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當代集裝箱建筑模塊化設計策略研究(17)

2013年4月4日

5.3 圍護結構改造的常見做法

圍護結構除了需要具備一定的隔熱保溫性能外,還承擔著內部空間裝飾與保護的任務。但許多隔熱保溫材料無法滿足內部裝飾的要求,而許多單純的內部裝飾材料又不具備足夠的熱工性能。為滿足隔熱保溫性能與裝飾作用兩方面的需求,可以選用一些既有良好的隔熱保溫性能,又具有裝飾與保護功能的材料作為裝飾板材;也可以通過設置由不同材料構成的多層構造來分別承擔裝飾與隔熱保溫的任務。下面介紹幾種常見的做法。

5.3.1 箱體內部設置兼具隔熱保溫性能與裝飾作用的復合板材

這種做法是直接在集裝箱波形鋼板內側鋪設兼具保溫隔熱性能的內飾板,無需再單獨設置保溫隔熱層(圖 5-2)。從實現工業化、標準化的角度來說,集裝箱建筑圍護結構中的保溫隔熱層與內飾板趨向一體化的發展,這有助于提升生產率以及提高建筑產品質量和裝修水平。復合板材必須具備良好的熱工性能,以滿足項目對空間舒適度的要求,還要具有足夠的強度、韌性與防水能力,以滿足室內裝飾的要求。同時,復合板材還應具有足夠的防火性能,必須滿足墻面和天花板的耐火極限要求。常用的復合板材包括金屬面巖棉夾心板、金屬面聚苯乙烯或聚氨酯夾心板、玻璃絲棉夾芯板、復合保溫石膏板等。金屬面夾芯板強度高、抗彎抗壓能力較好,同時還兼具一定的隔熱保溫與防火性能。玻璃絲棉夾芯板的重量輕,保溫、隔熱性能好,還具有十分優異的防火、減震、吸聲特性,天津的北塘集裝箱餐廳就使用了這種材料鋪在集裝箱的內壁上,以改善集裝箱建筑的隔熱保溫性能。復合保溫石膏板兼有石膏板的裝飾效果和優良的保溫隔熱性能,為實現集裝箱建筑保溫隔熱層和內飾板一體化提供了較為實用的策略,使用這種板材能夠提升裝修效率。

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圖 5-2 以金屬面巖棉夾芯板作為復合板材的隔熱保溫方案

采用兼具隔熱保溫性能與裝飾作用的復合板材進行內部裝飾的做法比較適合氣溫較高的地區,這些地區對保溫的要求較低,可以不在內飾板與集裝箱外殼的波形鋼板之間獨立設置保溫層。若陽光直射可能造成箱體內溫度大幅上升,則可通過設置外部遮陽構件或綠化來阻擋直射陽光,或者在箱體外部介于陽光直射的表面部分噴涂陶瓷噴漆,以反射陽光。

而在低溫嚴寒地區,由于復合板材一般采用金屬角鐵固定,垂直交界處的接縫無法用發泡型填縫膠完全密封,因此存在縫隙,造成門窗框、復合夾心板插接槽口、相互垂直的墻體以及墻體與天花板和地板的接縫等部位熱流密集,內表面溫度小于室內空氣露點溫,存在結露隱患,因此這種做法不太適應低溫嚴寒地區的要求。

5.3.2 箱體內部設置獨立的隔熱保溫層與內飾板

在內飾板與集裝箱外殼波形鋼板之間增設獨立的保溫隔熱層能夠明顯提升圍護結構的熱工性能,對于嚴寒地區來說,這種做法能大大提升保溫性能,消除熱橋部位的結露隱患(圖 5-3)。保溫隔熱層通常有多孔或纖維材料構成,如果保溫隔熱材料的強度不夠,需要在保溫隔熱層間隔一定距離設置支撐龍骨。為避免過多地增加箱體內側構造層的厚度,應盡可能利用集裝箱外殼鋼板的凹凸空間布置龍骨與管線。

內飾板應具有一定的抗彎抗壓能力以及一定的韌性,以避免在運送至裝配現場以及吊裝的過程中受到顛簸和震動等諸多因素影響而產生變形。因此,內飾板不得選用脆性材料,如瓷磚貼面和石材貼面等,以防止內裝飾材料及其接縫的開裂。內層面板的材料還必須滿足墻面和天花板的耐火極限要求,如果內飾板不具備相應的防火性能,應該在面層再增設一層防火板。如果需要面對較為潮濕的環境,則可預先在面板表面高頻熱合 PVC 飾面。常用的內飾板材有石膏板、纖維水泥板、硅酸鈣板、氧化鎂板等。

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圖 5-3 箱體內部設置獨立的隔熱保溫層與內飾板

5.3.3 箱體外部設置隔熱保溫構造

采用在箱體外部設置隔熱保溫構造的做法有利于提升圍護結構的防火、保溫隔熱、隔音性能,這種做法不占用箱體內部空間,并能為外觀的設計帶來更大的發揮空間。在一些希望掩蓋集裝箱外部特征的項目中,可在箱體設置隔熱保溫層或外裝飾構造,例如, Travelodge 集團2008年在英國倫敦建造的集裝箱酒店就在集裝箱的外表皮上又覆蓋了一層面磚,在這種情況下,選擇具有保溫隔熱效果的面磚也可以提升建筑的保溫隔熱性能。

然而,在箱體外部設置隔絕層使箱體模塊難以滿足多式聯運過程中的起吊、堆碼、栓固等要求,以及港口、堆場作業條件和海陸運輸環境的限制。而且這種做法不能充分利用集裝箱原有外殼的保護性,無法在運輸與吊裝過程中保護內部構件,還需要在隔熱保溫層外部再增設保護層,這樣可能會導致成本的增加。因此在箱體外部設置隔熱保溫層的做法不是很普遍。

箱體外部隔熱保溫的另一種做法是噴涂高性能的隔熱保溫涂料,目前在國外使用的一種白色陶瓷隔熱保溫涂料具有極高的熱阻值,并能夠很好地附著在箱體的金屬外表,淺色外表可以反射直射陽光,從而增大隔熱效果。采用噴涂隔熱保溫涂料的做法能夠簡化施工,減少隔絕層的厚度,但高性能的涂料成本較高,可能會增加建筑造價。

5.3.4 內外飾板以及隔熱保溫層與波形鋼板間的固定

無論采用何種改造策略,并必須考慮新增加的構造層與箱體本身外殼之間的固定。對于涂料或著具有較強黏結力的噴涂與灌注材料來說,可以通過本身的黏結性能附著在箱體外殼的波形鋼板上,而對于板材或者黏結力較差的發泡材料來說,則需要通過一些措施固定在鋼板上。常用的固定方法有以下幾種。

使用膠粘劑或熱壓固定

這種做法既可用于隔熱保溫層與波形鋼板之間的固定,也可用于內飾板與保溫隔熱層之間的結合。為使各層之間粘結牢固,粘結前需要將集裝箱鋼板清潔干凈。

螺栓固定

做法是在波形鋼板上的凸起面預先鉆孔,螺栓穿過內飾板和隔熱保溫層,最終固定在波形鋼板的凸起面上,螺栓固定同樣適用于外部面板與波形鋼板間的固定。然而,由于螺栓需要穿過隔熱保溫層與波形鋼板,因此可能會削弱箱體外殼的保溫隔熱性能以及結構的整體性,并導致冷/熱橋的產生。

通過增設龍骨固定

通過增設龍骨,保溫隔熱層以及內飾板可以通過螺栓固定在龍骨上,這種做法對比螺栓固定不需要在波形鋼板上鉆孔,進而避免了螺栓等機械連接構件對集裝箱外殼的保溫、隔熱、隔音、隔汽性能以及結構的完整性的破壞。為了在保證圍護結構性能的基礎上降低構造的厚度尺寸,常利用集裝箱外殼波形鋼板的褶皺在凹進部位設置豎條龍骨,這樣可以避免占用波形鋼板厚度范圍之外的空間。龍骨一般使用木條或輕鋼龍骨,木條與波形鋼板之間可使用膠粘劑粘合,也可以在垂直方向上間隔一定距離設置一些橫向的短鋼條,以焊接的方式像短橋一樣擋在波形鋼板凹槽靠近開口的一側,將豎向長木條固定在波形鋼板的凹槽之中(圖 5-4)。而輕鋼龍骨可以通過焊接的方式與鋼板固定。

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圖 5-4 龍骨、箱體鋼板以及復合板材之間的固定

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