吉林省装配式高层住宅建筑设计研究

(吉林建筑大学建筑与规划学院，吉林长春130018)

吉林省装配式高层住宅建筑设计研究

张广平，刘茂刚

(吉林建筑大学建筑与规划学院，吉林长春130018)

该文围绕吉林省装配式高层住宅设计研究这一课题，首先对吉林省装配式高层住宅建筑的发展状况进行了简要叙述，并对其建造特色进行分析。结合吉林省的气候特点，对装配式高层住宅建筑设计要点、单元户型的优化及外围护结构节能构造设计做了详细解析和梳理，以期达到在降低工业化建造成本的前提下实现吉林省高层住宅产业的健康发展。

装配式；高层住宅建筑；住宅产业

1 吉林省装配式高层住宅发展状况

随着国家对建筑行业的宏观调控，我国住宅产业逐渐由粗放型建造向标准化生产转变。住宅建筑精细化设计、标准化生产是新时期经济发展的迫切需求。我国住宅工业化发展历程较短，尚未形成成熟的标准化通用建筑模数体系，地域性的研究则更加受限。

鉴于我国东北严寒地区的气候特点及吉林省装配式高层住宅发展的广阔前景，本文就吉林省装配式高层住宅设计提出了若干建议，希望对吉林省的住宅工业化建设有一定的促进作用。

图1 预制装配式构件生产、运输、组装过程

2 装配式高层住宅建筑特色分析

2.1 标准化设计

装配式高层住宅的标准化设计建立在一定的模数基础之上，利用模数数列控制建筑体量及建筑构件的尺寸。通过模数间的相互协调来实现建筑构件模块化的组合，根据建设要求实现装配式高层住宅的标准化设计。

2.2 工业化建造

高层住宅的工业化建造是将大量的建筑构件在工厂内生产完成，然后将加工好的构件打包运输到施工现场，再通过可靠的连接方式将其组装而成（图1）。与传统的施工工艺相比，高层住宅工业化建设受气候条件影响小，地域适应性强，可有效地减少建筑施工对周围环境的影响。

2.3 部品化生产

装配式高层住宅的部品化生产是以提高住宅建筑部品间的互换性和通用性为目的，以优化参数组合和连接技术规定为根据，采用模数化、标准化、通用化的设计工艺，来满足建筑部品制造工厂化、施工装配化的要求。

高层装配式住宅的部品化加工是住宅工业化发展较为关键的一步，将部分施工工序转移到工厂中完成，这样既能提高住宅生产效率，又能促进产品配套体系的系统集成。

3 装配式高层住宅建筑设计要点解析

依据吉林省特殊的气候特征及装配式住宅建筑的设计特点，将装配式高层住宅的整个设计周期划分为五个阶段，并对每个阶段的设计要点做简要叙述。具体内容如下（设计流程可参考图2）。

3.1 方案概念设计阶段

设计单位应明确工作的主要内容：在装配式住宅方案设计的细节方面，业主应与建筑师进行深入交流，根据前期的技术策划路线确定住宅平面和立面设计准则。平立的面设计除了要满足我国严寒地区使用要求外，还要保证套型设计的模数化、标准化，立面设计的个性化，并遵循预制构件“少规则、多组合”的设计原则。

图2 预制装配式住宅设计流程参考图

3.2 方案报建阶段

这一阶段要求完成以下几项内容：根据项目要求初步确定预制构件的设计标准，进而确定相应的构件形式；对平面及立面构件进行初步拆分，并提出修改意见；确定装配结构的装配体系比例上限，减少装配体系对建筑容积率的影响。

3.3 总体设计阶段

做好预制率和外墙面积的计算，建筑、机电等相关专业应相互协作协同设计。在充分考虑设备的预设预埋的基础上，对预制构件进行优化设计，分析影响其成本的因素，从经济的角度进行专项评估，进而制定相应的技术方法，并通过当地相关政府部门的审批。

3.4 施工图设计阶段

在总体设计阶段的基础之上制定相应的技术实施方案并进行深化设计，完成建筑构件的拆分、保证建筑部品的预制装配率；在施工图设计过程中，各个专业应根据生产企业所提供的预制构件、设备设施、内装部品等预制部分的设计参数，来实现各个专业预留预埋的要求。建筑专业在这一阶段要着重处理好预制构件及预制部品连接处的防水、防火、隔声、保温等事项的设计要求。

3.5 构件深化设计阶段

此设计过程应根据吉林省的气候特点选取合适的构件加工材料，预制构件加工企业应配合构件设计单位完成构件设计图纸。建筑专业需根据设计要求控制预制构件的出图尺寸。

4 吉林省装配式高层住宅产品优化设计

装配式住宅产品设计时应结合吉林省常用户型的特点，考虑住宅建筑的保温性能。在对我国严寒地区常用户型研究的基础之上，笔者对吉林省装配式高层住宅产品设计提出了几点建议，具体内容如下。

4.1 平面设计标准

预制装配式高层住宅建筑平面方案设计应根据当地的气候特点，遵循装配式住宅的标准化设计原则，统一户型内模块的尺寸标准，完善装配式住宅配套应用技术，提升项目品质，降低建造成本。

4.2 平面户型模块及其灵活的组合形式

平面设计可以通过研究符合装配式结构特性的模数系列，形成一定标准化的功能模块，再结合实际的定位要求形成适合工业化建造的户型模块，由户型模块再组合形成最终的单元模块。标准功能模块和户型多样化组合详见图3。

图3 标准功能模块和户型多样化组合

4.3 功能模块布局

选用大开间的建筑平面布局方式，合理布置各功能模块空间的位置（客厅、卧室、厨房、餐厅、卫生间），强调住宅内部空间布局的灵活性、可变性、舒适性。减少室内结构墙体的出现，室内各功能模块的划分尽量使用工厂加工完成、易于组装的隔墙构件，并保证套内各功能空间分区明确、布局合理、动线流畅。

4.4 厨卫设计

厨房、卫生间以集中设置为宜，这样便于集中安装竖向管井和竖向通风装置。在装配式户型设计中，厨房、卫生间为首要标准化设计的对象，在厨卫已有的标准化设计的基础之上分割出其他的功能区间（卧室、客厅、餐厅等）。结合厨卫已有的部品集成体系和标准化设计，优化各功能模块空间的布局集成，这也为整体式卫生间的安装和工厂化生产提供了实践基础。

4.5 交通空间设计

交通空间宜集中设置，有其固定的生产模数，外形公正、组合灵活、形式简洁（主要形式如图4）。与户型模块组合便利且适应性强，交通模块在设计中尽量与功能模块保持一致，进行平移复制，不要镜像。否则将增加构件形式，提高建造成本，降低生产效率。

图4 装配式住宅常用的楼梯形式

高层预制装配式住宅平面是住宅建筑设计的开始，要从设计的最前端开始控制住宅建造的成本。实现住宅建筑部品工厂化生产，平面设计是开始的第一步，合理的平面设计将有力的推动住宅工业化建设的发展。

5 吉林省装配式高层住宅建筑外围护结构节能构造设计

吉林省冬季严寒且漫长，做好住宅建筑的保温处理，可大幅度地节约能源消耗。住宅建筑冬季能耗的流失主要是通过其外围护结构，故对预制外墙板、门窗、阳台板、屋面等构件的保温处理将会直接影响到住宅建筑的节能效益。

5.1 预制外墙板节能构造设计

预制外墙板保温构造主要分为两类，一类是自保温，另一类是材料保温，吉林省通常采用后者。材料保温主要是指通过附加保温层来达到保温隔热的效果，根据保温层所处的位置，预制外墙板可分为外保温、内保温和夹芯保温三种形式。图5为三种保温形式常用的构造节点设计。

图5 预制外墙板保温构造形式

保温层在预制外墙板的拼接处会发生断开，无法形成完整的保温面，容易造成热量流失，不能很好地起到节能保温的作用。为了保证装配式高层住宅的保温性能，应在预制外墙板的连接处做保温处理。常用的方法为向连接缝内喷射聚氨醋发泡剂，或结合防水措施在缝内嵌填保温材料(图6)。

图6 板缝内设保温材料

5.2 预制门窗节能保温构造设计

在住宅建筑外围护结构部件中，门窗的绝热性能最差，也是影响室内热环境质量和建筑节能的主要因素之一。据统计，在供暖的条件下，冬季单窗所损失的热量约占总供热负荷的40%左右。从住宅建筑节能的角度看，外窗一方面是高能耗构件，另一方面也是室内得热构件，即太阳光透射入室内而获得太阳热能。因此，在对装配式住宅门窗进行加工时，应该根据吉林省的气候条件、功能要求来确定相应的构造技术，以便取得良好的节能效果（图7）。

图7 外窗下框保温构造设计

5.3 预制阳台板保温构造设计

阳台是住宅建筑中不可缺少的室内外过渡空间，人们可以利用阳台从事各类家务活动。预制阳台按其对外的关系可分为开敞式阳台和封闭式阳台，目前吉林省主要采用封闭式阳台，以阻挡冷风直灌室内。钢筋混凝土阳台板导热系数大，嵌入墙内易形成冷桥，在严寒地区应尽量避免，预制阳台构件生产时还应着重考虑其保温性能（图8）。

图8 预制阳台板保温构造设计

5.4 预制屋面保温构造设计

北方寒冷地区室内外温差较大，热量主要通过外围护结构向外散失，特别是处于顶层的住户对外接触面大，热量散失严重。故对屋顶进行工厂化生产时应注重对其的保温处理，屋顶的保温构造有多个层次，主要有结构层、找平层、结合层、隔汽层、保温层、防水层等，如图9。

图9 平屋顶保温构造设计

6 结论

发展装配式高层住宅建筑是吉林省建设行业推动“创新驱动发展、经济转型升级”的重要举措，也是转变城市建设模式、建设节约型城市社会的现实需要。本文涉及的内容有限，更多相关课题的探索还需要相关企业、科研、设计等单位相互协作完成。

[1]胥晓睿.预制装配式高层住宅设计与绿色施工[J].绿色施工，2016（1）：97-99.

[2]张传生，张凯.工业化预制装配式住宅建设研究与应用[J].住宅产业，2012（6）：24-28.

[3]栗新.工业化预制装配式(PC)住宅建筑的设计研究与应用[J].建筑施工，2008（3）：201-203.

[4]杨朝跃，王磊.建筑工业化住宅装配式(PC)技术应用[J].建筑安全，2015（3）：4-9.

责任编辑：孙苏，李红

Study on Assembly Residential High-rise Design in Jilin Province

Based on the subject of assembly residential high-rise design in Jilin,its development status is briefly depicted and its construction features are analyzed.Combined with the climate characteristics of Jilin province,the key design points,housing optimization and the energy conservation design for exterior retaining structures of assembly residential high-rises are analyzed in detail.It hopes to realize its healthy development on the premise of reducing industrialized construction cost.

assembly;residential high-rise;residence industry

TU756

A

1671-9107（2016）12-0005-03

基金论文：该文为住房和城乡建设部科研项目“吉林省普适性装配式混凝土结构住宅建筑标准化设计研究”（项目编号：2015-K2-024）论文成果。

10.3969／j.issn.1671-9107.2016.12.005

2016-09-08

张广平（1972-），女，吉林长春人，本科，一级注册建筑师，教授，主要从事建筑设计及其理论和建筑技术科学研究。

刘茂刚（1990-），男，山东荷泽人，硕士研究生，主要从事建筑设计及其理论和建筑技术科学研究。