鎮(zhèn)化、 信息化、 綠色化發(fā)展要求， 傳統(tǒng)建筑業(yè)必須升級(jí)生產(chǎn)模式， 尋求新的發(fā)展方式， 節(jié)能減排與綠色發(fā)展必將是未來中國建筑領(lǐng)域兩大發(fā)展主題。 建筑設(shè)計(jì)、 建筑施工與運(yùn)行維護(hù)作為建筑全生命周期的三大重要環(huán)節(jié)， 也是碳排放的主要階段， 對(duì)于如何優(yōu)化管理這些重要階段， 裝配式與超低能耗技術(shù)將是不二之選。 裝配式建筑與近零能耗建筑在技術(shù)措施方面又有著天然的聯(lián)系， 二者的有機(jī)結(jié)合勢必成為未來建筑設(shè)計(jì)與施工的主流趨勢， 隨著施工工藝的不斷完善以及新型建筑部品的研發(fā)， 二者的結(jié)合必將更加的精細(xì)順暢。 因此， 有必要對(duì)裝配式建筑氣密性設(shè)計(jì)及施工工藝進(jìn)行分析。

1 理論研究

根據(jù)中國建筑節(jié)能協(xié)會(huì)發(fā)布的 《中國建筑能耗研究報(bào)告 (2020)》 顯示， 我國建筑行業(yè)全過程碳排放總量占全國碳排放的比重超過50%， 其中建材 (鋼鐵、 水泥、 鋁材等) 占28%， 施工階段占1%， 建筑運(yùn)行階段占22%。 有效降低建筑領(lǐng)域碳排放將是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和過程中極為重要的一環(huán)。 由此可見建筑在建成后的運(yùn)行階段碳排放不可小覷。 如何降低建筑在運(yùn)行階段對(duì)能源的消耗， 除了具有較高的保溫性能之外， 良好的氣密性也是減少能源消耗進(jìn)而降低碳排放的重要途徑。 據(jù)測算， 傳統(tǒng)的房屋在有一定氣壓的情況下， 每小時(shí)換氣次數(shù)一般在2 到3 次， 室內(nèi)外熱量交換明顯， 建筑運(yùn)行階段綜合能耗較高。 在超低能耗建造過程中， 保證建筑極佳的氣密性， 特別是當(dāng)建筑換氣次數(shù)降低到單位時(shí)間0.6 次以下時(shí)， 能最大限度地減少房屋室內(nèi)外氣體的交換速度， 在冬季防止室內(nèi)熱量的喪失， 在夏季防止室外的熱氣進(jìn)入室內(nèi)發(fā)揮了非常重要的作用。

新源智慧建設(shè)運(yùn)行總部A座 (圖1) 是山西省首座集 “近零能耗+AAA裝配式 (裝配率達(dá)91.5%)+綠建三星 (總得分86.4)” 三位一體技術(shù)應(yīng)用的辦公類綜合建筑， 達(dá)到國內(nèi)同級(jí)別近零能耗建筑的領(lǐng)先水平。 該項(xiàng)目精細(xì)化設(shè)計(jì)、 精細(xì)化建造、 應(yīng)用BIM智能技術(shù)， 打造 “設(shè)計(jì)、 制造、 采購、 施工、 管理” 五位一體的工程總承包建造模式， 優(yōu)化資源配置， 大幅縮短建設(shè)周期。 打造 “綠色、 生態(tài)” 的未來建筑。 其近零能耗建筑設(shè)計(jì)理念體現(xiàn)在關(guān)鍵技術(shù)采用連續(xù)外保溫、 連續(xù)氣密性、 被動(dòng)外窗體系、 無熱橋設(shè)計(jì) (C型鋼節(jié)點(diǎn)、 斷熱連接等)、 帶熱回收功能的通風(fēng)系統(tǒng)，應(yīng)用太陽能光電系統(tǒng)、 中深層無干擾地?zé)嵯到y(tǒng)等清潔能源技術(shù)， 達(dá)到恒溫、 恒濕、 恒氧、 恒靜、 恒潔的五恒空間。 目前該項(xiàng)目已取得國家近零能耗建筑設(shè)計(jì)階段的認(rèn)證， 整體建筑在現(xiàn)行節(jié)能65%基礎(chǔ)上再節(jié)能60 以上， 綜合節(jié)能率達(dá)到61.78%。

圖1 新源智慧建設(shè)運(yùn)行總部A座

項(xiàng)目總建筑面積14353m， 近零能耗區(qū)域建筑面積: 13080m， 地上五層地下一層， 主體鋼框架結(jié)構(gòu)，外墻采用混凝土復(fù)合保溫墻板加ALC條形板， 樓板為鋼筋桁架樓承板。 建筑高度26.5m， 首層層高6.3m，其余各層4.8m。 首層采用玻璃幕墻， 二層及以上南側(cè)均為通長帶形窗， 其余側(cè)為洞窗。 設(shè)置200 平m采光中庭采光天窗。 該項(xiàng)目氣密區(qū)構(gòu)造復(fù)雜， 建筑部品連接形式多樣， 氣密材料以氣密膜為主， 局部區(qū)域使用建筑砂漿， 氣密層施工工藝涵蓋面廣， 其中外圍護(hù)系統(tǒng)創(chuàng)新采用裝配式超低能耗復(fù)合墻體系統(tǒng)， 具有防火、 保溫、 保證氣密性等多種集成功能， 該技術(shù)尚屬全國首例。 對(duì)寒冷地區(qū)裝配式超低能耗建筑技術(shù)的推廣具有較好的借鑒意義。

2 墻體氣密性施工工藝研究

2.1 外墻氣密性施工工藝

建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中墻體所占比例較大， 因此外墻的氣密性防護(hù)是非常重要的， 直接關(guān)系到建筑的保溫性能。 為了有效實(shí)現(xiàn)保溫的功能， 不但要考慮建筑的運(yùn)行老化， 而且要基于不同材質(zhì)的冷熱伸縮系數(shù)的情況， 合理安排建筑室內(nèi)外氣密材料的使用。

2.2 外墻ALC條板與鋼梁的橫向接縫

裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑中， ALC條形墻板與鋼梁之間的連接通常采用 “U” 型鋼卡， 貫通縫不可避免， 同時(shí)在建筑使用過程中， 此部位易發(fā)生錯(cuò)動(dòng)變形， 此部位宜選用自粘型氣密膜作為氣密材料。 在實(shí)際操作時(shí)， 首先清理基面， 剔除鋼結(jié)構(gòu)表面的尖銳毛刺， 如遇鋒利棱角應(yīng)用彈性材料包裹。 粘貼時(shí)邊撕離背襯紙邊粘貼， 不能產(chǎn)生空鼓， 但允許出現(xiàn)一些局部褶皺。粘貼完畢后， 還要用專用滾輪壓實(shí)整粘結(jié)處， 禁止使用膩?zhàn)隅P刮抹氣密膠帶， 操作過程如圖2。 對(duì)于墻面來講， ALC板表面粗糙疏松， 非常容易出現(xiàn)掉渣的情況。 因此， 在粘貼自粘膠帶之前， 最好先在ALC條板上預(yù)先抹粘接型砂漿， 或者直接使用打膠式氣密膜，以避免后期脫落。 鋼梁焊接點(diǎn)凹凸處也是容易產(chǎn)生空鼓的部位， 一旦發(fā)現(xiàn)， 必須要及時(shí)進(jìn)行局部修補(bǔ)。

圖2 外墻內(nèi)側(cè)氣密施工

2.3 外墻ALC條板之間的接縫

為了保障建筑的密封性， 還要注意外墻ALC條板之間的接縫。 這一部位接縫較多， 同時(shí)往往屬于隱蔽工程， 必須要保證質(zhì)量， 因此在施工時(shí)， 施工人員一定要嚴(yán)格按照施工步驟進(jìn)行施工， 以保證接縫的氣密效果。 本項(xiàng)目在這一區(qū)域采用剛?cè)岵?jì)的氣密防護(hù)措施， 具體為ALC墻板之間的拼縫凹槽內(nèi)涂抹建筑砂漿， 同時(shí)敷設(shè)玻纖網(wǎng)格布， 待砂漿完全固化干燥后，再黏貼自粘型氣密膠帶， 在縫隙室內(nèi)一側(cè)貼防水隔氣膜， 室外一側(cè)貼防水透氣膜。 這種氣密構(gòu)造即增強(qiáng)了ALC墻板之間的穩(wěn)定性， 又能保證良好的氣密效果，綜合造價(jià)相較于滿鋪氣密卷材有一定優(yōu)勢。 這里要注意的一點(diǎn)是， 墻體外側(cè)一般都會(huì)貼有較厚的保溫層，如巖棉板， 防水透氣膜一定要敷設(shè)于巖棉板外側(cè)， 由于巖棉板表面柔軟質(zhì)地疏松， 因此要在巖棉板保護(hù)層施工完畢后方能鋪貼防水透氣膜， 注意事項(xiàng)同內(nèi)墻板。

2.4 外墻ALC條板與地面底板的接縫

在實(shí)際的施工過程中， 外墻ALC條板與地面底板的接縫是最難以處理的， 也是對(duì)整個(gè)建筑氣密性性能影響最大的。 一般而言， 由于各種材料設(shè)備的堆積，施工現(xiàn)場環(huán)境一般比較復(fù)雜。 很多時(shí)候， 在施工現(xiàn)場的地面上， 經(jīng)常就會(huì)出現(xiàn)一些地面底板不平整甚至砂灰較多的情況。 因此， 為了保證自粘膠帶的氣密性效果， 就必須要提前清理干凈好地面。 然而實(shí)際上， 清理地面的難度非常大， 加上整個(gè)清理過程非常耗費(fèi)時(shí)間， 因此， 建議此部位使用打膠式隔汽膜卷材進(jìn)行粘貼。 具體步驟如下， 首先， 需要吸納清理好整個(gè)粘貼的墻面， 并且也要清理好相關(guān)的地面。 清理完后， 再進(jìn)行隔汽膜的粘貼。 施工人員在粘貼時(shí)， 一般都是先固定隔汽膜的上側(cè)， 居中粘貼好整個(gè)隔汽膜， 然后再把隔汽膜往上翻進(jìn)行臨時(shí)固定。 而在墻面底部， 也需要及時(shí)打膠S 形， 并且要對(duì)整個(gè)膠體進(jìn)行抹平粘貼。等整個(gè)貼膜結(jié)束后， 為了保證粘貼的效果， 施工人員還應(yīng)該使用滾輪對(duì)隔汽膜進(jìn)行適度按壓。 如遇附設(shè)于墻面的管線時(shí)， 氣密卷材應(yīng)將管線整體覆蓋， 覆蓋處不得拉伸卷材， 應(yīng)彎折一定距離， 預(yù)留變形余量。

2.5 螺栓孔洞處氣密性施工工藝

對(duì)于室內(nèi)鋼構(gòu)連接螺栓板和孔洞的封堵， 宜采用“打補(bǔ)丁” 的形式， 裁切氣密膜呈100X100 mm大小，將孔洞粘貼密封。 對(duì)于大螺栓鋼板， 一般采用300 mm寬自粘膠帶氣密性材料， 先固定大螺栓鋼板的一邊， 順勢粘貼至另一邊， 最后取50 mm寬膠帶上下各封邊一條。 鋼板周邊一般采用直角粘貼。 對(duì)于外墻螺栓孔洞封堵而言， 先將PVC管皮切掉， 與墻面齊平。再將空洞中注入發(fā)泡膠。 氣密膜居中粘貼至孔洞處。

3 對(duì)外管道井氣密性施工工藝

建筑對(duì)外排氣管道是易發(fā)生空氣滲透的地方， 往往也是容易被忽視的區(qū)域， 是超低能耗建筑重點(diǎn)防護(hù)部位。 一般而言， 室內(nèi)煙管道處的位置時(shí)非常特殊的， 加上室內(nèi)煙管道處的材料和結(jié)構(gòu)都非常特殊， 幾乎每一個(gè)建筑的室內(nèi)煙管道的建設(shè)都不太一樣。 因此， 施工前要根據(jù)實(shí)際情況制定施工方案。

首先， 應(yīng)觀察煙道表面的情況， 查看其是否存在漏風(fēng)等不良現(xiàn)象。 務(wù)必找到裂縫的位置， 使用掛網(wǎng)抹灰進(jìn)行修補(bǔ)。 這一部位通常使用抗裂砂漿作為氣密材料。 如遇煙氣道表面有掉砂現(xiàn)象， 則不利于使用自粘型氣密膜， 此時(shí)就需要使用滲透性墻固劑對(duì)井道表面進(jìn)行處理。 避免出現(xiàn) “兩層皮” 問題， 從而有效保證粘貼效果， 延長整個(gè)煙道表面氣密性的壽命。 除了要格外注意煙道表面的情況外， 施工人員還要關(guān)注井道底部。 施工現(xiàn)場的地面很容易積聚各種砂灰雜質(zhì)。為了保證施工的質(zhì)量， 此部位宜采用采用打膠式隔汽膜進(jìn)行粘貼。 井道穿屋面板區(qū)域也是重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域，此處構(gòu)造層次復(fù)雜設(shè)計(jì)材料種類多， 需用氣密膠帶進(jìn)行環(huán)形附加措施， 同時(shí)應(yīng)做好保護(hù)層， 防止屋面找坡材料由于自重沉降將其撕裂。

4 外窗氣密性施工工藝

外窗與墻體間的銜接部位是最容易發(fā)生熱交換的區(qū)域， 因此也是氣密性施工的重點(diǎn)防護(hù)部位， 施工時(shí)一定要引起足夠重視。 圖3 為本項(xiàng)目窗洞口墻體構(gòu)造， 這一部位常采用自粘型氣密膜進(jìn)行氣密作業(yè)， 施工之前要對(duì)窗框及其周邊墻體進(jìn)行仔細(xì)檢查和清理，窗口四周不平整或者出現(xiàn)雜質(zhì)堆積的不良現(xiàn)象， 就需要及時(shí)地剔鑿清理， 必要時(shí)使用水泥基抹灰砂漿重新修補(bǔ)墻面， 以保證粘貼效果。 沿窗框四周室內(nèi)一側(cè)黏貼防水隔氣膠帶， 室外側(cè)黏貼防水透膠帶。 雙層膜構(gòu)造可以更好地提升該區(qū)域的密封性能。 一般而言， 氣密膠帶兩側(cè)與窗框接縫之間的粘貼寬度需要保持在15～20mm。 轉(zhuǎn)角處需要加強(qiáng)處理， 采用搭接法， 搭接長度不小于150mm。 每次粘貼后， 要適當(dāng)進(jìn)行按壓，防止空鼓。 內(nèi)裝修是造成窗口氣密膠帶破壞的主要因素， 窗臺(tái)板以及內(nèi)墻裝飾板的安裝都要避免對(duì)氣密膠帶進(jìn)行穿刺， 如遇特殊情況必須鉚釘穿刺時(shí)， 必須在穿刺點(diǎn)預(yù)先黏貼加強(qiáng)補(bǔ)丁， 保證氣密效果。

圖3 窗洞口氣密措施構(gòu)造節(jié)點(diǎn)

5 氣密性施工要點(diǎn)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)超低能耗建筑的氣密性施工是一個(gè)非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程， 施工工藝的精細(xì)程度關(guān)乎建筑節(jié)能水平的高低。 這不僅要求方案設(shè)計(jì)階段有統(tǒng)籌合理，而且在施工階段也需要施工人員具有較高操作水平，根據(jù)選用的氣密材料進(jìn)行必要的專項(xiàng)培訓(xùn)， 從而提高每一道工序的合格率。 氣密性施工需要注意以下幾個(gè)方面: 1) 建筑氣密層應(yīng)當(dāng)是連續(xù)的， 非連續(xù)氣密層容易產(chǎn)生漏氣點(diǎn)； 2) 不同的裝配形式應(yīng)用不同的建筑材料， 部品之間的鏈接構(gòu)造不盡相同， 這就要有針對(duì)性的使用適宜的氣密材料， 例如建筑砂漿作為氣密層時(shí)， 適合敷設(shè)于接縫較少的區(qū)域， 其綜合造價(jià)有一定優(yōu)勢， 但其氣密持久性有待進(jìn)一步驗(yàn)證； 氣密膠帶與氣密膜等柔性氣密材料屬于有機(jī)高分子材料， 機(jī)械強(qiáng)度較高， 使用壽命長， 適合敷設(shè)于接縫較多且易發(fā)生形變的部位； 3) 氣密膜材料有室內(nèi)外之分 (室內(nèi)貼隔氣膜有效組織建筑內(nèi)水蒸氣滲透進(jìn)外墻保溫層，室外貼防水透汽膜)， 其空氣滲透率不同， 鋪貼不當(dāng)不僅不會(huì)起到氣密作用， 反而會(huì)使外墻保溫性能大打折扣； 4) 建筑薄弱環(huán)節(jié)， 如各類穿越不同能耗區(qū)域的管道、 較大的縫隙、 局部穿透氣密層的孔洞等需要進(jìn)行加強(qiáng)處理， 選用材料往往剛?cè)岵?jì)； 5) 當(dāng)不同材料之間的接縫寬度大于20mm時(shí)則不得直接使用氣密膠帶進(jìn)行封堵， 應(yīng)首先使用建筑砂漿將縫隙填實(shí)并平整。 如墻體單位面積縫隙率較大時(shí)可采用氣密膜卷材對(duì)墻體進(jìn)行整體氣密作業(yè)， 由于此類卷材一般為非自粘性， 與基層粘結(jié)時(shí)需要輔助專業(yè)粘結(jié)劑， 通常采用點(diǎn)粘法， 每平方米6 ～8 個(gè)粘結(jié)點(diǎn)位， 每個(gè)點(diǎn)位直徑不小于100mm； 6) 當(dāng)使用氣密膠帶封堵材料接縫時(shí)， 不得用力拉伸膠帶使之產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力， 同時(shí)膠帶應(yīng)隨著接縫處自然凹陷， 膠帶兩側(cè)邊緣距離接縫不小于100mm， 當(dāng)縫隙變形時(shí)保證膠帶有一定的彈性余量，從而確保氣密層的有效性； 7) 使用帶有自粘效果的氣密膠帶時(shí)， 如墻體基層屬于疏松多孔材料時(shí)， 應(yīng)首先使用硅酸鹽界面固化劑對(duì)基層進(jìn)行固化預(yù)處理。 最后， 值得注意的是， 裝配式建筑氣密層構(gòu)造往往屬于隱蔽工程， 在施工過程中要做到隨時(shí)檢驗(yàn)， 施工完畢要做到及時(shí)檢測， 及時(shí)排除有可能影響氣密性的隱患。

6 結(jié)語

山西作為傳統(tǒng)能源大省， 經(jīng)濟(jì)增長長期依賴化石能源的出口， 隨著我國對(duì)清潔能源需求的不斷增長和環(huán)境保護(hù)的日益加強(qiáng)， 山西產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)與能源結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行。 新源智慧建設(shè)運(yùn)行總部作為山西綜改示范區(qū)瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)首批啟動(dòng)項(xiàng)目， 先行先試， 落實(shí)國家低碳減排發(fā)展總要求， 立足 “綠色、 示范” 兩個(gè)關(guān)鍵因素， 引入先進(jìn)的綠色生態(tài)技術(shù)設(shè)計(jì)理念， 以此積累科學(xué)、 有效的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 建立可量化指標(biāo)體系，達(dá)到可持續(xù)、 可復(fù)制、 可推廣的發(fā)展目標(biāo)。