装配式外围护创新案例 | 科研办公楼的一体化外围护设计与建造

本文摘自《建筑智能工业化》杂志2023 Vol.1

探 索

Findings

     

“集成”是一种新的设计理念，也是一种建筑语言，需要从结构设计、建筑设计、室内设计等多角度深入探索，为装配式外围护的理念与技术提供新的发展方向。

绿色低碳 · 韵律和谐

宛平南路75?号科研办公楼的一体化外围护设计与建造

Low-Energy Consumption · Harmonious Rhythm

Integrated Enclosure System Design and Construction of No.75 South Wanping Road Scientific Research Office Building

白    杨    BAI Yang

华建集团上海建筑科创中心

建筑工业化学科中心高级主创建筑师

李进军    LI Jinjun

华建集团上海建筑科创中心

建筑工业化学科中心主任

王平山    WANG Pingshan

华建集团常务副总工程师

上海建筑科创中心主任

邱    田    QIU Tian

华建集团上海建筑科创中心

建筑工业化学科中心建筑师

项目简介

项目名称：上海市宛平南路 75 号科研办公楼改扩建项目

建设地点：

上海市宛平南路 75 号

上海建筑科学研究院集团园区内

4# 楼总建筑面积：7036.59m2

建筑高度：23.95m

建筑层数：4 层

主体结构：装配式钢结构建筑

外围护系统基本情况

宛平南路 75 号科研办公楼改扩建项目（图 1）展示了上海建科最新的科技创新成果。该项目位于上海市徐汇区，以“自然的容器、科技的乐园”为设计理念，旨在重塑以人为本的生态环境，打造开放交互的活力园区，营造智慧超前的空间体验，树立密集城区的更新典范，打造科技创新的试验田。

本项目于 2021 年 12 月 30 日顺利通过上海市住房和城乡建设管理委员会组织的超低能耗建筑项目方案阶段的技术审查会评审。本项目中采用的多项超低能耗技术中，外围护系统的创新设计是实现技术目标的关键环节。根据技术条件要求，建筑外轮廓不能扩展，建筑保温层要连续且厚度需达到能耗标准，同时要满足被动式建筑外围护系统的要求，还要满足预制技术及安装施工等要求。

图1 宛平南路 75 号科研办公楼改扩建项目

本工程项目根据节能目标与建构特征来评估外围护系统方案。建筑外立面虽然有着较为清晰的构造，第一视觉可以形成高度的标准化设计，但从屋顶平面图看（图 2），由于建筑平面轮廓比较丰富，产生了若干阳角与阴角，这些特殊部位的外围护系统构件部品的设计必然会对标准化程度产生影响。此外，从局部透视图看（图 3），建筑体块穿插设计，穿插的部位也必然会打破单元板块的完整性与连续性。可见，考虑标准化效率的要求，建筑方案的设计仍需在诸多细节上加以优化，最终形成真正高效建造的预制水泥基外围护系统。

图2 屋顶平面图

图3 局部透视图

外围护系统集成设计策略

根据本项目的外围护系统特性，对性能与建构目标进行评估分析后，可形成三种多功能一体化外围护墙体技术方案，具体方案如下：

方案 1： U 形的内叶板腔体内嵌入保温、隔声、防水防潮材料，保证外围护系统功能完整。装饰板安装点位会在核算装饰荷载后做优化设计和连接简化，尽可能方便安装（图 4）。该方案的优势在于，基础墙板外围护功能完整，与装饰体系界面清晰，减少装饰构件面积，满足性能与建造目标要求；集成技术外墙板以内叶板为主实现外围护构件的防水构造与连接，内装设计有较高自由度。但劣势在于，为了保证容积率不变，外装饰板除装饰作用不含其他任何外围护功能，开放式的挂装方式使得内部龙骨暴露在室外，容易锈蚀，对大尺度的外挂装饰耐久性和安全性有一定影响；集成装饰一体板吊装难度较大，较难控制外装饰板连接平整，可能会需要装饰板二次吊装或调平，影响施工工序；由于平面存在较多阴阳角，使得基墙标准化程度大大降低，增加了制作、生产和安装难度。

图4 方案 1 外围护系统模型设计

方案 2： 装饰一体化外围护墙体的内部构造材料受到充分保护，其耐久性相对更有优势。封板贴临内装饰系统，需根据内装体系进行调整（图 5）。构件一次性挂装、调平，层间安装，如果窗玻璃无法进行变形保护，建议在单元板块安装完成后进行安装。该方案的优势在于集成化程度高，单元构件完整，整体性高的单元构件吊装时相对安全；方案 2 相比方案 1 减少基墙厚度 150mm 左右，一定程度降低了面积损失；构件耐久性较好，不存在二次吊装问题和调平的问题。劣势在于因外饰面需承担外围护墙体的围护功能，无法做到单纯装饰，需增加面积；平面内存在的阴阳角部位无法集成在一体板内，需单独处理。

图5 方案 2 外围护系统模型设计

方案 3： 考虑普通 PC 墙体提高标准化的程度，流水线生产模式及钢模制作工艺可能与装饰板生产制作工法不同，或存在先联合生产再现场组装的情况。防水防潮及连接构造均通过 PC 基础墙体完成，工艺大大简化。外围护体系层次分明、易操作，可逐层安装（图 6）。该方案的优势在于，预制 PC 基墙可与装饰构件相对分离，构件尺寸相对灵活；预制 PC 基墙使得集成墙板的材料总体价格相对降低；生产工艺、制作、安装方式相对简单，容易操作；外围护墙体与装饰体系界面清晰，减少装饰构件面积。劣势在于为了满足面积需求，外装饰板除装饰作用不含其他任何外围护功能，但开放式的挂装方式使得内部龙骨暴露在室外，容易锈蚀，对于大尺度的外挂装饰的耐久性和安全性有一定影响；集成装饰一体板吊装难度较大，较难控制外装饰板连接平整，所以可能会需要装饰板二次吊装或调平，影响施工工序；《上海市禁止或限制生产和使用的用于建设工程的材料目录（2020）》中对外保温材料和安装方式有所限制，该方案是否能按照预制集成墙板推进还有待商榷；可能存在联合制造的情况，管理相对较为困难。

图6 方案 3 外围护系统模型设计

外围护系统的性能评估

预制外围护系统的构造关键在于防水的密封构造。一般板间缝渗水（雨水）的原因有：（1）雨水对板缝的冲击，缝内雨水构成压力；（2）雨水受自重作用，对板缝构成渗透；（3）因雨水的毛细现象形成渗透。

因此，通常建议预制混凝土外挂墙板采用空腔构造防水系统。空腔的作用有：（1）水平缝最外缘采用密封胶密封，作为第一道“防线”，抵挡水压及风压；（2）透过第一道防线进入空腔的雨水，遇空腔而减压，并切断毛细通路，无法构成渗透；（3）雨水受自重作用，沿空腔设置的高低缝，由高向低流出。

在经过对实际墙板厚度与施工策略的综合考虑后，进行了构造节点的优化。并进行了四性检测试验。四性试验的检测方案针对完整的外围护系统进行检测，重点关注部位在墙体与窗洞口间的缝隙和墙体之间的防水性能，关注防水措施的有效性与渗漏水规律。经过试验与检查，构件的固定部分完全可以满足幕墙系统的水密性要求，装饰构件与外围护构件的相对距离可以有效保证外围护系统的防水性能。

外围护系统的建造难点

（1）现场堆放

构件尺寸较大，在运输过程中如果没有柔性垫层和可靠的连续支撑会使构件因运输颠簸形成局部裂缝，甚至断裂。本项目的构件运输方案是将预制混凝土外围护构件与超高性能混凝土（UHPC）装饰板进行分批安装。运输过程设置专用架以稳定构件，并用聚苯板进行保护。由此确保构件能够安全平稳地运输到现场。

另一方面，工程为改扩建项目，基地空余面积较少，因此需要合理规划进场时间及位置布置，不仅要便于构件的调度，还要保证周边环境不会受到影响，且不影响交叉施工。且因双层皮构件需要在现场连接安装再整体吊装，需要更加合理的施工流程的规划。

（2）一体化吊装与安装

本项目的墙体板块较大，是由 PC 外围护墙体连接 UHPC 墙体合并吊装。大尺寸使得吊装、调节都存在较大的难度。且因构造的特殊性， UHPC 的外装饰与预制混凝土外围护墙板并非刚性连接，完成吊装后存在两层板都需要调节平整度，因此大大提升了安装难度；另一方面外装饰板距离结构外围护板有 30cm 的距离，而防水密封材料需从外侧注入至预制混凝土墙板中，该施工操作对人工专业技术水平也提出了相对更高的要求。

（3）窗体副框的维护

为了控制整体总重，本项目中的一体化集成墙板中的预制混凝土围护墙板的厚度仅为 90mm，这为窗体的预埋和安装增加了难度。虽然一体化集成墙板在工厂内预制，但是单保护层过薄，不仅副框安装固定较困难，从出场、运输到安装可能出现的各种磕碰都会造成保护层的缺损，因此需要对其重点保护，并应在墙体安装完成后，对预埋的副框进行统一的验收维护工作。

结语

宛平南路 75 号项目的外围护系统是将结构、装饰高度集成的一体化墙板。一体化挂装是本项目中外围护系统的关键技术点。在国家不断推动绿色装配式建筑技术发展的背景下，预制外围护系统不断发展。集成多功能一体化的外围护系统的研发在本项目中获得了深入的优化应用，为集成外围护系统向更加精进的方向发展提供动力。

*本文图片来源：华建集团