當(dāng)代集裝箱建筑模塊化設(shè)計(jì)策略研究(18)

2013年4月5日

5.5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分的構(gòu)造舉例

外墻

圖5-5是一種典型的在箱體內(nèi)側(cè)進(jìn)行改造處理的方案，其墻體構(gòu)造帶有獨(dú)立的隔熱保溫層以及內(nèi)裝飾板材。隔熱保溫層材料為礦渣棉，內(nèi)飾板為膠合板，為提升防火性能，還在內(nèi)側(cè)增設(shè)了兩層防火板。隔熱保溫層以及內(nèi)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(nèi)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(gòu)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(nèi)側(cè)設(shè)置獨(dú)立隔熱保溫層與內(nèi)飾板的改造方案。其中隔熱保溫層的材料為礦渣棉，內(nèi)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(duì)炎熱地區(qū)，屋頂還常利用屋頂綠化隔熱、加建蓄水屋面隔熱或者增設(shè)空氣隔熱間層的措施進(jìn)行隔熱處理。也可使用附加的遮陽構(gòu)件進(jìn)行屋頂隔熱。簡(jiǎn)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(diǎn)，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(duì)隔熱保溫構(gòu)造的性能有明顯的影響。主要表現(xiàn)為：龍骨高度越小，熱橋現(xiàn)象越嚴(yán)重；隔熱保溫結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)隨龍骨壁厚的增加呈線性上升，且龍骨壁厚越大，熱橋現(xiàn)象越嚴(yán)重；隔熱保溫結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)隨龍骨間距的增加而減小，龍骨間距對(duì)鋼龍骨的熱橋效應(yīng)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(shè)置了橡膠墊圈，并增大了地板的厚度。如果想進(jìn)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(jié)

箱體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱保溫性能是集裝箱建筑的一個(gè)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(duì)箱體圍護(hù)結(jié)構(gòu)物理性能的改造進(jìn)行了詳細(xì)的論述，提出了箱體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改造原則，介紹了常用的隔熱保溫材料，并列舉了圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造的常見做法。

選擇隔熱保溫材料應(yīng)該根據(jù)材料的特點(diǎn)與項(xiàng)目的要求做出合理的選擇，使用板材可以簡(jiǎn)化施工工藝，而一些發(fā)泡材料則能夠更好地將圍護(hù)結(jié)構(gòu)密封，減少縫隙，從而提升保溫效果。

隔熱保溫層是圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造的構(gòu)造難點(diǎn)，隔熱保溫層可內(nèi)可外，可與裝飾面板分開獨(dú)立設(shè)置，也可與裝飾材料結(jié)合形成一體化的復(fù)合板材。在設(shè)計(jì)中需要根據(jù)項(xiàng)目所處的地區(qū)對(duì)隔熱保溫性能的要求，判斷使用何種構(gòu)造策略，并合理控制構(gòu)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(jié)合與固定也是圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造處理的要點(diǎn)，在實(shí)際操作中應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的等級(jí)、預(yù)算以及工藝水平選擇適當(dāng)?shù)墓潭ú呗浴?/p>

圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分的改造在構(gòu)造上又有著一定的差異。外墻與屋頂?shù)臉?gòu)造基本類似，需要具有基本的熱工性能、強(qiáng)度以及美觀。地板部分所承擔(dān)的荷載較大，龍骨構(gòu)件的厚度與輪廓也相應(yīng)較大，在處理時(shí)應(yīng)注意消除熱/冷橋現(xiàn)象，以提升地板的保溫性能。

通過對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)箱體內(nèi)部空間的舒適度造成負(fù)面影響。然而，單憑圍護(hù)結(jié)構(gòu)尚不足以解決所有的問題，在集裝箱建筑的設(shè)計(jì)中，還需使用其他的可持續(xù)策略來配合圍護(hù)結(jié)構(gòu)共同提升空間的舒適度，通過箱體的組合以及與附加構(gòu)件的結(jié)合來改善建筑的通風(fēng)、降溫、防潮等效果，并結(jié)合高效率的設(shè)備來節(jié)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(gè)最基本的特點(diǎn)就是其本身既是一個(gè)空間單元，也是一個(gè)結(jié)構(gòu)單元。本章的內(nèi)容將會(huì)論述多個(gè)集裝箱組合的基本方式與可能性，分析集裝箱作為結(jié)構(gòu)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(huì)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(huì)對(duì)這些基本問題造成直接影響，所以對(duì)這些問題的關(guān)注將決定箱體組合的基本原則。然后會(huì)列舉集裝箱建筑中常見的箱體組合與布局策略，使設(shè)計(jì)人員了解如何通過箱體組合來應(yīng)對(duì)集裝箱建筑項(xiàng)目中的常見問題。

為便于理解，對(duì)箱體組合策略的分析將根據(jù)參與組合的集裝箱數(shù)量分為兩個(gè)層面來說明。第一個(gè)層面將討論少量幾個(gè)集裝箱的基本組合形式和可能性；第二個(gè)層面將從一個(gè)更為宏觀的角度，站在大規(guī)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(guān)系以及搭接形式，在集裝箱建筑中，由于集裝箱模塊同時(shí)作為結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、外觀以及建造的經(jīng)濟(jì)性與可持續(xù)性都有著緊密的聯(lián)系。為盡量使箱體組合對(duì)建筑的適用性、安全性、美觀以及經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生良性的影響，箱體的組合需要注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

建筑功能布局的合理性與內(nèi)外交通的便捷

在任何類型的建筑設(shè)計(jì)中，無論是使用何種結(jié)構(gòu)或建造體系，都應(yīng)當(dāng)充分考慮建筑的功能布局與交通流線，集裝箱建筑的設(shè)計(jì)也不例外。在箱體組合的設(shè)計(jì)中應(yīng)做好功能分區(qū)，考慮不同的使用功能對(duì)平面位置與空間形式的不同需求，同時(shí)應(yīng)組織好交通流線，滿足日常出入與緊急疏散時(shí)的要求。

建造過程的效率與經(jīng)濟(jì)性

在設(shè)計(jì)集裝箱建筑前，應(yīng)該對(duì)箱體的尺寸特征有充分的了解，在設(shè)計(jì)中選用適合箱體長(zhǎng)、寬、高尺寸的模數(shù)。另外，箱體的組合需要符合箱體的形狀特點(diǎn)。例如在平面設(shè)計(jì)中，考慮到箱體的底面形狀為矩形，應(yīng)當(dāng)選擇適合這種矩形單元的平面布局，過于復(fù)雜或彎曲的平面布局可能會(huì)增加不必要的施工作業(yè)與建造費(fèi)用。

使用者對(duì)空間的人性化需求

直角正交的平面布局固然能夠滿足經(jīng)濟(jì)性與建造效率的要求，但由于多數(shù)建筑空間都是與人的活動(dòng)息息相關(guān)的，因此設(shè)計(jì)者還應(yīng)注意箱體布局所產(chǎn)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(shè)計(jì)中可以通過調(diào)整箱體的組合設(shè)置適量的交往、休息以及趣味空間；在文化活動(dòng)類建筑的設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意空間組合對(duì)人的情緒的影響；居住類建筑則應(yīng)注重私密空間與半開放空間對(duì)空間尺度的不同需求。

結(jié)構(gòu)的效率與穩(wěn)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(duì)各種荷載的承受能力以及集裝箱的材料特性與結(jié)構(gòu)邏輯。在安排箱體的組合與搭接時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)集裝箱本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來選擇合理的搭接方式，包括搭接的部位與接觸面積的調(diào)整，應(yīng)盡可能平衡功能、美觀與經(jīng)濟(jì)等方面的地位。當(dāng)荷載超出集裝箱結(jié)構(gòu)所具有的強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)情況設(shè)計(jì)穩(wěn)固方案。關(guān)于這方面內(nèi)容在第七章中還會(huì)做更為深入的論述。

可持續(xù)性與生態(tài)效益

箱體的組合形式會(huì)對(duì)建筑布局造成影響，進(jìn)而對(duì)建筑的通風(fēng)、采光等過程造成直接影響。因此，箱體組合應(yīng)盡量避免阻擋自然通風(fēng)或采光，并通過組合與布局達(dá)到在炎熱地區(qū)自遮陽或在嚴(yán)寒地區(qū)阻隔寒風(fēng)等目的，以便引導(dǎo)建筑內(nèi)外環(huán)境中的熱量流動(dòng)向著有利于節(jié)省建筑能耗的方向進(jìn)行。

建筑的美觀

對(duì)于集裝箱裝配式建筑來說，標(biāo)準(zhǔn)化與多樣化是一對(duì)設(shè)計(jì)中的矛盾，如何平衡這兩方面要求，使用標(biāo)準(zhǔn)箱體模塊創(chuàng)造出豐富多樣的形式對(duì)設(shè)計(jì)者來說是一大挑戰(zhàn)。在進(jìn)行箱體組合時(shí)，既需要保證標(biāo)準(zhǔn)化所帶來的效率與質(zhì)量，更要通過靈活的組合打破單一的形式，形成變化，并創(chuàng)造出多樣統(tǒng)一的秩序與韻律。立面上需注意尺度、比例以及虛實(shí)的協(xié)調(diào)。形體上應(yīng)控制集裝箱的體量與造型組合，注意大小、高低、凹凸等變化。總之，應(yīng)通過靈活的組合手段來打破單調(diào)沉悶的布局，以滿足使用者對(duì)建筑的審美需求。

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