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一、国内和英国幕墙工程概述
幕墙工程是所有建筑工程分段里难度最高、通常也成本最高的单项。而我国在幕墙设计和施工上,与英国等欧洲国家有着较大的不同。笔者有幸在英国考察研究过相关内容一段时间,对中国和英国的幕墙设计、工程方面的区别印象深刻。
目前国内多数建筑的幕墙工程,还是以传统顺序建造方式为主,多数采用框架幕墙体系。再可能的情况下,采用窗墙体系。而英国和欧洲,即便是最普通的多层住宅,也习惯于采用预制幕墙单元板块现场安装。当然核心原因之一是两国的人工成本不在一个档次上。英国建筑工人的时薪大约是中国工人的5-10倍,所以即便最简单的建筑立面,也优先采用工厂预制,现场安装的方式。而中国人工比较便宜,相关的建筑预制厂家又比较少,综合成本和工期因素,采用现场顺序建造、框架幕墙的方式比较为主。
二、两种体系的主要设计及施工要点对比
1.框架或窗墙体系:首先说窗墙体系,设计比较简单直接,只需要在设计过程中说明非结构作用的填充墙体材料、厚度,外保温做法,辅以部分节点详图即可,设计师对于现场施工的具体工序、技术手段等,不需要过多了解。典型的窗墙体系是各种常见的普通住宅。
框架体系幕墙类似,但是由于不是窗墙的外围护结构体系,无法用营造做法直接描述。通常原因是建筑本身的造型相对复杂,或者是高层、超高层。设计师本身要对结构、热工、声学、光学等相关建筑物理知识有比较全面的了解,而且要对复杂造型设计等等有相关经验,需要一定的现场经验,但是对于现场施工工序,具体幕墙的分组、拆分、安装等知识不需要过多了解。典型的框架幕墙体系,是一般的玻璃幕墙或者其他形式幕墙的公共建筑,如办公楼等。
2.预制单元幕墙体系:这种方式在英国非常常见,在设计过程中,设计师首先即按照尽量可模块化和复制的思路,设计建筑幕墙立面。在设计过程中,综合按幕墙体系,整体考虑建筑的热工等建筑物理参数要求,统一计算。虽然具体直到施工的最终深化图纸由施工单位主导,但是设计师在前端设计时,就需要考虑单元的划分,各组合模块的逻辑等相关知识。在英国还有一种施工单位提前介入设计单位深化图纸的合作方式,当设计单位完成方案扩初设计后,施工单位会全面指导设计单位深化下一步技术图纸的设计,缩短工期,并且更好地进一步锁定造价。
此外更重要的一点,就是这些模块基本都是在工厂提前加工预制的,而我国主流的幕墙板块企业,都是以玻璃幕墙为主的,少量兼顾铝板、石材幕墙工程。其他类型的材料涉及并不广泛。不过由于中国是全世界最大的建筑市场,所以在这些幕墙技术方面早已走出国门,并且在成本、工期等方面,也都有自己的一定优势,这些年在质量和合约管理方面,进步也显著。不过对比英国的预制单元幕墙,其涵盖的材料种类,体型体量,以及满足各种特殊要求方面,有着比较明显的优势。
三、英国的大型混凝土预制幕墙设计建造体系要点
由于在建筑工程中大量普及各类预制幕墙板块,英国在这方面有独特的优势。本文着重对施工单位针对不同类型要求的幕墙设计方面做一些概述。这里引述的是英国某家一级(最优)预制混凝土幕墙企业的设计流程,其他优秀的预制厂家的划分逻辑与此大同小异。因为其技术构造节点的复杂性,以及需要保证最终的可实施性,所以这里对预制幕墙厂家的设计能力和现场实操经验有非常高的要求,这也是一个较长的技术积累过程。我国之所以在较为大型的非玻璃/铝板幕墙方面比较差,也是和技术积累实践积累不足有关。
1.根据原设计效果要求,选择预制拆分体系
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由于建筑设计的原有意图不同、复杂程度和造型不同,第一步即是按照方案效果,选择合理的预制拆分形式。大体上,分为普通的“A 开洞/完整面”,“B次序板”和“C多项板”三种主要形式。A形式主要应用于最简单的幕墙开洞。B用于相对复杂的立面,但各立面开间会有接缝。C也用于较为复杂,或者要求立面视觉效果较为整洁的形式。
2.技术设计深化及整合
大体分为三个步骤,首先根据层高等不同要求,选定各层体系。然后根据具体的建筑高度、荷载和饰面等要求,选择合理的结构和荷载传导系统。根据热工性能,最终饰面等要求,深化建筑构造细节(一般饰面基层为预制混凝土,但是可以以混凝土为基底,增加多种饰面,如仿面砖、陶瓷、马赛克等等)。这是整个过程中耗时最长,也最复杂的部分。是整个体系最终构建完成以后,能够满足设计要求的关键。由于建筑幕墙作为建筑的围护结构,热工、隔声、防水、防潮等方面,均需要满足规范和设计要求,而且预制幕墙本身,也需要整合第三方提供的门窗等构件,将所有这些分系统整合在一起后,整体性能要满足技术要求,各分系统也因为总体性能的要求,也需要满足特定的条件,是一个双向的过程。
3.预制模块组合设计
这是一个从第一个主要步骤到现场安装的一个综合过程,根据最早的设计要求和技术要求,拆分的分系统,在这个步骤要通过电脑BIM模型、分段样板等等虚拟现实和真实模型的手段,检验和假组合,以避免现场安装的问题。这个过程需要非常强的现场实操经验,乃至构件的运输、吊装等等,都需要充分模拟。因为幕墙也一般是整个工程耗时最长的关键线路,如果不能按计划完成,会严重延误总体工期。各个预制厂家的技术水平,也是由这个步骤最终体现。
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四、结语
简单的一些图示和文字解释,只是初步展示了大型预制混凝土幕墙系统设计的一个主要步骤,在实操过程中,还有非常多的技术细节,这都需要大量的有设计经验和施工经验的设计师、工程师共同协作完成。这是一个长期的技术积累过程。而我国在预制建筑各个方面仅仅是一个开始,但是这也是国家政策和未来发展的趋势。希望这些初步的技术知识,能够给大家一些启发,对建筑设计和施工一体化的方向,有一些参考价值。