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装配式建筑中对门窗的标准要求解析
2018-01-02 来源: 中国国际门窗城 有57人参与 分享到
装配式建筑概述 预制装配式建筑即集成房屋是将建筑的部分或全部构件在工厂预制完成,  然后运输到施工现场将构件通过可靠的连接方式组装而建成的房屋。在欧美及日本被称作产业化住宅或工业化住宅。 装配式房屋目前主要分为三

装配式建筑概述

预制装配式建筑即集成房屋是将建筑的部分或全部构件在工厂预制完成,  然后运输到施工现场将构件通过可靠的连接方式组装而建成的房屋。在欧美及日本被称作产业化住宅或工业化住宅。

装配式房屋目前主要分为三大类:预制钢筋混凝土结构、轻钢结构和预制集装箱房屋。

(1)预制钢筋混凝土结构。预制装配式混凝土结构是以预制混凝土构件为主要构件,经装配、连接,结合部分现浇而形成的混凝土结构。PC  构件是以构件加工企业工厂化制作而形成的成品混凝土构件。PC 住宅具有高效节能、绿色环保、降低成本、提供住宅功能及性能等诸多优势。

(2)轻钢结构。轻钢房屋具有自重轻、跨度大、抗风抗震性能好、保温隔热、隔声等各项指标卓越的特点,是一种高效、节能、环保、符合可持续发展方针的绿色建筑体系。适用于别墅、多层住宅、度假村等民用建筑及建筑加层、屋顶平改坡等。可预拼装墙体包括事先安装好的外墙围护、保温和窗户。

(3)预制集装箱房屋。以集装箱为基本模块,采用制造模式,在工厂内以流水线制造完成各模块的结构建造和内部装修后再运输到工程现场,按不同的用途与功能快速组合成风格各异的房屋建筑。

装配式建筑具有如下特点:

(1)功能集成化。装配式建筑集成了良好的节能、隔声、防火及外立面等功能和效果。选用了良好保温性能的外围护结构,可以降低冬季采暖能耗和夏季空调能耗冬;保温材料和多层玻璃具有较好的吸声隔声功能,可以尽可能减少外界噪音,提供安静的室内环境;装配式建筑采用不燃或难燃材料,具备良好的防火性能;外观清新耐久。外观立面比较清新,不会轻易变形、裂缝及褪色。

(2)生产工业化。装配式建筑中的外墙板在生产厂通过模具进行生产,区别于传统的现场现浇混凝土方式,可实现外墙板的流水线生产。装配式建筑门窗洞口模数化、工厂制作,因此门窗生产可直接按照图纸流水生产,可以实现门窗产品生产的工业化。

(3)施工装配化。在生产厂生产好各种相应的构件,然后再运输到施工现场,专业人员在现场进行安装和拼接。施工速度快,可以缩短工期;施工现场建筑工人减少,施工作业更加方便有序,工人的劳动强度降低;施工现场废物、废水、噪声减少,减少环境污染,节能减排;进行每道工序时都可以安装设备一样,要求精度,保证质量;还可以降低施工成本。

美国在上世纪70年代能源危机期间开始实施配件化施工和机械化生产。美国城市住宅结构基本上以工厂化的混凝土装配式和钢结构装配式为主,并形成了一系列严格的行业标准规范。总部位于美国的预制与预应力混凝土协会PCI编制的《PCI设计手册》就包括了装配式结构相关部分,在美国和国际上具有广泛的影响力。

欧洲装配式建筑发展较早。法国1891年就已实施了装配式混凝土建筑的建设,至今已有130年的历史;法国建筑工业化以混凝土体系为主,钢、木结构体系为辅。德国的装配式住宅主要采用叠合板、混凝土、剪力墙结构体系,作为世界上建筑节能发展最快并首先提出被动式建筑理念的国家,其节能建筑到被动式建筑均采用了装配式建造方式,装配式标准和节能标准已充分融合。瑞典和丹麦早在20世纪50年代就已开发了混凝土、板墙等装配式部件,目前新建住宅中通用部件达到了80%,实现了多元化和标准化的统一。已有典型欧盟标准,如EN  1992-1-1《欧洲规范:混凝土结构设计——第1-1部分:一般规程与建筑设计规程》和EN 13369《预制混凝土构件质量统一标准》等。

日本1968年提出装配式住宅概念,在1990年全部采用部件化、工厂化生产方式,并且从一开始就追求中高层住宅的配件化生产体系,满足了日本人口比较密集的住宅市场的需求;制定了一系列的方针和政策,形成了统一的模数标准,解决了标准化、大批量生产和多样化需求之间的矛盾。

新加坡开发出了15层到30层的单元化装配式住宅,占全国总住宅数量的80%以上。通过平面布局、部件尺寸和安装节点的重复性来实现标准化,以设计为核心、设计与施工相互配套融合的工业化,装配率达到70%以上。

20世纪70年代装配式建筑在我国开始慢慢传播;80年代,预制屋面梁、预制屋面板等构件在一些工程中也开始使用,但受限于技术水平,建筑质量较差。比如,楼屋面板的密封效果不好,防水措施不完善,以致存在漏水、隔声效果不好等现象。90年代,施工技术和管理水平有了长足进展,预制装配式建筑被提及并得到了进一步的发展。

2013年,国务院办公厅印发了《国务院办公厅关于转发国家发展和改革委员会、住房和城乡建设部绿色建筑行动方案的通知》(国办发〔2013〕1  号文),其中第(八)项为推动建筑工业化:住房城乡建设等部门要加快建立促进建筑工业化的设计、施工、部品生产等环节的标准体系,推动结构构件、部品、部件的标准化,丰富标准件的种类,提高通用性和可置换性。推广适合工业化生产的预制装配式混凝土、钢结构等建筑体系,加快发展建设工程的预制和装配技术,提高建筑工业化技术集成水平。支持集设计、生产、施工于一体的工业化基地建设,开展工业化建筑示范试点。积极推行住宅全装修,鼓励新建住宅一次装修到位或菜单式装修,促进个性化装修和产业化装修相统一。

2014 年1月,住房和城乡建设部通知要求各地积极推进绿色保障房工作,并同时发布了《绿色保障性住房技术导则》(试行)(以下简称《导则》),明确各地依此研究制定本地区的绿色保障性住房技术政策,做好技术指导工作。《导则》共有八大项,其中强调了绿色保障性住房应遵循的基本原则,研究和制定了绿色保障性住房的指标体系,提出了绿色保障性住房的规划设计、建造施工和产业化等技术要点。此外,  《导则》还专项设置了产业化技术指标和体系化技术。为大量、快速的住宅建设提供切实有效的保障,从根本上全面推进绿色建筑行动。

2017年9月12日,国务院发布了《中共中央国务院关于开展质量提升行动的指导意见》,《意见》中明确提出了“因地制宜提高建筑节能标准。完善绿色建材标准,促进绿色建材生产和使用。大力发展装配式建筑,提高建筑装修部品部件的质量和安全性能。推进绿色生态小区建设。”

目前我国很多城市都制定了装配式建筑发展规划。以北京市为例,到2018年要实现装配式建筑占新建建筑面积比例达到20%以上,到2020年要实现装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%以上。上海市实行以土地源头实行“两个强制比率”(装配式建筑面积比率和新建装配式建筑单体项目的预制率)控制,即2015年在供地面积总量中落实装配式建筑的建筑面积比例不少于50%,2016年外环线以内符合条件的新建民用建筑全部采用装配式建筑,外环线以外超过50%,2017年起外环以外在50%基础上逐年增加。江苏省到2020年实现全省装配式建筑占新建建筑比例达到30%以上的目标。此外,广东、浙江、湖北、山东、湖南、四川、河北、安徽、福建、海南、河南、甘肃、山西、陕西、江西、吉林、贵州、云南等二十余个省市提出了装配式建筑发展目标,装配式建筑在我国迎来了一轮大发展。

2 装配式建筑标准对门窗的要求

目前,我国已发布的装配式建筑技术标准有:GB/T 51231-2016《装配式混凝土建筑技术标准》、GB/T  51232-2016《装配式钢结构建筑技术标准》和GB/T  51233-2016《装配式木结构建筑技术标准》。三本标准均从2017年6月1日正式开始施行。GB/T  51231-2016《装配式混凝土建筑技术标准》适用于抗震防烈度为8度及8度以下地区装配式混凝土建筑的设计、生产运输、施工安装和质量验收;GB/T  51232-2016《装配式钢结构建筑技术标准》适用于抗震防烈度为6度到9度的装配式钢结构建筑的设计、生产运输、施工安装、质量验收与使用维护;GB/T  51233-2016《装配式木结构建筑技术标准》适用于抗震防烈度为6度到9度的装配式木结构建筑的设计、制作、施工、验收、使用和维护。此外,涉及装配式建筑设计、生产、施工、验收等的相关国家标准和图集、行业标准、地方标准共计已有80余项。

装配式建筑技术标准与门窗相关的特殊要求主要有五个方面,分别是:洞口模数协调化、设计标准化、功能集成化、安装装配化和管控信息化。其他的相关设计、制造、安装、验收等与传统门窗产品基本一致。

2.1洞口模数协调化

标准中均对门窗洞口模数作了明确要求:“……门窗洞口宽度等宜采用水平扩大模数数列2 nM、3  nM(n为自然数)。”“……门窗洞口高度等宜采用竖向扩大模数数列 nM。”“门窗部品的尺寸设计应符合现行国家标准《建筑门窗洞口尺寸系列》GB/T  5824和《建筑门窗洞口尺寸协调要求》GB/T 30591的规定。”

门窗的洞口尺寸应符合模数规定。根据GB/T 50002-2013《建筑模数协调标准》规定,基本模数的数值为100 mm(1 M等于100  mm),整个建筑物和建筑物的一部分以及建筑部件的模数化尺寸,应是基本模数的倍数。导出模数分为扩大模数和分模数,扩大模数基数应为2M、3M、6M、9M、12M……,分模数基数应为M/10、M/5、M/2。根据此规定,门窗洞口宽度应为200  mm、300 mm的整数倍,洞口高度应为100 mm的整数倍。

根据少规格、多组合的原则,门窗的洞口模数建议进一步扩大为3M的整数倍,即3M、6M、9M、12M、15M、18M。

2.2 设计标准化

标准中对装配式建筑门窗标准化设计有如下规定:“装配式建筑应采用模块及模块组合的设计方法,遵循少规格、多组合的原则,实现建筑及部品部件的系列化和多样化。”“装配式建筑立面设计应符合下列规定:……外窗等部品部件宜进行标准化设计。”“外门窗应采用在工厂生产的标准化系列产品,并采用带有披水板等的外门窗配套系列部品。”“部品部件尺寸及安装位置的公差协调应根据生产装配要求、主体结构层间变形、密封材料变形能力、材料干缩、温差变形、施工误差等确定。”

可以看出,门窗设计标准化应从以下几个方面进行:

首先是门窗尺寸的标准化。门窗产品尺寸应对相应洞口尺寸进行减尺以保证正常安装。门窗传统的安装方式分为湿法安装和干法安装,湿法安装指无附框安装方式,而干法安装多指采用附框安装的方式。装配式建筑门窗的安装也可分为无附框安装方式和附框安装方式,其中附框安装方式又可分为预埋附框和后置附框。无附框安装和预埋附框安装时,洞口尺寸均为标准洞口尺寸,合理减尺即可;后置附框安装时,还应合理减去附框的尺寸。

其次是分格的标准化。门窗分格一个最重要的考虑就是开启扇,因此建议首先确定开启扇的尺寸。对于平开窗,建议分格尺寸宽度为600 mm,高度可选为800  mm、1000 mm、1200 mm。则其他分格可依据开启扇的尺寸确定。

最后是安装构造的标准化。对装配式建筑而言,建议优先考虑预埋附框的安装方式。

2.3功能集成化

装配式建筑门窗作为建筑外围护构件,应集成传统的建筑门窗所应承担的主要功能。标准规定:“外围护系统应根据装配式建筑所在地区的气候条件、使用功能等综合确定抗风性能、抗震性能、耐撞击性能、防火性能、水密性能、气密性能、隔声性能、热工性能和耐久性能要求。”对于装配式建筑门窗,应综合考虑其抗风压性能、气密性能、水密性能、保温性能、遮阳性能、隔声性能、采光性能、耐久性能、防火性能等。

因此,装配式建筑门窗设计时应综合考虑以上性能,应根据各地的指标要求进行性能和功能设计。

2.4施工装配化

标准规定:“装配式建筑的部品部件应采用标准化接口。”“外门窗应可靠连接,门窗洞口与外门窗框接缝处的气密性能、水密性能和保温性能不应低于外门窗的有关性能。”“预制外墙中外门窗宜采用企口或预埋件等方法固定,外门窗可采用预装法或后装法设计,并满足下列要求:①采用预装法时,外门窗框应在工厂与预制外墙整体成型;②采用后装法时,预制外墙的门窗洞口应设置预埋件。”

标准中所说的“预装法”规定外门窗框应在工厂与预制外墙整体成型,指的是直接将窗框预埋在外墙里,这种做法会导致外窗更换困难,不推荐采用。

装配式建筑门窗安装建议采用标准中提出的“后装法”,即外墙洞口设置预埋件的方式。该方法便于门窗更换。

2.5管控信息化

标准规定:“装配式建筑设计宜采用建筑信息模型(BIM)技术,建立信息化协同平台,采用标准化的功能模块、部品部件等信息库,统一编码、统一规则,全专业共享数据信息,实现建设全过程的管理和控制。”

作为装配式建筑重要的部品部件,建筑门窗也应建立统一编码、统一规则的信息库。该信息库应能给出洞口尺寸、外窗尺寸和分格、外窗的性能信息等,供建筑师选用。

3 装配式建筑对门窗行业的要求

装配式建筑要求门窗洞口模数协调化、设计标准化、功能集成化、施工装配化和管控信息化,建筑门窗行业应适应这一趋势,同时也是门窗行业的五大利好,包括以下几个方面。

3.1 门窗产品的系列化、标准化

门窗产品的系列化、标准化应从洞口的标准化、系列化入手。首先是从建筑设计的角度简化门窗洞口尺寸选型。

表1 装配式建筑门窗洞口尺寸

装配式建筑中对门窗的标准要求解析

然后是根据安装方式来确定门窗的标准尺寸。装配式建筑建议采用预埋附框的方式,明确以附框内口构造尺寸作为双方统一的协调位置,用附框规范洞口精度。洞口完成尺寸为表1所示,误差可以控制在±1  mm以内。则对应洞口尺寸的门窗尺寸即可确定,见表2。

表2 装配式建筑门窗参考标准尺寸

装配式建筑中对门窗的标准要求解析

门窗尺寸确定后,可确定门窗分格。一般建议平开门窗的开启窗尺寸宽度至少取为580 mm,高度至少取为780 mm。典型建筑门窗分格见图1。

装配式建筑中对门窗的标准要求解析

3.2 门窗制作工厂化

传统的建筑门窗制作是在工厂完成全部门窗框等组件,按照施工进度要求框、扇、玻璃顺序出厂运至工地安装,导致门窗最后的关键装配程序被迫在工地完成,工厂无法对成品进行检验,很难保证产品质量。对于装配式建筑鼓励门窗厂对装配式工厂的模式,门窗厂将检验合格的全部装配完成的门窗运至装配式工程,一次性安装完成,确保了门窗产品的质量。

3.3门窗施工装配化

装配式建筑门窗的安装将朝着整体化安装发展。目前我国装配式建筑门窗的安装与传统的附框安装方式基本一致,即在预埋附框洞口先安装门窗框,再装配玻璃和开启扇的方式,施工质量参差不齐导致门窗的性能难以有效保证。为保证装配式建筑门窗的安装质量,装配式建筑应向整体安装发展,这必然要求区别于传统门窗安装方式的新型安装方式出现。由于装配式PC外墙板的高温蒸养工艺会对门窗质量有很大影响,优先推荐后塞口的悬浮安装构造,优点是安装简单可靠、便于整体更换、避免温度变形的影响。可采用专用的安装适配器、专用附框等。

3.4门窗功能集成化

原则上,装配式建筑门窗应具备传统的透明围护结构的各种功能,如采光、通风等,因而需要具备各种必须的性能,如抗风压性能、气密性能、水密性能、保温性能、遮阳性能、隔声性能、采光性能、耐久性能、防火性能等。因此,与传统门窗一样,装配式建筑门窗应集成这些功能,同时门窗也作为一个部品集成在墙体上,甚至整合最新的物联网技术的智能化门窗系统,受益于门窗产品的工厂化制造,可以完美的应用在装配式建筑中。

3.5门窗产品信息化

由于装配式建筑要求采用建筑信息模型(BIM)技术,因此装配式建筑门窗必然要求信息化。

首先是建立统一的信息化平台,该平台应可将企业标准化的门窗产品统一编码,供广大相关人员选用。该信息平台还应提供门窗的相关分格图示、性能参数供选用。相关分格图示将应用于建立建筑信息模型(BIM);同时要求该平台应给出不同窗型、不同尺寸门窗的物理性能数据,便于结合标准和设计要求选用。

4 存在的问题

装配式建筑在我国方兴未艾,无论是政策鼓励,政府推动,还是行业共同努力,作为建筑领域的未来主要发展方向之一,其优势显而易见。但是门窗作为建筑当中重要的部件之一,如何适应其发展,尚有不少的困难有待克服。

4.1 标准体系不完善

标准体系不完善表现在两个方面:一是装配式建筑标准体系不完善;二是适应装配式建筑的门窗标准体系不完善。装配式建筑目前国家层面仅有几本建筑技术标准,均为宏观指导性标准,缺乏相应的设计、制造、施工、验收等专用标准的支撑。是英语装配式建筑的门窗标准目前除了仅有的几本洞口模数协调标准外,从设计、制造、安装、验收等环节均缺乏相应的技术标准。在此背景下,中国建筑科学研究院也申报了协会标准《装配式建筑门窗技术规程》,目前已经获得立项,该规程在此背景下对适应于装配式建筑的门窗进行详细规定。

4.2 门窗标准化普及程度低

目前我国门窗标准化还仅限于材料和配件层面的标准化,应用于工程领域的门窗产品的标准化还远远不够,主要原因是传统模式下我国建筑门窗尺寸、分格的标准化没有完成。传统的建筑模式下,由于窗型尺寸和分格设计的随意性较大且洞口施工偏差较大,使得门窗企业必须现场逐个复核洞口尺寸而无法按图纸给定尺寸生产加工,且由于尺寸太多导致无法规模化生产。仅有个别大型房地产开发企业在内部实现了一定程度的门窗标准化,但对于整个国家层面是远远不够的。

4.3 门窗制作、安装工艺对各种装配式构造的适用性

装配式建筑要求传统的门窗制造和安装方式进行大的变革。目前很多装配式建筑门窗还是采用传统的安装方式,即工厂仅预埋附框、框和玻璃先后在现场安装的方式,严格来讲这种传统制造安装方式与装配式建筑理念是背道而驰的;研发新型附框、安装适配构造进行门窗整体安装将是装配式建筑门窗的重点内容。

4.4 新型产业链的调整

装配式建筑门窗要求产品标准化系列化、制造工业化、施工装配化、功能集成化和产品信息化,必然会导致建筑门窗行业新一轮的洗牌。研发实力强、思路调整快的企业在率先完成适应装配式建筑的调整之后其产值短期内必然是呈指数增长,而大多数企业则面临倒闭或沦为代工厂的境地,一段时间优胜略汰之后必然会出现几大品牌企业几乎垄断整个市场的情况。

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