装配式可持续建筑制造技术
匡胜严 万新阶 周湘江
（远大可建科技有限公司, 湖南 长沙 410138）
摘要：装配式可持续建筑是一种采用模块化设计、工厂化制造、机械化施工并遵循可持续原则的新型建筑。建筑的主体结构体系与部品体系分离，使建筑具备结构耐久性，室内空间灵活性以及部品可更换性等特点，同时兼备低能耗、高品质和长寿命的优势。最后介绍了该类建筑在国内的研究情况。 关键词：装配式建筑、可持续性、工厂化制造、钢结构体系、部品体系
Manufacture technology of prefabricated sustainable building
Kuang Shengyan; Wang Xinjie; Zhou Xiangjiang
(BROAD Sustainable Building Co. Ltd, Hu Nan Chang Sha 410138)
Abstract: Prefabricated sustainable building is a new type sustainable building using modular design, factory manufacturing and mechanical construction. Component system separated from main body structure system has many characteristics as follow: steel structure durability, interior space flexibility and component system replaceable. The building also has advantages of low energy consumption, high quality and long life. At last, research of this type building in china has introduced.
Keyword: prefabricated building; sustainability; factory manufacturing; steel structure system; component system
0 引言
为应对全球性气候变化，我国制定了到2020年国内单位生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40%~45%的减排目标。要实现这一目标，建筑行业将承担更重要的任务，由大量消耗资源转变为低碳环保，实现可持续发展。
装配式可持续建筑是近几年来建筑行业中提出的新概念，它是将新型的装配式建造技术和可持续技术相结合起来的新型建筑。这种建筑既符合国家住宅产业化和建筑节能减排的要求，同时在制造和使用过程中完全颠覆传统建筑的做法，必将给建筑、建材业带来一次新的“革命”
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一样将建筑搭起来，并且具有可持续性的特点。装配式可持续建筑与传统建筑相比，具有以下几个特点：
1.1模块化、多样化设计
装配式可持续建筑的建筑设计以建筑模块为基本的设计单元，通过各类模块间的组合，形成不同建筑的外形。建筑的功能区的划分可根据需要设置在一个主板模块或多个主板模块上。另外，对于同一个空间，不会受到传统建筑承重墙或分隔墙的限制，采用可装配的内隔墙对大开间进行灵活分割，根据用户的需要，创造出不同的空间布局，实现设计多样化。
1.2标准化、工厂化制造
建筑部品的标准化和工厂化是实现建筑工业化的基础。在建筑模数协调的基础上，将部件的尺寸参数成套的统一起来，减少建筑部件的类型和规格，形成标准化的部件，提高部件的互换性、通用性。建筑的部件以工厂制造为主，也可采用市场上配套的产品。
。
1 装配式可持续建筑的特点
装配式可持续建筑不同于传统建筑的“粗放型建造”模式，它更像“制造”一种工业产品一样，采用流水线生产的方式预制建筑构配件，运到安装现场后像“搭积木”
1.3机械化、装配化施工
传统建筑以现场湿作业为主的建造方式，建造过程中耗能、耗水、耗地严重，同时也造成建筑使用中的高能耗和高物耗。
装配式可持续建筑的主要部件在工厂预制运输到现场，通过专用工具吊装，并由装配工将各部件连接起来，不存在传统建筑大规模的湿作业和各类专业工种。
1.4 制造、使用的可持续性
装配式可持续性建筑在追求工业化的过程中，更加注重建筑的可持续性，主要体现在：（1）采用工厂化生产形式，部件根据设计图进行预制，采用环境友好的材料，制造产生的废材料可循环使用。（2）主体采用钢结构，自重轻、抗震性好、使用寿命长，建筑的非承重部件可拆卸更换。（3）建筑部件的生产、装修100%在工厂完成；现场装配过程无湿作业、不进行二次装修，不会产生扬尘、污水、建筑垃圾等。（4）集成化的建筑节能设计。将建筑节能融入到建筑中，如采用轻质保温墙板、热回收的空调系统等，减少建筑生命周期内的能耗。（5）建筑可异地重建。
2 装配式可持续建筑的组成
根据构配件的作用和使用年限的不同，装配式可持续建筑可分为主体钢结构体系和部品体系两部分。
2.1 主体钢结构体系
主体钢结构体系主要起支撑作用，与建筑的使用寿命相同，不允许随意变动。装配式可持续建筑的水平承重结构称为主板。主板与柱、斜撑共同构成主体钢结构体系。
主板是装配式建筑的功能核心模块，按其使用功能的不同可分为各类专用主板，如普通主板、楼梯管井主板、电梯主板等。主板的主要部分，包括混凝土地板（带外饰面）、主板钢框架（如图1）、天花以及主板架内的管道等都在工厂里预制完成。钢结构
在制作中分别采用冷镀锌涂料和超薄型防火涂料进行处理。主体钢结构的使用寿命可以达到百年以上。
图1 主板钢框架图
2.2 部品体系
部品体系的使用寿命远低于主体钢结构，当达到使用寿命时可进行更换。部品体系应符合标准化、通用化、模数化的要求，并具有装配方便的特点。装配式可持续建筑部品体系主要包括：围护结构系统、管线系统、厨卫系统和其它部品系统等。
（1）围护结构系统由外墙、内隔墙、屋面、门窗及遮阳组成。围护结构部品采用标准化、通用化、工厂化的产品，并易于安装和拆卸。外墙采用性能可靠、技术成熟的预制轻质复合保温板或轻质组合系统。内隔墙采用轻钢龙骨石膏板或轻质条板制成。在设计内隔墙时，将功能（如电线、插座、挂件或门窗等）集中在几个专用墙板内，其它设置成空白墙板。内隔墙在工厂生产时，已完成装修和布线。
（2）管线系统主要包括水、电、气、暖等管线。竖向的管线主要集中在管道井和预埋在隔墙内，需要现场安装；横向的管线主要集成在主板架内，在工厂已安装。管线间的接口按照统一、协调的标准进行设计，同一类管线采用相同的接口形式。
（3）厨卫系统分为两种形式：整体式
厨卫和拼装式厨卫。整体式的厨卫技术成
熟、安装方便，而拼装式的厨卫对于地面及墙板的性能要求高，但价格便宜。
（4）其它部品系统包括照明系统、消防系统、设备系统等。这些部品系统的设计和部件都可按照国家标准进行。
3 国内研究情况
以往国内外装配式建筑研究中，抗震和隔音一直是装配式建筑主要问题。远大可建科技有限公司经过两年多的研究开发和试验，通过采用独特的钢结构体系和隔音措施解决这两大缺陷。
3.1 抗震
装配式可持续建筑建采用钢框架——斜支撑结构体系，主要由主板、立柱、斜撑组成。主板端部带有柱套，上层柱子插入本层柱套中，主板与柱套间采用法兰连接；梁和柱之间设置斜支撑，斜支撑和梁柱框架共同抵抗水平和竖向荷载。各节点均使用两种级差相邻的高强度螺栓紧固，避免同批次质量问题。
远大可建科技有限公司分别建造了7层和30层的模型在中国建筑科学研究院进行抗震测试。试验表明：在7度、8度、9度多遇地震下，主体结构未见明显损坏，在9度罕遇后整体结构没有倒塌。
3.2 隔音
主要采用的隔音措施包括：（1）钢结构主体内包在墙体内，如分户墙采用双层装配式内墙（单层内墙厚度为80mm，由无石棉纤维水泥板和岩棉组成），外立面钢结构采用绝热金属面岩棉板和装配式内墙组成。（2）楼梯等裸露的钢结构上铺柔性材料。（3）所有板缝采用隔音防火材料封堵等。
3.3 研究情况
装配式可持续建筑最早于2009年6月由远大可建科技有限公司研发建造，到目前为止已先后完成10幢示范楼，总建筑面积约3万平米，部分建筑的情况见下表：
湖南湘阴塔式公寓项目是远大可建科技有限公司筹建的最大项目。建筑高度达到99m，层数为30层，总建筑面积为17136 m2。每层的建筑面积为571m2，由8块普通主板（规格为15.6m×3.9m）和两块电梯主板（规格为7.8m×3.9m）组成。
湘阴塔式公寓在设计时还集成多项建筑节能技术，如采用150mm厚的金属面绝热岩棉板外墙、三层玻璃窗和智能外遮阳、冷热电联产、热回收新风机、太阳能热水等。建筑每平米的空调设计能耗为70kWh/a（一次能源）。
除主体钢构和内隔墙等采用工厂预制的形式外，其它部分选用市场上技术先进，装配容易的成熟产品。整个建筑工厂化率达到93%。
预计该建筑从搭建到入住的工期为15天！
4 结束语
装配式可持续建筑在建筑建造模式、施工速度、工程质量以及可持续性等方面均有着传统结构体系无可比拟的优势。
虽然装配式可持续建筑还处于起步阶段，仍然面临着许多问题，如结构体系理论研究，配套部品的兼容性、制造成本、专业设计和施工人才缺乏以及国内技术规范的缺失等。但从长远来看，它符合建筑产业化生产和可持续发展的方向，将促进建筑领域生产方式的巨大变革。
参考文献：
［1］ 李湘洲. 21世纪建材、建筑业“大革命” ——装配式建筑 ［J］ 建材工业信息，2003,4：11-13 ［2］ 李湘洲. 装配式建筑一览［J］建筑工人,
2010, 3: 20-21
［3］ 马军庆. 装配式建筑综述 ［J］黑龙江科技信息 2009, 8: 271