隨著國家住宅工業(yè)化進程的加快,已有大量的預(yù)制裝配式住宅建成投入使用,本文以住宅傳統(tǒng)內(nèi)裝為基礎(chǔ),分析了我國裝配式剪力墻住宅預(yù)制構(gòu)件中機電管線預(yù)留預(yù)埋的設(shè)計方法,并提出了對實現(xiàn)內(nèi)裝工業(yè)化的機電設(shè)計展望。

引言

預(yù)制裝配式住宅,顧名思義就是用工廠預(yù)制的構(gòu)件在現(xiàn)場裝配而成的住宅。而裝配式剪力墻住宅,是指結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件主要由鋼筋混凝土墻體來承擔(dān)的裝配式住宅。近年來,隨著國家住宅工業(yè)化進程的加快,已有大量的裝配式剪力墻住宅建成投入使用,這種建筑建造速度快、節(jié)約人力成本,并很大程度上提高了建筑質(zhì)量。

裝配式剪力墻住宅常用技術(shù)主要有:保溫裝飾一體化混凝土外墻板、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺板、疊合樓板等結(jié)構(gòu)工業(yè)化技術(shù)以及整體衛(wèi)浴、整體廚房、架空地板、同層排水等內(nèi)裝工業(yè)化技術(shù)。其中內(nèi)裝工業(yè)化技術(shù)的應(yīng)用很大程度受住宅交付使用形式的制約。

目前,我國住宅仍以傳統(tǒng)裝修為主,內(nèi)裝工業(yè)化技術(shù)還未全面普及推廣,因此,在預(yù)制結(jié)構(gòu)體上的預(yù)留預(yù)埋則是當(dāng)下機電設(shè)計的關(guān)鍵。下面對這種形式下的裝配式剪力墻住宅機電管線預(yù)留預(yù)埋設(shè)計進行分析總結(jié)。

裝配式住宅機電管線預(yù)留預(yù)埋設(shè)計

毛坯房中電氣設(shè)備管線及采暖設(shè)備管線一般安裝到位,給排水管線只預(yù)留總管。一部分簡裝房,則是在毛坯房基礎(chǔ)上將衛(wèi)生間潔具安裝到位。在這種形式下,機電系統(tǒng)設(shè)計及管線敷設(shè)基本沿用了現(xiàn)行的常規(guī)做法:地暖、給水管線墊層敷設(shè)、排水管線異層敷設(shè)、電氣管線澆筑于結(jié)構(gòu)體內(nèi)。

裝配式住宅機電的關(guān)鍵技術(shù)就是做好預(yù)制結(jié)構(gòu)體內(nèi)管線的預(yù)留預(yù)埋。設(shè)計人員需在設(shè)計階段精確定位設(shè)備管線并與土建構(gòu)件一起生成BIM 模型提供給預(yù)制構(gòu)件廠,預(yù)制人員按照圖紙,根據(jù)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對各預(yù)制板、墻中的線、盒、箱、套管、洞等進行精確定位的預(yù)留預(yù)埋。

電氣管線

電線管的預(yù)留預(yù)埋在機電中占非常大的比重。對于毛坯交房的住宅,電線管基本上是澆筑在結(jié)構(gòu)體內(nèi)的:預(yù)制墻體內(nèi)的電線管及線盒,是隨結(jié)構(gòu)體在工廠內(nèi)一次性澆筑成型的;當(dāng)采用疊合樓板時,水平電線管,是敷設(shè)在樓板的現(xiàn)澆疊合層內(nèi),仍需要在現(xiàn)場濕作業(yè)完成。疊合板現(xiàn)澆層厚度的確定除考慮結(jié)構(gòu)安全外,還要考慮走線的要求,若管線敷設(shè)出現(xiàn)交叉的情況,現(xiàn)澆層的厚度至少需要80mm。

進行管線優(yōu)化布置,減少管線交叉是電氣設(shè)計的關(guān)鍵,合理的設(shè)計可減小結(jié)構(gòu)層厚度,從而降低工程造價。

1 點位預(yù)留

為方便和規(guī)范構(gòu)件制作,在預(yù)制件中預(yù)留的箱體、接線盒應(yīng)遵照預(yù)制件的模數(shù),在預(yù)制構(gòu)件上準(zhǔn)確和標(biāo)準(zhǔn)化定位。在預(yù)制墻體上設(shè)置的插座、開關(guān)、弱電設(shè)備、消防設(shè)備等需要在設(shè)計階段提前預(yù)留接線盒,這里采用標(biāo)準(zhǔn)的86型接線盒為宜。另外,疊合樓板內(nèi)的照明燈具、消防探測器等設(shè)備需要預(yù)留深型接線盒,以便與疊合樓板現(xiàn)澆層內(nèi)的管線相連接(詳見圖1),接線盒的具體位置應(yīng)先由電氣專業(yè)做初步定位,再由結(jié)構(gòu)專業(yè)做精確定位。

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2 點位綜合

電氣專業(yè)系統(tǒng)眾多,每個系統(tǒng)都有單獨的一套圖紙,為確保預(yù)制件中的設(shè)備點位齊全,避免在施工現(xiàn)場進行剔鑿、切割時傷及預(yù)制構(gòu)件,應(yīng)將各系統(tǒng)所需的預(yù)留孔洞、預(yù)埋件綜合在一張圖紙上,方便查漏補缺的同時也便于檢查各個系統(tǒng)間的設(shè)備點位是否存在沖突、管線路徑是否重合,在設(shè)計階段能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并將其解決。

3 管線預(yù)留

設(shè)備管線應(yīng)進行綜合設(shè)計,減少平面交叉,由于裝配式建筑的特殊形式,其內(nèi)部的管道綜合尤為重要。當(dāng)水平管線必須暗敷時,應(yīng)敷設(shè)于疊合樓板的現(xiàn)澆層內(nèi),采用包含BIM技術(shù)在內(nèi)的多種手段開展三維管線綜合設(shè)計,避免在同一地點出現(xiàn)多根電氣管線交叉敷設(shè)的現(xiàn)象。

混凝土結(jié)構(gòu)裝配式建筑中,電氣豎向管線宜集中敷設(shè),滿足維修更換的需要;鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑中無須穿鋼梁的豎向管線宜集中敷設(shè),必須穿鋼梁的豎向管線宜分散敷設(shè)以確保結(jié)構(gòu)的安全性。

此外,鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑應(yīng)盡量避免豎向管線穿越鋼梁及在有梁處布置需要由頂板敷設(shè)至墻面的管線。公共區(qū)域應(yīng)盡量選用燈頭自帶聲光控開關(guān)的燈具,聲光警報器、應(yīng)急廣播盡量選用吸頂安裝的方式,另外可通過電井內(nèi)明敷的方式減少穿鋼梁的暗埋管線。

4 管線銜接

管線間的銜接十分關(guān)鍵,主要分為預(yù)制構(gòu)件之間的管線及預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆層中管線之間的銜接,若連接不好,輕則影響建筑的美觀,重則會破壞結(jié)構(gòu)的墻體以及梁板。

預(yù)制墻內(nèi)的管線與現(xiàn)澆層內(nèi)管線連接一般有向上接及向下接兩種方式。依據(jù)管線最短原則,距地面近的插座等可采用向下與現(xiàn)澆層內(nèi)管線連接;距樓面近的開關(guān)等可采用向上與現(xiàn)澆層內(nèi)管線連接的方法。需要特別注意的是,預(yù)制墻內(nèi)預(yù)埋線路與現(xiàn)澆相應(yīng)線路連接時,墻面預(yù)埋盒上(下)應(yīng)預(yù)留接線空間,一般為150mm( 寬)x150mm( 高)x80mm(深), 連接后用混凝土澆筑。

對于插座、戶內(nèi)配電(線)箱等,由于管線是由設(shè)備向下敷設(shè)至本層樓板內(nèi)的現(xiàn)澆層,與現(xiàn)澆層內(nèi)的水平管線連接以確保管線之間能夠順利連接,所以通常在預(yù)制墻體下方的連接處留有管線連接孔洞,詳見圖2。

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圖2 管線連接預(yù)留孔洞

對于戶內(nèi)的照明開關(guān)、公共區(qū)域的手動報警按鈕和消火栓按鈕、安全出口指示燈具等設(shè)備管線需要與上一層疊合板現(xiàn)澆層內(nèi)的水平管線連接,通常在預(yù)制墻體上方的連接處留有管線連接孔洞。

由于向上敷設(shè)管線可能需要穿結(jié)構(gòu)梁,因此預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)梁應(yīng)提前在疊合梁中預(yù)留管線;鋼結(jié)構(gòu)梁需提前預(yù)留孔洞(預(yù)留位置不應(yīng)影響結(jié)構(gòu)安全),以便于預(yù)制墻體中的豎向管線連接,詳見圖3。

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防雷與接地

裝配式住宅的防雷等級劃分原則、防雷措施以及接地做法等與非裝配式住宅相同,且均是優(yōu)先利用鋼筋混凝土中的鋼筋作為防雷裝置,區(qū)別主要在于防雷接地的具體做法。住宅的防雷設(shè)計首先要確定防雷等級,然后采取相應(yīng)的防雷措施,防雷措施又分為外部防雷措施(直擊雷、側(cè)擊雷)、內(nèi)部防雷措施(防閃電感應(yīng)、防反擊以及防閃電電涌侵入和防生命危險)以及防雷擊電磁脈沖。

在防直擊雷措施方面,裝配式住宅與普通住宅相同,均是在屋頂設(shè)置接閃器,利用柱內(nèi)或剪力墻內(nèi)鋼筋作為防雷引下線,借用建筑物基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為接地極,其中接閃器以及接地極的做法相同,主要的差異在于防雷引下線的做法:對于鋼結(jié)構(gòu)形式的裝配式住宅,可以利用鋼結(jié)構(gòu)中的鋼柱作為防雷引下線;對于混凝土結(jié)構(gòu)的裝配式住宅,可以采用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)柱或剪力墻內(nèi)滿足防雷要求的鋼筋作為防雷引下線,并確保接閃器、引下線及接地極之間通長、可靠的連接。

裝配整體式框架結(jié)構(gòu)中,框架柱的縱筋連接宜采用套筒灌漿連接;裝配式整體剪力墻結(jié)構(gòu)中,預(yù)制剪力墻豎向鋼筋的連接可根據(jù)不同部位,分別采用套筒灌漿連接、漿錨搭接連接。套筒灌漿連接與漿錨搭接連接做法大同小異,即一側(cè)柱體端部為鋼套筒,另一側(cè)柱體端部為鋼筋,鋼筋插入套筒后注漿,鋼筋與套筒之間隔著混凝土砂漿。由于鋼筋之間不連續(xù),不能滿足電氣貫通的要求,因此,若采用實體柱內(nèi)的鋼筋作為防雷引下線,同時連接處采用套筒灌漿連接或漿錨搭接連接,則連接處需采用同等截面積的鋼筋進行跨接,以達到電氣貫通的目的,具體做法詳見圖5。

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在防側(cè)擊雷措施方面,裝配式住宅防側(cè)擊雷的設(shè)計難點在于均壓環(huán)和外墻上的欄桿、門窗以及太陽能熱水器、太陽能面板等較大金屬物防雷接地的做法:普通住宅一般采用結(jié)構(gòu)圈梁內(nèi)滿足防雷要求的主筋可靠連接作為均壓環(huán);混凝土結(jié)構(gòu)裝配式住宅的結(jié)構(gòu)梁一般采用疊合梁,可以利用疊合梁(圈梁)現(xiàn)澆層中滿足防雷要求的主筋可靠連接作為均壓環(huán);鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅的圈梁為鋼結(jié)構(gòu)且施工時均可靠連接,可以直接利用每層的鋼結(jié)構(gòu)圈梁作為均壓環(huán)。

排水管線

住宅產(chǎn)業(yè)化的要求和建筑技術(shù)的提高,使衛(wèi)生間同層排水技術(shù)得到了一定的發(fā)展。但在現(xiàn)階段毛坯房衛(wèi)生間設(shè)計基本上仍沿用了異層排水的形式。原因是毛坯房交房時衛(wèi)生潔具無法安裝到位,即使是安裝到位的簡裝房,衛(wèi)生潔具采購的也是市面上價格較便宜的產(chǎn)品,而同層排水對潔具及管道都有特殊的要求,價格也相對要高。

為減少不同形式預(yù)制板數(shù)量,節(jié)約成本,裝配式住宅衛(wèi)生間等管線較多區(qū)域一般采用現(xiàn)澆樓板,現(xiàn)場定位。當(dāng)采用疊合樓板時,設(shè)計人員則要在圖紙上精確定位每一個排水管孔洞。在加工廠內(nèi)要根據(jù)準(zhǔn)確定位的設(shè)計圖紙將每一個排水點在預(yù)制疊合板上進行留洞,在施工現(xiàn)場現(xiàn)澆層內(nèi)對照原先預(yù)留好的預(yù)留洞口,進行同樣規(guī)格的二次留洞,預(yù)留洞孔徑一般比排水管道外徑大50mm~100mm。

給水管線

毛坯房給水管的敷設(shè)方式主要有沿室內(nèi)樓板下明裝敷設(shè)、在樓(地)面的墊層內(nèi)敷設(shè)或沿墻在管槽內(nèi)敷設(shè)。

在我國北方地區(qū),由于做地板采暖需一定厚度的墊層,所以給水管一般與采暖管一起敷設(shè)在墊層內(nèi);南方地區(qū)則多明裝在樓板下,由住戶二次裝修時處理。接給水點的垂直管線一般均為暗裝,需在墻板上預(yù)留出至少60mmx40mm(寬x深)的墻槽,這對于預(yù)制剪力墻是很難實現(xiàn)的。

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圖5為某項目一塊預(yù)制剪力墻開墻槽的設(shè)計圖,圖中兩對墻槽,左側(cè)為1.2m 高的燃?xì)鉄崴骼錈崴茴A(yù)留墻槽,右側(cè)為0.55m高的洗菜盆冷熱水管預(yù)留墻槽。預(yù)制墻體厚度為200mm,墻體內(nèi)鋼筋邊距墻內(nèi)皮只有35mm 左右,如果按40mm 深預(yù)留,鋼筋只能外漏,而實際上鋼筋尚需至少15mm 的保護層,對于右側(cè)墻槽只涉及到少量鋼筋時,可局部鋼筋打彎避開,而對于左側(cè)墻槽,大量鋼筋外漏,很難處理。經(jīng)與結(jié)構(gòu)專業(yè)人員協(xié)商,留出15mm 深墻槽,管線砂漿保護層不得小于10mm,需在二次裝修時增加裝飾面厚度。要注意的是開槽位置一定要避開結(jié)構(gòu)墻連接套筒的部位,見圖6豎向鋼筋底部,套筒比鋼筋粗,無法再開槽。

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在預(yù)制裝配式住宅設(shè)計中,我們應(yīng)與建筑專業(yè)密切配合,通過調(diào)整房間布局,避免將給水點設(shè)在預(yù)制剪力墻上,否則不僅二次裝修時墻體加厚,占用室內(nèi)空間,還會增加預(yù)制板規(guī)格,增加造價。

供暖管線

現(xiàn)階段毛坯房供暖系統(tǒng)主要為散熱器供暖及熱水地板輻射供暖兩種方式。且管線及設(shè)備均安裝到位。

1 點采用散熱器供暖

一般情況下,為保證供暖效果,散熱器宜在外墻安裝。裝配式剪力墻住宅建筑的外墻一般采用預(yù)制夾芯保溫外墻板,無法現(xiàn)場打孔,所以預(yù)制外墻上安裝的散熱器支托架螺栓,必須在工廠預(yù)留好。由于不同形式的散熱器或同一形式不同片數(shù)散熱器支托架位置都有所不同,從而增加了預(yù)制板的規(guī)格數(shù)量,基于上述原因,現(xiàn)有預(yù)制裝配式住宅很少采用散熱器供暖的方式。統(tǒng)一預(yù)制板的規(guī)格,可以使預(yù)制裝配式住宅選擇散熱器供暖形式不再受限。

在設(shè)計過程中,根據(jù)不同形式的散熱器或同一形式不同片數(shù)散熱器支托架位置,可以總結(jié)出一定的設(shè)置規(guī)律,通過適當(dāng)增加預(yù)埋螺栓孔的數(shù)量,從而統(tǒng)一預(yù)制板的規(guī)格,使預(yù)制墻板標(biāo)準(zhǔn)化。

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圖7為目前住宅常用三種散熱器在客廳外墻上布置圖,對于1800mm 高的柱形鋼管散熱器最少3 個,最多8個螺栓可滿足4片~9片散熱器托架要求;對于銅鋁復(fù)合散熱器502系列由于單片散熱量較大,最少3個,最多5個螺栓就可以滿足要求。

對于預(yù)制裝配式住宅,我們希望業(yè)主能在預(yù)制板加工前確定散熱器形式,每一種外墻我們可以按照最多散熱器數(shù)量預(yù)留螺栓,從而有效地減少了預(yù)制板數(shù)量,降低了造價。

2 采用熱水地板輻射供暖

熱水地板輻射供暖從安裝方式上主要有混凝土填充式、預(yù)置溝槽保溫板及預(yù)置輕薄供暖板;炷撂畛涫剑怯盟嗌皾{或豆石混凝土作為固定加熱管的填充層,雖未埋設(shè)在結(jié)構(gòu)層內(nèi),但現(xiàn)場填充,仍為濕法施工,與裝配式建筑理念不符,但由于價格便宜,目前應(yīng)用較多。

預(yù)置溝槽保溫板及預(yù)置輕薄供暖板均為工廠預(yù)制,按一定的模數(shù)制成板塊,現(xiàn)場拼裝。這兩種干式地暖安裝方式體現(xiàn)了裝配式建筑的節(jié)材、降低現(xiàn)場揚塵及提高安裝效率的特點,是裝配式建筑應(yīng)提倡和推廣的技術(shù)。

裝配式住宅機電設(shè)計展望

近年來隨著人們對可直接入住的高品質(zhì)精裝修房的需求越來越大,內(nèi)裝工業(yè)化體系中的整體廚房、整體衛(wèi)浴、架空地板技術(shù)等也在一些示范項目中得到了應(yīng)用。2010年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)部了《CSI住宅建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》(試行),為我國工業(yè)化住宅明確了發(fā)展方向。其核心內(nèi)容之一即為“所有機電管線應(yīng)與結(jié)構(gòu)體分離”。這樣不僅省去了在結(jié)構(gòu)體內(nèi)預(yù)留預(yù)埋設(shè)備管線的過程,主要使設(shè)備管線具有了可維修性和可更替性,從而延長住宅的使用壽命。借鑒日本KSI住宅經(jīng)驗,可采用的機電技術(shù)主要有:

一、電線管及通風(fēng)管在吊頂內(nèi)安裝,給排水及采暖干管敷設(shè)在架空地板內(nèi)。

二、貼面墻技術(shù)。隔墻內(nèi)部空間敷設(shè)機電管線,即所謂的雙層貼面墻;外墻與室內(nèi)裝飾面層間作為機電管線敷設(shè)的空間。

三、采用排水集合器的技術(shù)。在公共空間管道井設(shè)置公用立管,室內(nèi)各衛(wèi)生器具排水橫管以一定坡度接至排水集合器再與公用立管相接;室內(nèi)采用同層排水技術(shù)。

四、施工現(xiàn)場拼裝的整體浴室技術(shù)。

五、采用預(yù)制模塊化供暖板直接鋪設(shè)于架空地板上,供暖干管敷設(shè)于架空地板下方的干式地暖技術(shù)。

在住宅工業(yè)化推進過程中,發(fā)現(xiàn)我們很難完全復(fù)制國外的先進技術(shù)。除了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計及通用性部品工作滯后的原因外,還有經(jīng)濟的原因、結(jié)構(gòu)體系不同的原因等。我們需要找到一種近期可實現(xiàn)的裝配式建筑機電技術(shù)體系。

結(jié)語

“十三五”期間,全國仍有大量保障性住房需要建設(shè),為住宅工業(yè)化的發(fā)展提供了良好契機。在現(xiàn)有的預(yù)制裝配式住宅體系下,通過利用合理的豎井布置及管線排布,降低管線占用空間高度,最大限度地在滿足管線可維修和更新的情況下降低成本,是機電設(shè)計的關(guān)鍵;配合做好預(yù)制構(gòu)件預(yù)留預(yù)埋是機電設(shè)計師的責(zé)任,如何在設(shè)計方法上引導(dǎo)大眾使用習(xí)慣,實現(xiàn)附合我國國情的工業(yè)化住宅體系,是廣大設(shè)計師的奮斗目標(biāo)。