張明亮 陳 浩 戴清峰 石 拓 陳維超 王江營
1. 湖南建工集團有限公司 湖南 長沙 410004;
2. 湖南建工集團裝配式建筑技術(shù)研究院 湖南 長沙 410004;
3. 湖南建工集團工程設(shè)計研究院有限公司 湖南 長沙 410004
裝配式建筑[1-2]因具有施工速度快、節(jié)能環(huán)保、節(jié)省模版、可工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點,是綠色建造[3]和智能建造技術(shù)的重要基礎(chǔ),亦是建筑業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要舉措。為此,國家先后出臺了許多相關(guān)政策和文件,裝配式建筑已成為國家戰(zhàn)略性重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)。
隨著裝配式建筑不斷發(fā)展,市場對各類部品的要求也隨之提高。其中,整體式衛(wèi)生間便是目前廣受關(guān)注的產(chǎn)品之一。衛(wèi)生間是現(xiàn)代住宅建筑中的核心組成和最復(fù)雜部分之一,需同時滿足防水、防滲、通風(fēng)、保溫、隔聲、防滑等諸多功能要求,涉及房屋結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣、裝飾裝修等專業(yè),設(shè)計與施工工序繁多、耗時費力,而且易出現(xiàn)滲水、漏水等質(zhì)量問題,對使用者的生活品質(zhì)有非常大的影響。日本在1964年研制了在工廠預(yù)制、現(xiàn)場安裝的一體式衛(wèi)生間,并在歐美得到了比較廣泛的應(yīng)用[4];李文藻等[5]結(jié)合建筑工業(yè)化相關(guān)理念,研究了裝配式盒子式衛(wèi)生間;何蘭[6]針對我國南方衛(wèi)生間設(shè)計中普遍存在干濕不分、設(shè)計不細、空間利用和產(chǎn)品布局不合理等問題,結(jié)合衛(wèi)生間功能多元化和細致化的特點展開了相關(guān)研究。徐新華等[7]分別對裝配整體式衛(wèi)生間和適應(yīng)性裝配式衛(wèi)生間的優(yōu)、劣進行了比較詳細的分析,可為相關(guān)設(shè)計與施工提供一定參考。高穎[8]針對城市住宅衛(wèi)生間存在的問題,提出了整體設(shè)計方案,并對其中關(guān)鍵參數(shù)和技術(shù)進行了研究。柏萬林等[9]結(jié)合具體工程項目,對整體式衛(wèi)生間工廠預(yù)制和現(xiàn)場安裝中的一些常見問題進行了分析研究。
目前,裝配式預(yù)制衛(wèi)生間基本可分為兩類,一類是采用預(yù)制單元構(gòu)件在現(xiàn)場拼裝成衛(wèi)生間;另一類是在工廠預(yù)制整體衛(wèi)生間,然后在現(xiàn)場直接安裝。但是,預(yù)制單元構(gòu)件組裝而成的衛(wèi)生間存在單元板連接以及接縫處理的問題,其整體性較差;預(yù)制整體衛(wèi)生間雖然解決了構(gòu)件連接、結(jié)構(gòu)整體性等問題,但衛(wèi)生間與主體結(jié)構(gòu)連接復(fù)雜,與建筑墻體不共軸,且使用前需二次裝飾施工,不僅會造成污染和材料浪費,且質(zhì)量不易于保證,影響施工進度和用戶使用體驗。
為此,湖南建工集團基于全國裝配式科技創(chuàng)新基地,自主開發(fā)了一種新型的共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間體系[10-12],以期解決當前衛(wèi)生間結(jié)構(gòu)整體性、安裝便捷性、保溫性、結(jié)構(gòu)與裝飾、使用面積以及同層排水等方面存在的問題,提高預(yù)制衛(wèi)生間功能性要求。該衛(wèi)生間體系由建筑結(jié)構(gòu)體系、裝修體系、防水體系、保溫隔熱體系所組成,集結(jié)構(gòu)、管線、防水、裝修“四位一體”。
通過研制專門的模具,將共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間采用輕骨料混凝土在工廠一次整體預(yù)制成形,其由四周側(cè)壁和底板形成一個整體結(jié)構(gòu),衛(wèi)生間側(cè)壁與建筑隔墻重合共軸,替代了傳統(tǒng)衛(wèi)生間的磚砌隔墻;衛(wèi)生間底部設(shè)置250 mm高沉箱,安裝時沉箱直接插入建筑樓面預(yù)留洞口中,衛(wèi)生間擱置在樓面預(yù)留洞口四周凹口梁或剪力墻的挑耳上,即采用類似于企口的構(gòu)造,形成“共軸”“承插”的技術(shù)特點,如圖1(a)、圖1(b)所示,圖1(c)為衛(wèi)生間整體模型。
安裝該一體化衛(wèi)生間時,若衛(wèi)生間側(cè)壁外側(cè)有現(xiàn)澆混凝土剪力墻,則在剪力墻上設(shè)置挑耳來擱置和承載;若外側(cè)為樓面梁,則樓面梁下沉120 mm,在梁頂設(shè)置凹口,衛(wèi)生間直接擱置在凹口梁上,衛(wèi)生間底部四周的安裝空隙不小于15 mm,安裝完成后,安裝空隙采用聚氨酯建筑密封膏嵌實。當下一層衛(wèi)生間安裝完成后,衛(wèi)生間側(cè)壁頂部可作為上一層四周凹口梁或剪力墻上挑耳的底模,吊鉤直接埋入上一層四周凹口梁或剪力墻上挑耳內(nèi),作為構(gòu)造連接件使用。
此外,當衛(wèi)生間側(cè)壁為建筑外墻時,則在工廠生產(chǎn)時于衛(wèi)生間側(cè)壁外側(cè)預(yù)埋對拉螺桿連接件,以滿足現(xiàn)澆剪力墻的模板固定要求,此時該側(cè)壁可作為外墻澆筑的內(nèi)模板。
圖1 一體化衛(wèi)生間建筑結(jié)構(gòu)示意
根據(jù)長沙某實際工程的建設(shè)需要,設(shè)計一種一體化衛(wèi)生間,其外輪廓尺寸長、寬、高分別為2 740、1 670、2 670 mm,側(cè)壁厚度100 mm,底板厚度在長向由120 mm變化至100 mm,形成一定的結(jié)構(gòu)找坡,側(cè)壁設(shè)置φ8 mm@200 mm×200 mm單層鋼筋網(wǎng),底板設(shè)置φ8 mm@150 mm×150 mm雙層雙向鋼筋網(wǎng);在衛(wèi)生間側(cè)壁頂部的四角及中部設(shè)置有吊鉤,并在吊鉤部位的側(cè)壁內(nèi)設(shè)置φ14 mm加強筋,加強筋下端彎入底板內(nèi);衛(wèi)生間側(cè)壁和底板內(nèi)預(yù)埋水電管線和預(yù)留洞口;衛(wèi)生間側(cè)壁和底板采用密度1 500 kg/m3、強度等級LC25的輕骨料混凝土澆筑。該一體化衛(wèi)生間的結(jié)構(gòu)自重約4.3 t,預(yù)制成品質(zhì)量約4.6 t。
一體化衛(wèi)生間分為干、濕兩區(qū),具有沐浴、如廁、洗漱三方面的使用功能。其中,可在干區(qū)內(nèi)進行如廁和洗漱,在濕區(qū)內(nèi)淋浴。干、濕區(qū)通過玻璃門隔斷,實現(xiàn)了空間零浪費,如圖2所示。
共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間采用BIM正向設(shè)計技術(shù),通過建立三維模型,并綜合考慮結(jié)構(gòu)形式、材料、鋼筋骨架、水電管線(盒)的預(yù)留、預(yù)埋、裝飾、浴室設(shè)備布置等多個方面,完成了管線布置與裝修設(shè)計,通過BIM模型直接導(dǎo)出各專業(yè)施工圖指導(dǎo)衛(wèi)生間的生產(chǎn)與安裝。
圖2 一體化衛(wèi)生間功能示意
在澆筑衛(wèi)生間混凝土之前,將水電管線預(yù)埋在墻體中。其中,吊頂內(nèi)的電線與側(cè)壁內(nèi)預(yù)埋的電氣管線相接,側(cè)壁內(nèi)預(yù)埋的電氣管線在樓面標高處與外部樓面預(yù)埋管線對接;在吊頂高度范圍內(nèi)的現(xiàn)澆混凝土剪力墻上預(yù)留直徑110 mm孔洞,作為換氣扇排氣管道口;衛(wèi)生間的給水和排水管線敷設(shè)在架空地板與混凝土底板之間的沉箱內(nèi),不占用衛(wèi)生間凈空間,且同層排水,方便檢修;冷熱水通過側(cè)壁上的預(yù)埋管道與外部管道相接并從廚房引入,相關(guān)布置如圖3所示。
圖3 衛(wèi)生間管線BIM模型
該衛(wèi)生間采用SMC復(fù)合材料(即片狀模塑料,以下簡稱SMC)進行內(nèi)裝飾,SMC具有輕質(zhì)高強、耐污染、易清潔、防水性好、耐水煮性能高、環(huán)保無污染等諸多優(yōu)點。
衛(wèi)生間吊頂采用SMC集成吊頂,照明燈、換氣扇、浴霸和檢修口均集成在吊頂內(nèi);內(nèi)墻面采用SMC干掛墻板,干掛墻板與衛(wèi)生間混凝土側(cè)壁通過輕鋼龍骨固定,整塊拼裝,不僅施工速度快,而且可拆卸,便于后期維修,在豎向管道井的外包墻板上設(shè)置管道維修口以便檢修;地面采用SMC一體成形防水底盤,按干、濕分區(qū)采用2個獨立的防水底盤進行拼裝,防水底盤下設(shè)扁鋼龍骨,再通過螺桿支座支承在衛(wèi)生間混凝土底板上,形成架空地板;此外,在干、濕區(qū)的防水底盤上各設(shè)一個地漏,并設(shè)置一道推拉玻璃隔斷門。圖4為衛(wèi)生間BIM模型及成品裝修效果。
圖4 一體化衛(wèi)生間裝飾效果
共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間設(shè)計了3道防水保障措施+2道排水措施的防水體系。
第1道防水保障措施為SMC防水底盤。由于SMC本身具有優(yōu)異的防水性能,且不變形、不龜裂、耐水煮、耐老化,也是本衛(wèi)生間的主要防水措施。第2道防水保障措施為在衛(wèi)生間內(nèi)裝施工前,在混凝土底板面上涂抹厚聚氨酯防水涂料。第3道防水保障措施為一體化衛(wèi)生間混凝土底板的自防水性能,即通過特制的輕骨料混凝土配合比,在滿足混凝土強度的同時,使其抗?jié)B等級達到了P8,同時在立管部位,在底板內(nèi)預(yù)埋排漏寶管件,既可保證預(yù)埋件與底板混凝土間的緊密結(jié)合,又方便立管與預(yù)埋件的連接。
第1道排水措施為干、濕區(qū)防水底盤周邊自帶排水槽加上設(shè)置的配套地漏,可有效將底板積水及時排走。第2道排水措施為在一體化衛(wèi)生間混凝土底板內(nèi)預(yù)埋排漏寶管件,此管件周邊帶有排漏孔,同時具防臭、防返流功能,當沉箱內(nèi)有少量滲水時,可通過排漏寶周邊排漏孔排走。
通過上述“防水+排水”措施,可確保該一體化衛(wèi)生間在正常使用條件下滴水不漏,同時還能預(yù)防沉箱內(nèi)年久積水致臭的問題。
共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間的墻體通過3種材料以實現(xiàn)保溫隔熱的效果。
衛(wèi)生間側(cè)墻材料為由水泥、砂、碎石、粉煤灰、陶粒、外加劑等拌和、澆筑、養(yǎng)護而成的輕質(zhì)混凝土,其密度為1 400~1 700 kg/m3,強度為LC25~LC30,導(dǎo)熱系數(shù)為0.45~0.75 W/(m·k),保溫性能優(yōu)于普通混凝土。
衛(wèi)生間內(nèi)壁采用SMC進行裝飾,SMC自身具有良好的隔熱保溫性能。
SMC干掛墻板與衛(wèi)生間混凝土側(cè)壁間由于安裝龍骨會存在50 mm的空隙,故在此空隙中填充保聚苯板,以進一步提高衛(wèi)生間的保溫性能。
2019年,在湖南長沙的建工·象山國際項目的7棟住宅建筑中,共安裝了416個共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間。通過應(yīng)用證實,現(xiàn)場施工速度快、質(zhì)量高、效果好,節(jié)省了大量人力、材料及工期,徹底解決了衛(wèi)生間二次裝修所造成的施工煩瑣、環(huán)境污染、資源浪費等問題,完全符合國家裝配式建筑和綠色建筑的要求,社會效益和經(jīng)濟效益頗為顯著。
在此基礎(chǔ)上,進一步開發(fā)了8種不同規(guī)格、不同檔次、不同裝飾的共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間,以滿足不同地區(qū)裝配式建筑特別是精裝房建設(shè)的要求,具有廣闊的市場空間。
1)通過建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣等多專業(yè)綜合設(shè)計,該共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間可達到結(jié)構(gòu)、管線、防水、裝飾等“四位一體”的有效結(jié)合。
2)共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間在結(jié)構(gòu)整體性、質(zhì)量可靠性、施工便捷性、成本可控性等方面均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)衛(wèi)生間。
3)共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間完全符合國家裝配式建筑和綠色建筑發(fā)展戰(zhàn)略要求,未來可進一步與智能建造相結(jié)合,具有廣闊的市場空間與發(fā)展前景。
通過具體工程的實施應(yīng)用,同時為滿足市場的需要,下階段將開展共軸承插型預(yù)制一體化衛(wèi)生間的標準化與模數(shù)化研制以及相關(guān)技術(shù)規(guī)程、圖集的編制工作,目前已經(jīng)得到住建部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心以及湖南省住建廳的政策支持。