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當代集裝箱建筑模塊化設計策略研究(18)

2013年4月5日

5.5 圍護結構各部分的構造舉例

外墻

圖5-5是一種典型的在箱體內側進行改造處理的方案,其墻體構造帶有獨立的隔熱保溫層以及內裝飾板材。隔熱保溫層材料為礦渣棉,內飾板為膠合板,為提升防火性能,還在內側增設了兩層防火板。隔熱保溫層以及內飾板通過支撐龍骨固定在集裝箱外墻上,龍骨使用鋼材,焊接在波形鋼板箱內突出的表面上。

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圖 5-5 改造后的箱體外墻截面

屋頂

構造與材料的使用與墻體基本類似。圖5-6是一種在集裝箱屋頂內側設置獨立隔熱保溫層與內飾板的改造方案。其中隔熱保溫層的材料為礦渣棉,內飾板使用膠合板,均通過C型槽鋼固定,槽鋼間距為400mm,焊接在集裝箱頂部的鋼板上。

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圖 5-6 改造后的箱體屋頂截面

針對炎熱地區,屋頂還常利用屋頂綠化隔熱、加建蓄水屋面隔熱或者增設空氣隔熱間層的措施進行隔熱處理。也可使用附加的遮陽構件進行屋頂隔熱。簡易的隔熱措施包括石棉瓦屋頂以及用遮陽布將屋面整體覆蓋等等。

地板

地板是保溫隔熱處理的難點,原因在于支撐與固定隔熱保溫層和地板的龍骨的寬度與高度對隔熱保溫構造的性能有明顯的影響。主要表現為:龍骨高度越小,熱橋現象越嚴重;隔熱保溫結構的傳熱系數隨龍骨壁厚的增加呈線性上升,且龍骨壁厚越大,熱橋現象越嚴重;隔熱保溫結構的傳熱系數隨龍骨間距的增加而減小,龍骨間距對鋼龍骨的熱橋效應影響甚微。

圖5-7為集裝箱底板改造的一般做法,隔熱保溫層與地板由C型槽鋼制成的龍骨支撐,為提高隔熱保溫性能,在龍骨頂部設置了橡膠墊圈,并增大了地板的厚度。如果想進一步提升隔熱保溫效果,可以用木龍骨代替鋼龍骨,或改用熱阻更大的隔熱保溫層材料。

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圖 5-7 改造后的箱體外墻截面

5.6 本章小結

箱體圍護結構的隔熱保溫性能是集裝箱建筑的一個重要問題,不解決這一問題,就無法使集裝箱空間具有合格的舒適度。本章針對箱體圍護結構物理性能的改造進行了詳細的論述,提出了箱體圍護結構的改造原則,介紹了常用的隔熱保溫材料,并列舉了圍護結構改造的常見做法。

選擇隔熱保溫材料應該根據材料的特點與項目的要求做出合理的選擇,使用板材可以簡化施工工藝,而一些發泡材料則能夠更好地將圍護結構密封,減少縫隙,從而提升保溫效果。

隔熱保溫層是圍護結構改造的構造難點,隔熱保溫層可內可外,可與裝飾面板分開獨立設置,也可與裝飾材料結合形成一體化的復合板材。在設計中需要根據項目所處的地區對隔熱保溫性能的要求,判斷使用何種構造策略,并合理控制構造層的厚度與材料的使用量。隔熱保溫層、裝飾面板與集裝箱的波形鋼板之間的結合與固定也是圍護結構改造處理的要點,在實際操作中應根據項目的等級、預算以及工藝水平選擇適當的固定策略。

圍護結構各部分的改造在構造上又有著一定的差異。外墻與屋頂的構造基本類似,需要具有基本的熱工性能、強度以及美觀。地板部分所承擔的荷載較大,龍骨構件的厚度與輪廓也相應較大,在處理時應注意消除熱/冷橋現象,以提升地板的保溫性能。

通過對圍護結構進行改造,可以使箱體具有一定的熱工性能,以阻隔外界的不利因素對箱體內部空間的舒適度造成負面影響。然而,單憑圍護結構尚不足以解決所有的問題,在集裝箱建筑的設計中,還需使用其他的可持續策略來配合圍護結構共同提升空間的舒適度,通過箱體的組合以及與附加構件的結合來改善建筑的通風、降溫、防潮等效果,并結合高效率的設備來節省建筑的能耗。

第六章 箱體模塊的組合策略

集裝箱作為建筑組件的一個最基本的特點就是其本身既是一個空間單元,也是一個結構單元。本章的內容將會論述多個集裝箱組合的基本方式與可能性,分析集裝箱作為結構與空間的基本單元在建筑中常見的布局策略。在論述過程中,首先會分析箱體組合所需要考慮的基本問題,由于箱體的組合與布局方式會對這些基本問題造成直接影響,所以對這些問題的關注將決定箱體組合的基本原則。然后會列舉集裝箱建筑中常見的箱體組合與布局策略,使設計人員了解如何通過箱體組合來應對集裝箱建筑項目中的常見問題。

為便于理解,對箱體組合策略的分析將根據參與組合的集裝箱數量分為兩個層面來說明。第一個層面將討論少量幾個集裝箱的基本組合形式和可能性;第二個層面將從一個更為宏觀的角度,站在大規模集裝箱建筑的箱體布局這一層面上分析集裝箱模塊的組合策略。

6.1 箱體組合的基本原則

集裝箱模塊的組合包括箱體與箱體之間的位置關系以及搭接形式,在集裝箱建筑中,由于集裝箱模塊同時作為結構與空間的基本組成單位而存在,因此,箱體的組合與建筑的空間、結構、外觀以及建造的經濟性與可持續性都有著緊密的聯系。為盡量使箱體組合對建筑的適用性、安全性、美觀以及經濟性產生良性的影響,箱體的組合需要注意以下幾個方面的內容。

建筑功能布局的合理性與內外交通的便捷

在任何類型的建筑設計中,無論是使用何種結構或建造體系,都應當充分考慮建筑的功能布局與交通流線,集裝箱建筑的設計也不例外。在箱體組合的設計中應做好功能分區,考慮不同的使用功能對平面位置與空間形式的不同需求,同時應組織好交通流線,滿足日常出入與緊急疏散時的要求。

建造過程的效率與經濟性

在設計集裝箱建筑前,應該對箱體的尺寸特征有充分的了解,在設計中選用適合箱體長、寬、高尺寸的模數。另外,箱體的組合需要符合箱體的形狀特點。例如在平面設計中,考慮到箱體的底面形狀為矩形,應當選擇適合這種矩形單元的平面布局,過于復雜或彎曲的平面布局可能會增加不必要的施工作業與建造費用。

使用者對空間的人性化需求

直角正交的平面布局固然能夠滿足經濟性與建造效率的要求,但由于多數建筑空間都是與人的活動息息相關的,因此設計者還應注意箱體布局所產生的空間是否能夠給予使用者足夠的親切感與趣味性。例如,在設計中可以通過調整箱體的組合設置適量的交往、休息以及趣味空間;在文化活動類建筑的設計中,應注意空間組合對人的情緒的影響;居住類建筑則應注重私密空間與半開放空間對空間尺度的不同需求。

結構的效率與穩定性

將集裝箱作為一種特殊的建筑組件使用,需要了解箱體對各種荷載的承受能力以及集裝箱的材料特性與結構邏輯。在安排箱體的組合與搭接時,應當根據集裝箱本身的結構特點來選擇合理的搭接方式,包括搭接的部位與接觸面積的調整,應盡可能平衡功能、美觀與經濟等方面的地位。當荷載超出集裝箱結構所具有的強度時,應當根據情況設計穩固方案。關于這方面內容在第七章中還會做更為深入的論述。

可持續性與生態效益

箱體的組合形式會對建筑布局造成影響,進而對建筑的通風、采光等過程造成直接影響。因此,箱體組合應盡量避免阻擋自然通風或采光,并通過組合與布局達到在炎熱地區自遮陽或在嚴寒地區阻隔寒風等目的,以便引導建筑內外環境中的熱量流動向著有利于節省建筑能耗的方向進行。

建筑的美觀

對于集裝箱裝配式建筑來說,標準化與多樣化是一對設計中的矛盾,如何平衡這兩方面要求,使用標準箱體模塊創造出豐富多樣的形式對設計者來說是一大挑戰。在進行箱體組合時,既需要保證標準化所帶來的效率與質量,更要通過靈活的組合打破單一的形式,形成變化,并創造出多樣統一的秩序與韻律。立面上需注意尺度、比例以及虛實的協調。形體上應控制集裝箱的體量與造型組合,注意大小、高低、凹凸等變化??傊?,應通過靈活的組合手段來打破單調沉悶的布局,以滿足使用者對建筑的審美需求。

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