全功能集成型一体化卫生间设计研究

2021-05-14张明亮戴清峰陈维超王江营

建筑施工 2021年1期

关键词：侧壁预埋卫生间

张明亮陈浩戴清峰石拓陈维超王江营

1. 湖南建工集团有限公司湖南长沙 410004；

2. 湖南建工集团装配式建筑技术研究院湖南长沙 410004；

3. 湖南建工集团工程设计研究院有限公司湖南长沙 410004

装配式建筑[1-2]因具有施工速度快、节能环保、节省模版、可工业化生产等优点，是绿色建造[3]和智能建造技术的重要基础，亦是建筑业供给侧结构性改革的重要举措。为此，国家先后出台了许多相关政策和文件，装配式建筑已成为国家战略性重点发展产业。

随着装配式建筑不断发展，市场对各类部品的要求也随之提高。其中，整体式卫生间便是目前广受关注的产品之一。卫生间是现代住宅建筑中的核心组成和最复杂部分之一，需同时满足防水、防渗、通风、保温、隔声、防滑等诸多功能要求，涉及房屋结构、给排水、暖通、电气、装饰装修等专业，设计与施工工序繁多、耗时费力，而且易出现渗水、漏水等质量问题，对使用者的生活品质有非常大的影响。日本在1964年研制了在工厂预制、现场安装的一体式卫生间，并在欧美得到了比较广泛的应用[4]；李文藻等[5]结合建筑工业化相关理念，研究了装配式盒子式卫生间；何兰[6]针对我国南方卫生间设计中普遍存在干湿不分、设计不细、空间利用和产品布局不合理等问题，结合卫生间功能多元化和细致化的特点展开了相关研究。徐新华等[7]分别对装配整体式卫生间和适应性装配式卫生间的优、劣进行了比较详细的分析，可为相关设计与施工提供一定参考。高颖[8]针对城市住宅卫生间存在的问题，提出了整体设计方案，并对其中关键参数和技术进行了研究。柏万林等[9]结合具体工程项目，对整体式卫生间工厂预制和现场安装中的一些常见问题进行了分析研究。

目前，装配式预制卫生间基本可分为两类，一类是采用预制单元构件在现场拼装成卫生间；另一类是在工厂预制整体卫生间，然后在现场直接安装。但是，预制单元构件组装而成的卫生间存在单元板连接以及接缝处理的问题，其整体性较差；预制整体卫生间虽然解决了构件连接、结构整体性等问题，但卫生间与主体结构连接复杂，与建筑墙体不共轴，且使用前需二次装饰施工，不仅会造成污染和材料浪费，且质量不易于保证，影响施工进度和用户使用体验。

为此，湖南建工集团基于全国装配式科技创新基地，自主开发了一种新型的共轴承插型预制一体化卫生间体系[10-12]，以期解决当前卫生间结构整体性、安装便捷性、保温性、结构与装饰、使用面积以及同层排水等方面存在的问题，提高预制卫生间功能性要求。该卫生间体系由建筑结构体系、装修体系、防水体系、保温隔热体系所组成，集结构、管线、防水、装修“四位一体”。

1 建筑结构体系设计

1.1 共轴、承插设计理念

通过研制专门的模具，将共轴承插型预制一体化卫生间采用轻骨料混凝土在工厂一次整体预制成形，其由四周侧壁和底板形成一个整体结构，卫生间侧壁与建筑隔墙重合共轴，替代了传统卫生间的砖砌隔墙；卫生间底部设置250 mm高沉箱，安装时沉箱直接插入建筑楼面预留洞口中，卫生间搁置在楼面预留洞口四周凹口梁或剪力墙的挑耳上，即采用类似于企口的构造，形成“共轴”“承插”的技术特点，如图1（a）、图1（b）所示，图1（c）为卫生间整体模型。

安装该一体化卫生间时，若卫生间侧壁外侧有现浇混凝土剪力墙，则在剪力墙上设置挑耳来搁置和承载；若外侧为楼面梁，则楼面梁下沉120 mm，在梁顶设置凹口，卫生间直接搁置在凹口梁上，卫生间底部四周的安装空隙不小于15 mm，安装完成后，安装空隙采用聚氨酯建筑密封膏嵌实。当下一层卫生间安装完成后，卫生间侧壁顶部可作为上一层四周凹口梁或剪力墙上挑耳的底模，吊钩直接埋入上一层四周凹口梁或剪力墙上挑耳内，作为构造连接件使用。

此外，当卫生间侧壁为建筑外墙时，则在工厂生产时于卫生间侧壁外侧预埋对拉螺杆连接件，以满足现浇剪力墙的模板固定要求，此时该侧壁可作为外墙浇筑的内模板。

图1 一体化卫生间建筑结构示意

1.2 卫生间尺寸、配筋设计

根据长沙某实际工程的建设需要，设计一种一体化卫生间，其外轮廓尺寸长、宽、高分别为2 740、1 670、2 670 mm，侧壁厚度100 mm，底板厚度在长向由120 mm变化至100 mm，形成一定的结构找坡，侧壁设置φ8 mm@200 mm×200 mm单层钢筋网，底板设置φ8 mm@150 mm×150 mm双层双向钢筋网；在卫生间侧壁顶部的四角及中部设置有吊钩，并在吊钩部位的侧壁内设置φ14 mm加强筋，加强筋下端弯入底板内；卫生间侧壁和底板内预埋水电管线和预留洞口；卫生间侧壁和底板采用密度1 500 kg/m3、强度等级LC25的轻骨料混凝土浇筑。该一体化卫生间的结构自重约4.3 t，预制成品质量约4.6 t。

1.3 卫生间使用功能设计

一体化卫生间分为干、湿两区，具有沐浴、如厕、洗漱三方面的使用功能。其中，可在干区内进行如厕和洗漱，在湿区内淋浴。干、湿区通过玻璃门隔断，实现了空间零浪费，如图2所示。

2 管线布置及装修体系设计

共轴承插型预制一体化卫生间采用BIM正向设计技术，通过建立三维模型，并综合考虑结构形式、材料、钢筋骨架、水电管线（盒）的预留、预埋、装饰、浴室设备布置等多个方面，完成了管线布置与装修设计，通过BIM模型直接导出各专业施工图指导卫生间的生产与安装。

2.1 卫生间管线布置

图2 一体化卫生间功能示意

在浇筑卫生间混凝土之前，将水电管线预埋在墙体中。其中，吊顶内的电线与侧壁内预埋的电气管线相接，侧壁内预埋的电气管线在楼面标高处与外部楼面预埋管线对接；在吊顶高度范围内的现浇混凝土剪力墙上预留直径110 mm孔洞，作为换气扇排气管道口；卫生间的给水和排水管线敷设在架空地板与混凝土底板之间的沉箱内，不占用卫生间净空间，且同层排水，方便检修；冷热水通过侧壁上的预埋管道与外部管道相接并从厨房引入，相关布置如图3所示。

图3 卫生间管线BIM模型

2.2 卫生间装修体系设计

该卫生间采用SMC复合材料（即片状模塑料，以下简称SMC）进行内装饰，SMC具有轻质高强、耐污染、易清洁、防水性好、耐水煮性能高、环保无污染等诸多优点。

卫生间吊顶采用SMC集成吊顶，照明灯、换气扇、浴霸和检修口均集成在吊顶内；内墙面采用SMC干挂墙板，干挂墙板与卫生间混凝土侧壁通过轻钢龙骨固定，整块拼装，不仅施工速度快，而且可拆卸，便于后期维修，在竖向管道井的外包墙板上设置管道维修口以便检修；地面采用SMC一体成形防水底盘，按干、湿分区采用2个独立的防水底盘进行拼装，防水底盘下设扁钢龙骨，再通过螺杆支座支承在卫生间混凝土底板上，形成架空地板；此外，在干、湿区的防水底盘上各设一个地漏，并设置一道推拉玻璃隔断门。图4为卫生间BIM模型及成品装修效果。

图4 一体化卫生间装饰效果

3 防水体系设计

共轴承插型预制一体化卫生间设计了3道防水保障措施＋2道排水措施的防水体系。

第1道防水保障措施为SMC防水底盘。由于SMC本身具有优异的防水性能，且不变形、不龟裂、耐水煮、耐老化，也是本卫生间的主要防水措施。第2道防水保障措施为在卫生间内装施工前，在混凝土底板面上涂抹厚聚氨酯防水涂料。第3道防水保障措施为一体化卫生间混凝土底板的自防水性能，即通过特制的轻骨料混凝土配合比，在满足混凝土强度的同时，使其抗渗等级达到了P8，同时在立管部位，在底板内预埋排漏宝管件，既可保证预埋件与底板混凝土间的紧密结合，又方便立管与预埋件的连接。

第1道排水措施为干、湿区防水底盘周边自带排水槽加上设置的配套地漏，可有效将底板积水及时排走。第2道排水措施为在一体化卫生间混凝土底板内预埋排漏宝管件，此管件周边带有排漏孔，同时具防臭、防返流功能，当沉箱内有少量渗水时，可通过排漏宝周边排漏孔排走。

通过上述“防水＋排水”措施，可确保该一体化卫生间在正常使用条件下滴水不漏，同时还能预防沉箱内年久积水致臭的问题。

4 保温隔热体系设计

共轴承插型预制一体化卫生间的墙体通过3种材料以实现保温隔热的效果。

卫生间侧墙材料为由水泥、砂、碎石、粉煤灰、陶粒、外加剂等拌和、浇筑、养护而成的轻质混凝土，其密度为1 400～1 700 kg/m3，强度为LC25～LC30，导热系数为0.45～0.75 W/（m·k），保温性能优于普通混凝土。

卫生间内壁采用SMC进行装饰，SMC自身具有良好的隔热保温性能。

SMC干挂墙板与卫生间混凝土侧壁间由于安装龙骨会存在50 mm的空隙，故在此空隙中填充保聚苯板，以进一步提高卫生间的保温性能。

5 工程应用

2019年，在湖南长沙的建工·象山国际项目的7栋住宅建筑中，共安装了416个共轴承插型预制一体化卫生间。通过应用证实，现场施工速度快、质量高、效果好，节省了大量人力、材料及工期，彻底解决了卫生间二次装修所造成的施工烦琐、环境污染、资源浪费等问题，完全符合国家装配式建筑和绿色建筑的要求，社会效益和经济效益颇为显著。

在此基础上，进一步开发了8种不同规格、不同档次、不同装饰的共轴承插型预制一体化卫生间，以满足不同地区装配式建筑特别是精装房建设的要求，具有广阔的市场空间。