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笔记《模块化建筑的防水问题1》

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作者简介

ANNIE LO是Walker Consultants在旧金山的建筑围护结构和首席修复的主管。她是建筑围护结构专家,也是一名注册建筑师,专门从事外部围护结构和防水系统的设计,以及现有建筑的修复。Lo带领Walker团队调查建筑围护结构的失效情况,并就与地下防水、广场甲板、外墙、开窗系统和屋顶组件相关的新建筑组件提供咨询。她是LEED认证专业人士,毕业于纽约哥伦比亚大学。

摘要:

模块化施工是建筑行业快速发展的趋势。预制单元或回收的海运集装箱堆叠在一起,创建一个多层建筑。这类项目的各种交付方法要求预先安装防水和建筑围护膜系统,这需要在现场进行一定程度的整理。为了加快进度,顾问们面临着不同的设计流程、产品审批和施工顺序的挑战。在模块化施工质量控制措施的背景下,迫切需要评估预安装防水系统的利弊。墙壁、窗户和屋顶组件是传统建筑围护结构的组成部分,顾问们习惯于在纸上设计和详细描述。当这些系统被选择为模块化结构时,制造团队决定并指定防水组件的最佳实践。如何制定设计决策,是否审查了正确的性能标准?如果将来出现防水问题,最终由谁来负责?在模块化设计和预制项目设置中,顾问作为随叫随到的顾问的角色变得至关重要。我们将分享和讨论沃克咨询公司在模块化单元建筑方面的经验教训,并就这类工作改进我们的建筑围护结构和防水方法。



项目招标方式

项目交付目前有两种用于模块化构建的项目交付方法。一种是遵循传统的设计-投标-建造设置,其中选择一个设计团队,包括一个模块化单元制造商,组装整个项目的架构(图2)。建筑师提出初步设计,模块化制造商提供预制单元。职责分工通常是在模块化单元的制造者和负责监督将在现场建造的其余建筑组件的设计团队之间进行的。例如façade包层、外部楼梯和走道等元素由建筑师详细描述。这些组件遵循由设计团队提供施工文件和技术规范的传统设计过程。
模块化制造商可以选择他们自己的防水系统,或者他们可以遵循建筑团队提供的建议。一般来说,这应该在选择模块化制造商之前进行讨论,因为这将揭示他们在生产单位的同时采取了什么质量控制措施。一些公司会对他们自己组织之外的防水建议产生抵触,而且他们可能不会提供咨询师和设计团队必须提供的技术建议的灵活性和意愿。


另一种交付方法由一家公司承担模块项目的开发人员、架构师和构建者的所有责任。在这种交付方法中,有一个实体监督整个项目从设计到施工,他们甚至可能在施工后继续管理建筑和财产。在旧金山湾区和南加州地区,许多公司正以这种模式为目标建立起来。他们有自己的建筑师和工程师,为他们的模块单元提供总体设计和施工文件,然后堆叠在一起成为一个建筑综合体(图3)。此外,他们有自己的总承包商,运行和管理项目的建设。专门设计和建造模块化项目的公司通常会自行选择所有的防水系统。他们决定在墙壁上使用什么薄膜产品,在门窗的粗糙开口中使用什么类型的泛水产品,他们还为项目选择屋顶薄膜。他们的建筑围护结构设计和选择将只取决于其建筑团队的技术知识,除非聘请独立的建筑围护结构和防水顾问来审查组件。
模块化结构正在改变建筑行业,也在改变建筑师和建筑围护结构顾问在项目中所扮演的角色。在更传统的模块化项目的设计招标建造设置中,建筑师或开发商可能雇佣他们自己的防水顾问。与传统建筑项目相比,建筑围护结构顾问应该在项目的所有设计阶段与建筑师和模块化制造商保持密切的协调。尤其关键的是模块化制造商的初步设计阶段。大多数制造商都偏爱某些防水系统,基于他们之前的项目历史,这些项目控制了他们的生产和成本估算。因此,建筑围护结构和防水顾问的决策过程和重点从最初推荐和选择合适产品的实体转变。相反,顾问的位置是审查已经被模块化制造商预定的产品。因此,建筑围护结构顾问的角色在某种程度上受到了模块化公司及其预定义规范的挑战。在某些情况下,如果一个模块化项目是由一个模块化公司作为开发人员、建筑师和总承包商驱动的,则没有防水顾问。这些公司都有自己的内部团队,他们将负责其单位的外部外壳设计。这可能是一个很好的设置,也可能不是,这取决于团队的技术防水知识。由于模块化构造是相当新的,在我们知道这个团队设置是否成功之前可能需要一段时间。

建筑围护结构顾问通常会在施工阶段加入,帮助解决与模块单元相关的防水问题。在这种情况下,当完整的设计历史不清晰,并且缺乏对安装在模块上的产品的了解时,他们就会受到挑战。建筑围护结构顾问面临的一个具体挑战涉及已经安装的窗户。可能会有一个关于如何应用粗糙开口泛水的施工问题,但如果顾问在设计阶段没有参与,这个和其他顺序问题就会变得很明显。在模块化项目的施工阶段,建筑围护结构或防水顾问的角色通常演变为随叫随到的顾问,而不是在设计阶段就细节提供同行评审反馈。由于具有挑战性的防水细节,当顾问们对问题做出反应而不是设计适当的解决方案时,潜在的风险就会增加。
防水系统选择对于用于模块化结构的钢制集装箱,通常只有少数行业标准的防水系统将应用于单元的外部窗户防水、接缝防水和屋顶膜。如果在钢模块的外部façades上安装包层,一般不需要单独的防水膜,因为模块本身就可以成为一个水密界面,只需要对紧固件或通过钢的任何其他穿透件进行处理或密封即可。通常,钢模块的外部只是涂漆(图4)。在选择粗糙的开口泛水时,钢容器面临许多挑战,因为当钢面板是暴露的façade材料时,翻边窗或门组件不能使用。内墙通常是有毛的,这样隔热和饰面可以被纳入到机组内部。当在粗糙开口处设置一定的深度时,没有钉法兰的块框窗组件可以安装防水和窗台板挡板。窗户的锚定可以像传统建筑组件一样实现,在粗糙开口的边缘安装夹子或锚,并与周边密封胶连接。模块化制造商可能会提出不同的配置方案,包括最终会破坏周边密封胶连接连续性的金属带系统(图5和图6)。
对于木框模块化单元,厂家一直使用各种产品作墙体和窗户,往往选用主流厂家的防水产品。合成的薄膜包装产品,如耐候性屏障组件,和自粘膜在粗糙的开口泛水是流行的(图7)。似乎液体应用的防水产品不容易被考虑为模块化结构,但也许他们应该是,因为使用这些系统可以更容易地实现现场润色和转换。单层屋面材料通常用于模块化建筑。由于膜材料是在车间安装的,所以选择了最简单、最清洁、最经济的方法。然而,如果模块化制造商在每个单独的模块上预先安装屋顶膜,屋顶材料通常是浪费的。如果不知道哪些单元最终会出现在建筑的顶层,那么材料就会浪费在建筑底层的足够比例的模块上。(朱明点评:这个观点是错误的,因为模块建筑的施工过程防水很重要,尤其是高预制率的模块,所以每层都要有过程防水措施)

工厂预装的和现场预装的是什么?
窗户、粗糙的开口泛水材料和屋顶薄膜通常安装在模块化公司的工厂。这样做的好处包括有一个更可控的环境,可以为防水材料提供更好的保护。与放置在工作场所的露天场所相比,产品可以更好地防止建筑碎片和紫外线的暴露。有了这种装置,就很少有机会采取客观的质量控制措施。不同公司的审查水平可能存在根本差异。在未来,将很高兴看到建立一些第三方审查和检查单位的标准。至少,防水系统的预安装应与制造商协调,这应在为项目建造初始模块单元时进行。通常在常规施工现场进行的质量控制测试,应该转移到模块化施工的车间组装阶段。这包括窗户水测试,密封胶拉力测试,以及任何粘合和兼容性测试。在项目的这一阶段还有改进的空间。由于模块化制造商不专门从事建筑围护结构和防水组件的技术细节,他们通常不知道性能测试的重要性。
在现场,应该对模块单元之间的转换和连接进行审查和测试。这包括外墙系统的喷雾测试,特别是在模块单元之间的过渡阶段。此外,在所有模块单元完成之前和任何单元交付现场之前,都应该在车间对一定比例的窗户进行水测试。有一个适当的测试协议将有助于保护所有参与的项目团队成员,以便在制造和预安装过程的早期发现任何问题。设计可以在所有模块单元完成之前进行调整,并在它们运往现场之前进行调整。框架式模块化单元的外墙膜通常在现场安装,以及任何饰面包层材料或防雨系统(图8)。建议使用具有防水经验的合格安装人员,因为每个模块单元之间都需要完成关键的连接过渡。例如,需要在墙壁上的抗风雨屏障和每扇窗户上的粗糙开口之间建立一个水密界面。此外,模块单元之间的每个连接处的额外细节需要在安装后进行处理;这也增加了整体防水质量的控制措施。屋面膜安装也在现场完成,每个模块化施工项目不同。有些项目只需要完成单元之间的膜过渡,有些项目将需要在现场安装整个屋顶组件,以及任何特殊的屋顶元素,如供暖、通风和空调(HVAC)设备或光伏(PV)板

模块化单元与现场建造元素之间的过渡成为施工现场的主要挑战之一。当外部人行道和楼梯等元素组合在一起时,需要仔细检查和验证公差(图9和10)。在人行道、楼梯和屋顶组件上,立面和坡度尤其重要。如果这些计算不符合管理建筑规范,在模块单元顶部或单元附近的积水可能成为一个问题。建议在任何车间或现场施工前,先在设计图纸中确定建筑物的屋顶坡度和排水系统。根据模块的结构,最好设计一个覆盖整个结构的屋顶组件,这样斜坡和排水系统就像一个连续的、传统的屋顶设计。
如果将屋顶膜和排水系统划分为每个模块单元,或者将单元划分为结构组件,则每个模块将发展成一个独立的屋顶区域(图11)。这不是最好的方法,而且由于引入了额外的过渡和屋顶屏障,它增加了积水和水入侵的风险。在初步设计阶段,解决屋顶布局以及任何水平防水元素是很重要的,这样所有团队成员都能清楚地了解方法。如果装配件和斜坡配置是在车间内完成的,就会增加潜在的风险,可能导致斜坡的现场修正。模块化单元之间的间隙防水是模块化建筑所独有的挑战。每层楼面与相邻单元垂直接缝之间的水平空腔空间需要特别注意防水。通常通过模块化单元进行多次穿透,以连接机械、电气和管道系统。如果这些界面不是水密的,水就会直接侵入设备。
对于水平空腔空间,整个周长和穿透模块单元需要完全密封。在模块化钢容器的施工中,间隙空间内的冷凝是一个问题,组装需要适当的通风、保温和防水,以避免潮气问题。在地面层,模块化单元通常安装在混凝土基础反梁的顶部,它们高于土壤或坡度线,以避免直接接触任何水或现场排水。模块化单元与反梁之间的水平界面需要防水,以减少进入单元下方爬行空间的水量(图12)。此外,如果模块化单元是木制框架的,则建议在底层组件内设置蒸汽屏障,以防止任何湿气驱动问题影响单元内部。在竖向墙体接缝处,接缝的外、内两侧需采取止水及二次防水措施,以防止水的侵入(图13)。与传统建筑相比,模块化单元之间的每个节点都是额外的风险点。当这些单元组合在一起时,应在现场仔细审查这些单元的施工监测。

结论

模块化建设项目的需求主要是由节省时间和成本所驱动的。在钢单元的情况下,这包括模块化运输集装箱的重新用途。质量控制——尤其是防水系统——在这类项目交付中经常被忽视。一个模块化项目成功的关键在于每个单元是如何构造的,所有独立单元是如何在该领域中组合在一起的,以及防水是如何与所有组件绑定在一起的(图14)。在工厂预安装期间需要实施更好的质量控制措施

随着模块化施工需求的增加,防水组件的检查和安装变得更加重要。这包括产品的选择和细节,以及搭配过渡和安装。我们应该预先安装防水系统吗?答案是肯定的,如果您的团队有足够的技术知识,或者聘请了建筑围护结构顾问来协助项目。否则,如果没有足够的技术知识来支持设计过程,并在防水组件方面提供建议,这个问题的答案是否定的。没有技术知识的公司在没有顾问的情况下将自己置于危险之中,即使是传统的建筑方法也是如此。
与常规施工类似,模块化施工证明在施工过程中并不能解决现场所有的防水条件;因此,建议在设计过程中尽早聘请防水顾问。
技术知识和经验可以提高这类建筑的质量,只要模块化制造商不回避任何质量控制措施。一旦交付这些类型项目的模块化公司获得了足够的知识,施工质量将会提高,更高水平的经验将为防水系统的预安装提供信息。
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作者: ganggouren

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