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結(jié)構(gòu)工程師在被動(dòng)房建設(shè)中的作用——朱曉麗

2017-09-15

朱曉麗

被動(dòng)式超低能耗建筑，上世紀(jì)90年代誕生于歐洲，目前已發(fā)展為全球發(fā)達(dá)國(guó)家的節(jié)能寵兒，現(xiàn)已大踏步地推開國(guó)門，來到中國(guó)。被動(dòng)房建造過程，意味著房屋粗放式建造方式被精細(xì)化建造方式所替代。

被動(dòng)房，不就是節(jié)能嗎？不就是外墻保溫加太陽能加地?zé)釂?？這關(guān)結(jié)構(gòu)工程師什么事呢？這是許多人心中的疑問。其實(shí)，在被動(dòng)房設(shè)計(jì)和建造的全過程中，每個(gè)環(huán)節(jié)都需結(jié)構(gòu)工程師參與，不可或缺。

在被動(dòng)房的建設(shè)全過程中，結(jié)構(gòu)工程師除了具備設(shè)計(jì)主體結(jié)構(gòu)的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)外，還應(yīng)具備哪些被動(dòng)房相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，才能勝任其工作呢?這就要求結(jié)構(gòu)工程師首先要了解被動(dòng)房的節(jié)能特點(diǎn)及技術(shù)控制點(diǎn)，具備足夠的被動(dòng)房方面的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備，才能勝任相應(yīng)的工作需要。

下面就被動(dòng)房建設(shè)（設(shè)計(jì)、施工）各階段分別闡述結(jié)構(gòu)工程師在被動(dòng)房精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，精心施工中的重要作用。

一、方案設(shè)計(jì)階段

在方案階段，普通建筑只要求結(jié)構(gòu)工程師考慮上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)主材，結(jié)構(gòu)形式是框架結(jié)構(gòu)還是砌體結(jié)構(gòu)呢，結(jié)構(gòu)主材是采用木、鋼、磚的呢，還是采用鋼筋混凝土的呢，但無需考慮房屋的基礎(chǔ)形式是天然淺基礎(chǔ)，還是樁基。因?yàn)樵诖穗A段，基礎(chǔ)形式的不同，對(duì)建筑師和暖通工程師來說，根本與他們沒有關(guān)系。但被動(dòng)式建筑就大大不一樣了，被動(dòng)房一體化設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)工程師早期參與建筑設(shè)計(jì)。在方案階段，就需要將基礎(chǔ)方案與供暖方案融合，對(duì)是否利用地?zé)釕?yīng)該做出決定。結(jié)構(gòu)師需要事先了解工程地質(zhì)條件，初步確定基礎(chǔ)方案，使供暖方案能與基礎(chǔ)方案有機(jī)結(jié)合。在項(xiàng)目的后期出現(xiàn)的許多狀況，往往是方案階段設(shè)計(jì)考慮不周造成的。

2010年上海世博會(huì)城市最佳實(shí)踐區(qū)內(nèi)的漢堡之家，就是一個(gè)很好的案例。由于地面35米以下才是可承重的堅(jiān)硬土層，故樁端需落至這一較深土層作為持力層，這正好給利用地?zé)彷^好地結(jié)合。基礎(chǔ)共有100根鋼筋混凝土樁，其中利用了42根樁，在樁身中貫穿管道系統(tǒng). 【1】將其與地下管網(wǎng)連接，以采集地?zé)?。各層樓的采暖和制冷主要依靠各樓層的樓板埋管系統(tǒng)。【2】

二、施工圖設(shè)計(jì)階段

施工圖設(shè)計(jì)階段，如何避免結(jié)構(gòu)性熱橋，是結(jié)構(gòu)工程師需考慮的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。什么是結(jié)構(gòu)性熱橋？就是由于梁、柱、板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件穿入保溫層而造成保溫層減薄或不連續(xù)所形成的熱橋。這種熱橋能量損失較大，可能會(huì)造成結(jié)露、發(fā)霉現(xiàn)象。

外凸陽臺(tái)，普通建筑設(shè)計(jì)時(shí)常用懸挑結(jié)構(gòu)。而在被動(dòng)式建筑中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該意識(shí)到，外凸陽臺(tái)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件（線性熱橋）會(huì)穿透保溫層，是結(jié)構(gòu)熱橋的部位，是明顯的熱橋薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)該在設(shè)計(jì)中盡可能避免。

歐洲國(guó)家被動(dòng)房設(shè)計(jì)中，往往采用無熱橋的陽臺(tái)專用構(gòu)件。該構(gòu)件由高性能的保溫材料和高強(qiáng)度水泥板構(gòu)成，通過高強(qiáng)度鋼筋聯(lián)結(jié)安裝在室內(nèi)地板與陽臺(tái)板之間，從而有效阻斷陽臺(tái)熱橋。陽臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循了“最節(jié)能”原則。陽臺(tái)與建筑連接部分越長(zhǎng)越易導(dǎo)熱，德國(guó)用阻斷熱橋方式連接。由于目前無法完全引進(jìn)該產(chǎn)品和施工工藝，且考慮到國(guó)內(nèi)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范的限制，目前國(guó)內(nèi)已建被動(dòng)房項(xiàng)目采用了一些折中的構(gòu)造設(shè)計(jì)。如被動(dòng)房項(xiàng)目秦皇島“在水一方”C區(qū)，陽臺(tái)板與主體結(jié)構(gòu)斷開，中間縫隙填充保溫板填滿阻斷熱橋，陽臺(tái)板靠挑梁支撐，保溫材料將挑梁整體包裹。而建學(xué)公司的國(guó)際合作項(xiàng)目—河北涿州新華玻璃幕墻公司辦公樓的宿舍外凸陽臺(tái)，則設(shè)計(jì)為獨(dú)立的鋼結(jié)構(gòu)，在外立面（外保溫）的前面，成功完成此處無熱橋設(shè)計(jì)。

由于建筑結(jié)構(gòu)原因，在合理造價(jià)范圍無法完全避免熱橋，此時(shí)應(yīng)告知建筑師，需在其他部位增加保溫厚度予以彌補(bǔ)。

結(jié)構(gòu)斷橋的應(yīng)用在國(guó)外低層被動(dòng)式建筑中是一種常用的手法，但這種處理手法與我國(guó)現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)規(guī)范尚有沖突，有待進(jìn)一步研究及實(shí)踐。

此外，外墻材料的選擇也很需慎重，框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)的外墻填充墻，需選用熱惰性、氣密性等綜合性能較好的砌體，不宜選用密度小于500kg/m3的加氣混凝土砌塊、普通單排孔或雙排孔砌塊和其它輕質(zhì)的或大空洞的砌塊。

三、建造階段參與項(xiàng)目管理

目前國(guó)家關(guān)于被動(dòng)房的施工和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)還未出臺(tái)，許多監(jiān)理單位、施工單位對(duì)被動(dòng)房材料、施工工法、最終應(yīng)達(dá)到的成果要求不了解、不熟悉。這就更需要有被動(dòng)房設(shè)計(jì)及被動(dòng)房項(xiàng)目管理方面有成功經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)公司，在被動(dòng)房建造的全過程中提供盡可能多的技術(shù)支持。

被動(dòng)房的建造過程就是設(shè)計(jì)圖紙正確落實(shí)的過程，施工單位必須編寫建設(shè)工序。因?yàn)閷?duì)于某些工法中，施工順序起決定性作用。例如，在實(shí)心墻體內(nèi)側(cè)，抹灰層作為氣密層必須一直連續(xù)做到樓板上，而這只有在做地坪前才有可能。因?yàn)楸粍?dòng)房用材與普通房有很大差異，故施工方法也有很大差異，再加上施工要求比普通房更細(xì)致、更嚴(yán)格。如外墻保溫板施工時(shí)，施工人員必須按照正確的施工工藝和順序排板，計(jì)算和布置錨栓、連接、錨固板材，避免出現(xiàn)通縫、裂縫或板材之間縫隙過大等質(zhì)量問題。

設(shè)計(jì)公司委派現(xiàn)場(chǎng)參與土建建造全過程的通常是結(jié)構(gòu)工程師。參考國(guó)內(nèi)外的技術(shù)資料，結(jié)構(gòu)工程師在參與項(xiàng)目管理時(shí)，具體可結(jié)合維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、氣密性、無熱橋施工、噪音消除等方面進(jìn)行質(zhì)量控制，確保被動(dòng)房建成后檢測(cè)結(jié)果達(dá)到圖紙要求。

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫

3.1.1 非透明外圍護(hù)結(jié)構(gòu)

非透明外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，即屋面、外墻、地面或不采暖地下室的頂板。

保溫層應(yīng)連續(xù)完整，嚴(yán)禁出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性熱橋，應(yīng)采用外保溫系，外保溫系統(tǒng)的連接錨栓應(yīng)采取阻斷熱橋措施。外保溫體系應(yīng)該干凈均勻的黏貼在平整的基墻上。禁止在保溫層內(nèi)出現(xiàn)4mm以上的縫隙。因?yàn)榇┩感缘慕涌p非常容易引起結(jié)露，對(duì)建筑造成傷害。保溫層如有較大空腔，應(yīng)及時(shí)采用保溫材料封堵，可用保溫板塞縫，或用發(fā)泡膠封堵。保溫材料需充分遮擋，防止水、水泥、砂漿對(duì)保溫性能的影響，如玻璃棉吸水則喪失保溫性能。

外墻外保溫材料，地上通常采用EPS板、地下通常采用XPS板。保溫板厚度大于200mm時(shí)，應(yīng)分兩層錯(cuò)縫鋪裝，層與層之間嚴(yán)禁出現(xiàn)通縫。第一層保溫板鋪裝完成后的厚度應(yīng)與突出墻面的窗框的厚度一致?！?】外墻保溫板為雙層時(shí)，板上下左右優(yōu)先采用榫槽連接方式；內(nèi)、外層上下左右板塊均錯(cuò)縫粘貼，以達(dá)到更好的保溫密封效果。【5】

樓面保溫材料的厚度宜大于30mm,厚度超過60mm的保溫板宜分兩層錯(cuò)縫鋪裝。構(gòu)件穿透保溫層時(shí)，必須進(jìn)行密封處理，可采用預(yù)壓膨脹密封膠帶將縫隙填實(shí)。樓板、墻體中的洞口，必須用10mm以上的水泥砂漿保護(hù)層覆蓋?！?】

3.1.2 透明外圍護(hù)結(jié)構(gòu)

透明外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，即外墻門窗。

3.1.2.1 原材料檢查：

（1）、檢查外墻門窗氣密等級(jí)、水密等級(jí)、和抗風(fēng)性能、外門窗規(guī)格、分格形式及玻璃規(guī)格。

（2）、檢查外門窗的玻璃是透明材料Low-E中空玻璃還是真空玻璃，玻璃的傳熱系數(shù)U值，玻璃的太陽能得熱系數(shù)g值，外門窗框型材是木材的或塑料的，其傳熱系數(shù)K值，外門窗的玻璃間隔條，耐久性良好的暖邊間隔條。外門窗的傳熱系數(shù)K值。

（3）、外門窗至少應(yīng)采用三道耐久性良好的密封材料密封，每扇窗至少兩個(gè)鎖點(diǎn)?！?】

3.1.2.2 安裝構(gòu)造：

（1）、被動(dòng)房窗戶是安裝在主體外墻外側(cè)，以實(shí)現(xiàn)更好的隔熱效果。外窗借助于角鋼或小鋼板固定，整個(gè)窗框的2/3被包裹在保溫層里，形成無熱橋的構(gòu)造。

（2）、檢查實(shí)際供應(yīng)的暖邊間隔條的窗與洞口間采用隔熱處理連接件; 窗戶兩側(cè)和上部的窗框應(yīng)盡可能多地用保溫材料覆蓋。除預(yù)留紗窗、遮陽裝置等設(shè)施的安裝空間外，外窗洞口保溫板的第二層宜盡量覆蓋窗框。

3.1.2.3 檢查外墻門窗洞口密封材料的連接：

（1）薄膜一邊有效地粘結(jié)在門窗框上（或副框上），另一邊通過兼容性強(qiáng)的專用膠粘劑粘結(jié)在墻體上，薄膜應(yīng)褶皺地（非緊繃狀態(tài)）覆蓋在墻體和門窗框上，薄膜之間的搭接寬度應(yīng)不少于15mm;

（2）外墻門窗洞口處，門窗框與外墻表面，外墻窗與洞口間隙采用自粘性的預(yù)壓膨脹密封帶，在門窗框出廠前就預(yù)先粘好，預(yù)壓膨脹密封帶應(yīng)與窗框同時(shí)安裝，膨脹后的預(yù)壓密封帶應(yīng)將門窗框與外墻之間的縫隙填實(shí)。

（3）窗框與外墻連接處采用防水膜密封系統(tǒng)。室內(nèi)側(cè)采用防水隔汽密封布，室外側(cè)使用防水透氣密封布。這類密封布應(yīng)具有不變形、抗氧化、延展性好、不透水、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。密封布含自粘膠帶，能有效粘接在窗框或副框上，再通過專用粘結(jié)劑粘結(jié)在墻體上。窗臺(tái)設(shè)置金屬擋水板。窗臺(tái)板應(yīng)有滴水線構(gòu)造。窗臺(tái)板的作用是保護(hù)保溫層不受紫外線照射老化材料，而不是普通的鋁合金間隔條。

（4）外窗安裝后應(yīng)與外墻保溫層在同一垂直面，導(dǎo)流雨水，避免雨水侵蝕和破壞保溫層，保持窗臺(tái)的干凈整潔。窗框與保溫系統(tǒng)間安裝塑料連接線條。這是一種由密封條和網(wǎng)格布構(gòu)成的材料，安裝后實(shí)現(xiàn)柔性防水連接，保證構(gòu)造無裂紋。

（5）外窗洞口上邊沿部位安裝塑料滴水線條。這種塑料線條帶加強(qiáng)網(wǎng)布和滴水線條，可以減少外墻立面污水流入屋檐部位或流到外窗表面。

3.2 氣密性

最常見缺陷是外部構(gòu)件氣密性節(jié)點(diǎn)處理不正確。因?yàn)槲覀儾幌Ｍ霈F(xiàn)空氣交換量不斷波動(dòng)，空氣流動(dòng)方向不斷變化。寒冷的冬季，進(jìn)風(fēng)量加大，換氣次數(shù)會(huì)增加，才能使新風(fēng)系統(tǒng)保證新鮮空氣的供應(yīng)，保證房屋的濕度平衡。按設(shè)計(jì)好的施工工序施工非常重要，參與各工種：抹灰、木結(jié)構(gòu)安裝、窗戶安裝，必須向后續(xù)工種交待次序的重要性。

施工質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)：

（1）、砌體和混凝土砌塊等實(shí)心墻的內(nèi)側(cè)抹灰粉刷，必須一直做到混凝土樓板，然后再做地坪；木結(jié)構(gòu)蓋板接縫必須用密封膠帶完全蓋住，然后再做內(nèi)裝修；木結(jié)構(gòu)建筑，要在建筑構(gòu)件內(nèi)裝修層的背后，使用一層薄膜仔細(xì)地貼在外部構(gòu)件的接縫上。

（2）、門窗的氣密性，首先要求洞口尺寸準(zhǔn)確，對(duì)洞口、墻面進(jìn)行修整，洞口偏差控制在±5mm，外墻面垂直、平整度控制在0~5mm，然后再安裝門窗。門窗框邊與墻之間嵌入膨脹膠條，門窗與墻之間內(nèi)外貼一道防水密封布，確保密閉防水效果。

（3）外墻穿墻管孔、模板拉桿孔，用聚氨酯發(fā)泡膠填充密實(shí)，然后內(nèi)外刮抗裂砂漿并壓入網(wǎng)格布。對(duì)衛(wèi)生間、廚房通風(fēng)道、排水管穿樓板處進(jìn)行發(fā)泡填塞密實(shí)處理，對(duì)通風(fēng)道的通風(fēng)口邊緣用膠密封。連通室外的強(qiáng)、弱電線管進(jìn)行打膠封閉，墻面下線管、線盒先刮石膏，再加入線管、線盒。外墻插座最好采用氣密性空墻插座盒。

（4）構(gòu)件管線、套管（如電線套管）穿透墻體氣密層時(shí)必須進(jìn)行密封處理。處理方法如下：

a.位于現(xiàn)澆混凝土墻體上的開關(guān)、插座線盒，應(yīng)直接預(yù)埋澆筑；

b.位于砌體墻體上的開關(guān)、插座線盒，應(yīng)在砌筑墻體時(shí)預(yù)留孔位，安裝線盒時(shí)應(yīng)先用石膏灰漿封堵孔位，再將線盒底座嵌入孔位內(nèi)，使其密封；

c.在墻體內(nèi)預(yù)埋套管時(shí)，接口處應(yīng)使用專用密封膠帶密封，與線盒接口處同時(shí)用石膏灰漿封堵密實(shí)；

d.套管內(nèi)穿線完畢后，應(yīng)使用密封膠封堵開關(guān)、插座等的管口。

3.3 無熱橋施工

檢查窗戶節(jié)點(diǎn)是否與設(shè)計(jì)一致；窗戶是否位于保溫層內(nèi)，卷簾安裝是否能完全防止結(jié)露。墻腳與底板的熱橋效應(yīng)。燈具等安裝是否采用熱斷橋錨固件。安裝錨固件之前，應(yīng)先在保溫板由鉆頭形成的孔洞內(nèi)注入聚氨酯發(fā)泡劑，然后安裝錨固件。驗(yàn)收時(shí)采用紅外成像法克幫助發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)。

3.4 管道關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

樓內(nèi)管道應(yīng)包覆保溫材料。通風(fēng)管道包裹保溫材料后的傳熱系數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，下水管道應(yīng)包覆20mm厚的保溫隔聲墊。樓板結(jié)構(gòu)層表面應(yīng)設(shè)置厚度不小于50mm的隔聲墊。

金屬管道與安裝卡件之間應(yīng)用隔聲墊隔開。

3.5 新風(fēng)系統(tǒng)

檢查新風(fēng)主機(jī)、新風(fēng)風(fēng)管連接的噪音隔離，防止固體傳聲。檢查過濾器，檢查新風(fēng)吸入口、排風(fēng)口。

四、結(jié)語

被動(dòng)房質(zhì)量保證的前提是精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，精心施工。結(jié)構(gòu)工程師在被動(dòng)房建設(shè)的各個(gè)階段，即方案設(shè)計(jì)階段、施工圖設(shè)計(jì)階段、被動(dòng)房建造階段，都必須參與進(jìn)來。結(jié)構(gòu)工程師不可或缺的專業(yè)知識(shí)是被動(dòng)房多級(jí)質(zhì)量保證體系的重要要素之一。

參考文獻(xiàn)：

【1】《漢堡之家—隱形能源建筑》

【2】《2010上海世博會(huì)漢堡之家 HAMBURG HOUSE,EXP2010 SHANGHAI》《世界建筑》2010/02

【3】河北省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《被動(dòng)式低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) DB13(J)/T177-2015》

【4】《德國(guó)被動(dòng)房設(shè)計(jì)和施工指南》[德] 貝特霍爾德·考夫曼 [德[ 沃爾夫?qū)?·費(fèi)斯特著徐智勇譯中國(guó)建筑工業(yè)出版社

【5】《被動(dòng)房“綠色”引擎》中國(guó)建材報(bào) 2015-12-2

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