装配式幕墙保温一体板的设计分析

汪建勇 魏东海 孙在久 孙少华 卢浩

摘 要：随着整个社会工业化、机械化、信息化进程的加快，中国经济的持续发展，未来社会对建筑产品的建造将会朝着高品质、少污染、可持续方向发展。传统手工操作式的建筑生產方式已经不能满足对建筑产品的这种建造需求，实现建筑工业化是解决问题的必要途径。传统的现场施工加工体系存在的缺点阻碍了其建筑工业化生产的实现，而预制装配式系统将真正实现建筑从"建造"向"制造"的转变，是实现建筑工厂化的有效途径，把建筑幕墙分为各种类型，在工厂进行预制生产，再在现场通过必要的节点连接、局部现场拼装成整体的装配式结构。

装配式幕墙系统，大量的幕墙构件在车间加工组装完成，对环境污染有力，现场作业量大大减少，建造速度快，受气候条件制约小，节约劳动力的同时大大提高了幕墙质量，新技术的研发和应用为我司走在装配式幕墙行业前沿打基础。

关键词：装配式建筑；保温一体板；构造设计；节能保温；支撑体系

1 前言

北京城市副中心占地面积155平方公里，是全国政治中心、文化中心、国际交往中心、科技创新中心。本工程大规模应用装配式幕墙，与传统工艺相比，装配式幕墙只需“拧螺丝”就能将建筑外立面装好，省掉土木施工工序，现场基本没有噪声和粉尘污染，施工过程绿色、环保。整体设计、生产的装配式幕墙具有更好的热工效果，除施工过程节能外，建筑在运行中也能保持非常低的能耗。

北京城市副中心装配式板块类型多样，主要体现为装配式错缝石材板块和装配式清水混凝土+幕墙窗板块两种，不同的装配板块所用到的保温一体板不尽 相同，下面我们主要分析一下副中心各装配板块中保温一体板的设计与加工。

2 装配式保温一体板的构造分析

保温一体板的内部构造直接影响建筑整体热工性能的优劣，材料的选择至关重要，本次北京城市副中心项目，主要采用的保温材料为100mm厚度保温岩棉（容重110KG/m3），考虑到运输、安装、施工过程环境中水分对材料性能产生的不良影响，采用憎水型保温岩棉以提高材料的耐水和抗渗透能力，憎水率应不小于98%，吸水率应不大于6%。外叶为0.9mm铝镁锰合金板，采用AA3004-H24 原色平板，采用铝镁锰板也是考虑其性能相比铝板或者镀锌钢板具有更好的耐久和轻质特性。内叶为12mm硅酸钙板，遵循JC/564.1-2008《 无石棉纤维增强硅酸钙板》要求，保温一体板内层龙骨支撑结构采用C型钢，C型钢的单臂特点有助于降低整个系统的冷桥。装配式保温一体板同样为非承重结构构件， 不承受建筑物载荷， 只承担自重、 风压、地震、温差等产生的应力。具体如下表（表1）所示。

3 装配式保温一体板与装配板块的连接设计

传统保温一体板主要由保温层、强力复合胶和饰面层组成，通过多层材料的夹芯组合形成一个单独板块，本工程装配式建筑保温一体板体系同样归类于夹芯保温板类型，但为了使该保温系统更加合理的融入装配式外墙挂板体系，采用同步设计和安装的方式，在连接构造上进行了优化，以达到幕墙装配板块和保温体系在风压、温差、地震作用下同步变形和位移。

装配式保温一体板一般可分为两种类型：

（1）第一种自身自带骨架，自成体系，通过预留紧固件 在装配单元上，施工中根据需求，可整体安装也可后装，优点是如部分材料供货出现问题时不会受制约，其他部件照常安装（如图1所示）。

此类保温一体板自身的构造内叶采用铝镁锰板，外叶为硅酸钙板，芯层为100mm厚度保温棉，通过自身的镀锌钢龙骨固定。除自身体系的结构受力需满足要求外，重点关注保温一体板与装配板块之间的连接，考虑预埋预留的点位布置，装配的误差控制，组装的难易，好的连接构造推荐设计为螺栓连接或者挂接形式，尽量避免焊接，为后期的保温板维护提供更换便利。

（2）另一种则借用装配单元的龙骨体系，将保温材料融入到装配单元，出厂即为一个整体板块。

在支撑体系上，保温一体板的龙骨共用装配式外墙挂板的支撑龙骨，结构受力上是可行的，保温系统外叶0.9mm铝镁锰板和内叶1.5mm镀锌钢板分别固定在装配龙骨的内外侧，共同支撑夹芯层的保温岩棉，整个保温体系所有构件均在工厂与装配式外墙挂板安装成一体，同时运输、同时吊装、共同受力。

需要着重考虑的是此种类型的保温一体板需避让装配式挂板自身的转接构件和现场的转接构件，装配式外墙挂板在现场的安装是通过转接构件的螺接，保温一体板应留出足够吊装空间和安装操作空间，这就对保温板设计和加工精度严格要求。

4 保温一体板防水性能与密封性能的处理

保温一体板不同构造类型的，会采用不同设计防水构造，但保温一体板作为装配幕墙板块的组成部分，总的要求是不得降低装配式幕墙的整体防水密封性能。保温材料在与幕墙可靠连接的同时，必须进行封胶处理。

（1）针对借用装配单元龙骨的保温一体板类型，外叶0.9mm铝镁锰板与幕墙横竖龙骨之间均布螺钉固定，并在钉头处进行封胶处理 ，形成整个装配系统的第二道防水体系。内叶1.5mm镀锌钢板同样采用螺钉均布带胶打点固定在装配幕墙单元的龙骨内侧，起到支撑和保护夹芯层保温棉的作用，同时对幕墙龙骨也是一种密封防护（如图3所示）。

此种类型所有的防水和密封处理均在加工厂完成，整体出厂，有利于整个系统的性能的保证，现场吊装完成后，周圈设置一道密封胶进行板块间的密封，形成装配式外墙挂板的内层密封，结合装配板块面层的第一道防水线，组成整个系统双层防水系统。

（2）自带龙骨自成体系的保温一体板类型，主要考虑其自身的防水和与装配板块间的密封处理。保温板自身的密封通常采用密封胶嵌缝来实现，在工厂组装时即可完成。与装配板块的密封处理，可选择胶条或密封胶嵌缝处理。

若保温板与装配板块分开安装，因二者间一般采用机械连接，保温板位于装配板块内侧，则采用胶条密封处理，预先在保温板块周圈设置胶条，现场只进行挂装拧螺丝作业。采用胶条密封的另外一个目的主要用来吸收现场装配板块之间存在施工缝隙和安装误差，避免保温板安装完成后再次注胶。

若保温板和装配板块在工厂组装完成，密封胶条也可换为采用密封胶嵌缝处理，养护完成后整体吊装，此种方式最为理想。总之使保温一体板作为装配式板块的内层防水体系，保证整个装配板块的双层防水系统。

5 保温一体板作为室内装饰面的要求

一套完整装配式幕墙的板块设计，必须考虑室内装饰面的完整和美观，本工程部分装配板块背后是没有砌体墙的，也就是说装配式幕墙板块完成挂装后，其背面即为室内可视的完成面，保温一体板同时作为室内的内墙基础面，表面进行抹灰处理即完成室内墙面的装修。如下图5所示：

此次分析的是清水混凝土+幕墙窗装配板块的保温一体板体系，板块位于清水饰面板块的内侧，保温一体板内饰面采用12mm厚水泥纤维板，夹芯层为100mm厚度保温岩棉，通过C性钢龙骨进行组合固定。为避免现场动火作业，降低现场安装难度，整体系统采用栓接装配，事先在一体板内预留螺栓孔，与清水混凝土预留点位对应，采用不锈钢螺栓与清水混凝土装配板块连接。

在实际安装过程中，保温一体板一个楼层内每一个单元分上下两块，采用密拼方式连接，以采光区窗为控制轮廓，进行保温板和创型材之间的密拼交接处理，在相应装配板块转接件位置，同样需要考虑构件避让问题。在类似这种多单元组合的集成式装配系统，重点需要注意板块的交接关系和安装顺序，尽可能保证室内不留死角，不遗漏二次施工工序。如下图6所示：

6 装配式保温一体板的加工制作

完善先进的装配式保温一体板系统，除了设计方案的先进性，还需要后续完善完整的组装方案和加工工艺。组装图、加工图必须把细节描述清楚，在这个制作过程中会发现方案设计和机械加工之间往往是相互联系的，保证装配板块性能的同时，考虑材料的宽度、厚度等规格对加工效率的影响，比如本次制作首样过程中，因铝镁锰搬到超大（单张板达到1500x4500mm），虽说铝镁锰版生产没问题，但是在运输过程中易变形，工厂操作和再加工过程中极不方便，最后变更设计更改为组合板形式，两块板拼接锚固，顺着迎水面搭接部位采用拉铆钉带胶固定。

装配式板块的精度控制十分重要，需要有明确的加工要求，一般包括对单独构件的精度和整体板块的精度的双重控制，如线性尺寸、角度、孔位、组件的允许偏差和校核方法都应明确。针对保温一体板，其性能的的保证往往都是构件间配合上的保证，100mm厚度的保温岩棉就需要100mm以上的空间容量，镀锌钢板和龙骨加的搭接长度，铝镁锰板在钢龙骨上的固定位置必须有要求，包括螺钉的间距设置、构件开缺的尺寸把握，施胶的方式和尺寸，都需严格要求。

标准化、规范化的工厂管理是设计方案和加工方案得以实施的重要因素，严格执行样板先行原则，首段首样认可后方可进行后续批量加工。装配式建筑的过程管理很大一部分是工厂的管控，是加工、组装、运输、配送的全过程管理，也是方案校核、设计修正、质量把控、社会效应、绿色节能的体现。

7 结束语

通过对副中心装配式外墙保温一体板的设计与加工的分析，我认为只有合理的设计才能做出合格的产品；才能让建筑幕墙在建筑上体现它的生命。我国众多建筑幕墙企业都在实行走出去的发展战略，但难以改变“中国产品”给国内外带来的粗制滥制、档次偏低的不良印象，我们作为一个幕墙设计师应该做好本职工作，给后期的加工生产做好基础，共同打造精品工程，方能提升国内外用户眼中的我国建筑幕墙产品的形象。只有真正理解掌握装配式建筑幕墙构集成性特点，才有可能展现装配式幕墙产品“高档次、高品位、高质量”的三高形象，真正成为产品信得过企业，为中国的幕墙事业的发展作出积极贡献！

致谢

这次作为北京城市副中心的一名设计，在设计过程中学到了许多完善的设计理念和追求完美的工作态度。特别感谢幕墙专家魏东海在整个项目的方案设计和加工制作上的指导和帮助，同时感公司领导的支持和信任。由于学识尚浅，本文如有不正之处望指正。

参考文献：

[1] GB/T 21086-2007.建筑幕墙[S].

[2] T/CCIAT 0001-2017.裝配式混凝土建筑施工规程[S].

[3] JGJ 102-2003.玻璃幕墙工程技术规范[S].

[4] JGJ 133-2001.金属与石材幕墙工程技术规范[S].

[5] GB/T 19686-2015.建筑用岩棉绝热制品[S].

[6] JC/564.1-2008.纤维增强硅酸钙板[S].第1部分：无石棉硅酸钙板.

[7] T/CCIAT 0001-2017.装配式混凝土建筑施工规程[S].