装配式住宅耐久性建筑设计方法和技术研究*——以SDC2018 C-House为例

文/东南大学建筑学院 刘文辉 张 宏 叶红雨

1 研究背景

近年来，装配式住宅得到国家大力推广和发展，因其具备工厂制造、现场快速安装等特点，得到各级政府和建筑行业的高度关注和推广应用。因此，在这种新的工业化生产建造模式下，如何既保证生产建造的高效性，又维持装配式住宅的长寿命和各构件的高耐久性，成为行业内极具挑战的研究与实践内容。对于装配式住宅建筑，耐久性不仅指建筑材料或结构的耐久性，而且与建筑寿命密切相关，并呈现正向相关的逻辑关系。装配式住宅的耐久性可通过对其建筑的预期使用寿命反映，包含4个层面的含义，即技术性寿命、经济性寿命、功能性寿命和社会性寿命。

SDC2018（中国国际太阳能十项全能竞赛）是以全球高校或联合高校团队为参赛单位的绿色能源建筑科技竞赛, 是一次集合各类装配式建筑类型和技术体系的综合型十项全能竞赛。此次竞赛在山东德州举办并集合来自全球9个国家和地区的37所高校所组成的19支参赛队。大赛要求每支参赛队以永久性住宅为设计和建造目标，完成1栋面积为120～200m2的单层或双层太阳能住宅，并要求在20d内建造完成。由东南大学-布伦瑞克工业大学联队合作设计建造的C-House，基于构件法建筑设计理论和技术，采用超高速建造技术、分级装配技术及BIPV一体化技术等，在20d内建造完成，如图1所示。

本文对C-House在竞赛完成并运营一段时间后的各构件系统进行研究和分析，其中包含结构构件系统、外围护构件系统、装饰景观构件系统及装修构件系统的长寿命设计方法和耐久性控制技术。因此，本文可为延长装配式住宅寿命提供一系列可实践且便于推广的技术与方法。

2 C-House建筑各构件系统耐久性概况

2.1 结构构件耐久性

C-House结构构件系统采用框-筒结构技术体系，包含装配式钢结构和设备核心筒。其中，主体受力构件为钢柱和钢梁，核心筒为预制模块，从德国运输至现场进行一次性组装成型，因此，核心筒与主体钢结构体系受力相对独立。建造完成后的18个月和30个月对比如图2所示，核心筒及钢结构构件完好，结构柱和结构梁及各结构连接节点均未出现裂缝、损坏或腐烂锈蚀等情况，整体结构构件系统展现出较好的耐久性能。

图2 赛后18,30个月后的结构体

2.2 分层外围护构件系统耐久性

C-House外围护体系包含装配式外墙板、光伏板及玻璃幕墙，外围护的各构件系统在C-House建成运营后的30个月后均展示出较好的耐久性能。由多块标准化光伏板组成覆盖屋顶和两侧墙体的光伏系统在拆卸组装多次之后，目前仍表现出较好的产电性能，展现其由内而外的耐久性能（见图3）。在历经30个月后，玻璃幕墙未出现任何外观破损且运营良好，如图4所示。

图3 运营30个月后的光伏板外墙

图4 运营30个月后的玻璃幕墙

2.3 景观环境构件耐久性

C-House的景观构件系统较丰富，其中环境构件包含秸秆砖墙、竹篱笆、室外木地板等，如图5，6所示。该类构件在经历30个月的风吹雨打后，各部位均未出现破损现象，整体环境构件呈现较好的耐久性能。此外，C-House拥有众多艺术装饰性构件，其中包含从东南大学四牌楼校区运输到比赛现场进行二次组装的铝管构筑物，如图7所示，该构筑物由34个双曲面和96个节段组成，在赛后历经30个月后，整体和局部均未出现明显坍塌和破损，仍呈现较好的耐久性能。C-House还采用混凝土手模作为院落中的装饰构件，该构件在室外放置30个月后，均保存完好，实现艺术性和耐久性能的一致，如图8所示。

图5 秸秆砖墙

图6 钢框竹篱笆

图7 铝管构筑物

图8 手模装饰构件

2.4 室内装修构件耐久性

C-House在室内设计和建造中采用大量环保且耐久的材料。其内墙和地面采用竹材和木材进行装饰，如图9所示。此外，C-House采用可移动家具进行室内空间分隔。装配式地面和墙面系统均呈现较好的耐久性能，未见脱落和损坏。家具和灯具（部分也采用竹材灯具）均未见损坏，仅有部分可变家具出现打开困难的情况，如图10所示的隐藏式床，由于自身自重较大且长期竖向搁置，对其活动轴的压力导致变形，因此出现耐久性下降的情况。

图9 装配式内装墙体

图10 可移动家具

3 C-House长寿命设计策略

3.1 高耐久性构件组设计

C-House的恒定体主要包括主体钢结构及设备核心筒。主体钢结构形成较大跨度空间，使内部空间分隔更自由。核心筒内部采用设备集成布置的方式，可整体运输和安装。钢结构体系和核心筒均便于维修与拆装，在需要异地建造时，拆装过程中不会增加碳排放，因此可实现在不同生命周期内结构构件的长寿命。

3.2 易更换性构件组设计

C-House可变体包含外墙板、玻璃幕墙、光伏板，以及部分环境景观构件和室内装修装饰构件等。可变体相较恒定体的耐久性略低，可变体应采用标准化构件，便于各构件系统出现损坏时可适配和维修，以此延长整个构件系统寿命。

C-House中各构件系统的连接方式均采用可逆构造连接方式，如螺栓连接等；可逆构造不会对各构件系统尤其是结构构件产生破坏性伤害，如焊接等连接方式在其需要异地建造时就会破坏结构构件的完整性。因此，C-House的各构件均可进行重复再利用，在其经历多个完整生命周期后，仍展现较好的耐久性能。

4 耐久性空间设计技术

4.1 大空间结构体技术

大空间结构体是实现建筑功能自由分隔的前提，是空间灵活变化的基础。C-House采用钢结构体系形成一个近10m×10m的大空间，除四周和核心筒部分有柱外，其余均为可自由分隔的使用空间。大空间可突破建筑功能限制，不仅可作为居住空间使用，还可作为办公、展厅等功能空间使用。因此，大空间结构体是建筑耐久性最重要的设计技术。

4.2 灵活可变分隔技术

C-House除核心筒部分，其余建筑空间的分隔均采用灵活可变的分隔方式。其中包含可移动墙体、可变家具、分隔帘等。可变式分隔技术方法可适应不同时期建筑功能的需求，例如在不同人群居住时，通过可变的分隔形成可适应的套型和房型，以满足各类人群的居住使用需求。

4.3 空间通用化技术

空间通用化设计考虑相同大小的空间对应不同功能的需求，例如在住宅中，书房和次卧可在不同场景下进行切换。C-House在1层的空间设计中可做到功能叠加，例如在电动汽车停车库的位置，在不停车期间，可作为小型工作室或储藏室，在人多的时候可作为一个较大的餐厅。而在2层的设计中采用模糊空间设计理念，例如主卧室和次卧室通过1个可移动的隔断进行分隔，打开隔断可形成1个超大且南北通透的卧室，关闭则可形成1个主卧和1个次卧或1间书房。空间通用化设计技术在C-House项目设计实践中得到充分应用，使C-House的空间更具耐久性。

5 结语

本文通过对C-House的结构构件系统、外围护构件系统、景观环境艺术构件系统、室内装修构件系统在SDC2018赛后一段时间内的耐久性能进行研究，对C-House如何通过恒定体、可变体和内部空间设计形成长寿命的设计策略进行阐述和分析。C-House所采用的一系列耐久性设计方法和技术措施，如大空间结构体技术、高耐久性构件组设计、可逆构造技术等，为装配式住宅实现长寿命目标提供了一系列可参考的耐久性设计技术与方法。