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多功能外墙接缝
Stefan Loebus, Stephan Ott, and Stefan Winter
TU Muuml;nchen, Chair of Timber Structures and Building Construction, Germany
摘要：相比而言，现有建筑物的拆除在技术上有严重的缺陷，因此通常下建筑物的改造更为有效的为低能耗做好准备，并为通讯和媒体连接或HVAC安装（加热，通风和空调）的新需求做好准备。整个欧洲都开发了预制的改造解决方案，以实现更高水平的建筑围护结构现代化，从而进一步提高了能效。五年的经验以及使用木材构件系统（TEST）外墙进行的大量演示表明了最佳实践建筑的趋势。
本文着重于单个外墙构件之间的连接以及这些构件与现有建筑物之间的连接。作为TES外外墙中至关重要的施工细节，连接区域应满足各种要求和挑战，从承重，湿热到防火安全。深入施工细化的结果列出了TES接头的要求和原理。
关键词：节能，翻新，外墙施工，木材施工，预制，消防安全，建筑围护结构。
1 介绍
预制—— 一个在新的木材建筑中广为人知的概念——考虑到翻新中的不同情况和组装方法，仍然需要实施适当的细部设计，以便将其应用于翻新项目。自2008年以来，两个国际研究合会，TES Energy Faccedil;ade和后续加入研究smartTES就致力于这个方面的研究[1]。从那时起，在几个项目中就展示了TES外墙构件，以预制的木质构件为建筑围护结构进行节能改造。第一个里程碑是定义了从计划、数字测量、预制和装配开始的综合工作过程[2]。一个关键特征是针对某些装配程序和结构特性开发了外墙构件的水平和垂直接缝。进一步的发现涉及特定气候条件下的消防安全、生态特性、热力和湿度行为。本文介绍了翻新木框架结构的发展概况；类似于现有的木材建筑系统，要求和通用解决方案。
2 预制外墙的改造
现代的预制木结构建筑已发展为新型建筑的建筑系统。对于小批量生产或所谓的试验性预制没有限制[3] [2]。由于生产计划和制造的灵活性，可以生产定制的木框部件而不产生开销[4]。这一事实使得木框外墙构件对于翻新现有建筑物非常有趣，因为几乎每个建筑物和项目都需要单独的构件。研究项目中的许多试点项目和证明者表明，从概念上讲，木结构建筑原理的可移植性是可能且有用的[5] [6] [7]。但是在细节方面，许多新的发明和必须进行调整才能满足可靠且经济可行的设计要求。
精确测量外墙是精确预制和安装的前提，几何数据必须与现有建筑物的全面调查、材料评估、详细资料、承载能力以及必要时的建筑服务相结合，并从现有物质中进一步深入信息[2]。
图1典型的半气球框架结构的垂直截面[9] 图2 TES垂直水平接头
3整修中的木框架结构新建木结构体系与类比
木框架结构的三个原理是平台框架结构，气球框架和半球形或虚拟气球框架[8]。
虚拟气球框架构造是最适合作为TES EnergyFacade构件的类比的类型。构件具有高楼层尺寸，并且是水平方向的。它们可以以原始的直立位置生产，可以以相同的方式放在卡车上并在现场进行处理，而无需改变方向。所有构件都堆叠在一起，主导节点是水平节点。这个节点具有连续外外墙层或建筑表皮层的优点，不会出现气密，隔热或防火的中断和功能层完整的情况。类似于天花板支撑边缘梁，引入了所谓的连梁，作为现有天花板和木结构墙之间的连接。精确调整了连梁的高度和深度。它具有辅助TES构件水平对齐的其他优点。与虚拟改造气球框架中的新建筑物相比，没有垂直力传递到连梁。垂直载荷仅通过木材传递框墙。水平载荷必须引入到现有的天花板中。这样的细节解决方案的湿热暴露和木材保护可以类似于新建建筑物一样解决。消防安全必须进行深入检查，因为外墙在火灾蔓延方面具有一定的风险，并且始终观察到与现有建筑物的边界条件有关的消防安全。
图3 TES幕墙系统的参数
4需求定义
影响TES构件及其细节的参数数量很大。最具有影响力的因素除了结构问题，还包括规划建筑木材物理性质建造、正确生产多层构件和现有外墙装配，有关强度和固定装置的主要参数来源于构件的承重结构。因此，他们在同时结合重要性、制造、结构安排，又名构造和装配过程。另一组影响源于建筑物理性质，它们影响主要内部保护功能和外部保护功能上的TES构件，因此定义了分层和详细信息的要求。除了生产之外，它们还与装配，经济，生态和技术建筑设备互动，并且必须与静态需求联系在一起。这些交互不仅发生在TES系统内，而且最重要的是，它们与现有建筑物交互。现有的外墙的某些保护功能已由TES部分取代，例如热保护它们主要通过TES构件来实现。
5类比的局限性
改造施工系统的发展始于主要的结构影响和适当的零件构造的方式。重点是水平单元节点的区域。它是现有外墙与现有天花板的连接。从技术和经济角度看，水平节点是最相关的细节，因为它是虚拟气球框架中最常见的节点。一栋1950年代的多层房屋，四层有8套公寓，地下室和屋顶檐棚的连接线总长度在80到130 m之间，地板之间的所有其他水平缝的总长度约为240和390 m，整个垂直接头长度约为65至75 m。它与垂直和水平节点之间的比例从1：5到1：7匹配。该比例的高偏差清楚地表明了水平接缝的细节处理是多么重要。它在很大程度上影响组装工作和成本。必须非常小心地调整构件在该区域中的技术要求和工作量，以避免高成本或不可预见的风险。开发的解决方案必须符合效率条件。结合两个要素的可靠解决方案将降低施工系统发生故障的风险。详细分析了大型单元在翻修工程中施工工艺的适用性和特殊性，指出了气球框架的优点。绝缘层和具有确定的固定轴的不间断表面的连续性（如对齐）和用于外墙构件的安装辅助的要求被确定为重要特征。
另一发明是在现有外壁的不平坦表面与TES元件的平面背面之间的适配层。该间隙应至少为五十毫米宽，以便进一步填充吹入的绝缘材料，最好是纤维素纤维。在间隙中吹入绝热材料的过程具有在需要的地方调整厚度的优点。在外墙和窗户等构件的贯穿件周围应该用不可燃的矿棉填充。
图4类似于平台框架（a）气球框架和半气球框架（b-c）向TES（d）的发展
6木结构框架翻新的发展成果——现有建筑翻新木结构的水平施工缝原则
与传统的木框架结构一样，实木柱的跨度为625 mm，垂直于地梁和墙板对接。在元件内部使用OSB，在外部使用石膏纤维板。空腔中填充了隔热材料，如纤维素纤维。通常，木框架构件的尺寸约为12.0 x 3.2 m 2，受生产设施和运输的限制。[5]
图五安装TES原件
尽管TES外墙的公差为 /- 2 mm，但现有外墙的深度偏差为 /- 40 mm。通过连接梁将这种不平整度拉平，该连接梁固定在现有的墙壁中，并在每个楼层上水平地围绕整个建筑物。因此，在安装时，可以将外墙元件与连接梁对齐，并用自钻木螺钉将其固定。构件的组装水平地逐行进行。构件节点的设计灵感来自于榫槽连接的简单连接方法，并增强了经典木构架结构中常见的对接。舌头由上部构件的门槛梁组成。凹槽由壁板和下部元件的重叠石膏纤维板组成。这样，上部元件精确地装配到下部元件中，而无需进行任何较大的对准工作，并且仍然保证力配合连接。[5]垂直连接是两个构件的对接，没有任何其他连接。
图6 TES水平接头垂直图 图7 TES水平接头水平 图
通常将所有外墙组件（例如窗户）集成在TES构建中，请参见图7。这具有更好的制造控制和简化的施工现场操作的优势。可以以不同的配置安装新窗口，以替代现有窗口。它只能作为辅助窗口集成到TES中，从而增强了现有窗口并改善了其热和声学特性。该解决方案是升级现有优质组件的重要选择，可显着加快施工过程并减少对居民的干扰。适用的覆层材料种类繁多，类似于新的木结构建筑。但是，对大型多层建筑进行改造时，这些选择受到消防安全要求的严格限制。在本文中，该结构采用了背面通风的木质外墙。
7结构缝
本质上，在TES外墙上必须考虑两个主要载荷，即承重系统的构造：自重和风荷载。
图8 力传导
给定结构的自重约为80 kg /msup2;（随厚度，隔热材料和覆层的不同而变化）。这是由于扩展了木材承重结构，所需的防火板以及致密的纤维素纤维隔热层。由自重引起的垂直力一直贯穿木构架进入外墙脚底的基础系统。（有关外墙脚的施工方案，请参见[1]）。当垂直力在建筑物高度上累积时，构件之间的水平接头将作为完全配合的接触式连接器建造。图（8 ①）来自风荷载的水平力以最短的方式被感应到下一个天花板。连接是配有地脚螺栓和自攻螺钉。通过将连接梁和元件接头与天花板放置在相同的高度，可以最大程度地减小偏心率，并以螺栓和螺钉的最小边缘距离为主要因素来优化横截面的高度。因此，顶部元件的门槛梁和底部元件的壁板需要建立在一个高度上。（图8②）
8 TES构件的湿热行为
避免热桥是详细开发的第一个原理，因为从热侧到冷侧的高导热材料都不会通过，从而使热传导最小化。因此，通过在接合区域中使用木材或木质材料，可以大大减少与材料有关的热桥的影响。绝缘层厚度的灵活变化可以通过调节螺柱的深度来实现。关于TES层的扩散安全性，该元件的后面板必须是防潮的。建议在元件的外部（向外）横截面进行扩散，且其外部的0.3 Sd
le;4m低，建议在元件内部的Sd 至少高6倍。[10]木质框架元件的气密性和防风性是阻止温暖和潮湿空气对流到木制零件冷侧的最重要措施之一。适当的气密结构还可以通过克服泄漏来提高防火安全和隔音效果。水平和垂直TES接头出于气密性原因必须密封，以确保防潮性能，并避免在接头区域内通过湿木或绝缘材料产生导热性。
图九 湿热细节
防风罩由作为封闭的TES元件的外面板或隔膜的挡风玻璃提供。挡风玻璃在连接时必须用胶带或夹紧的接头密封。此外，建筑材料必须是干燥的，并且在施工期间，通过封闭的型腔和恶劣的风化对元件进行保护，以最大程度地减少水分的摄入。扩散开放分层支持构建的干燥能力。必须避免在TES和现有墙之间形成空腔，以降低对流不受控制的风险。适当的措施是在组装过程中用柔软且致密的绝缘材料填充型腔。吹入纤维素纤维具有良好的吸附性能，其吸附质量可以缓冲现有外墙的水分并减少TES木质部件上的水分负荷。现有的墙壁和窗户的连接通常是可渗透的，因此连梁被水平密封以抑制垂直对流。构件和构件的接缝是气密的，在构件和所有镶板接头之间设有密封条。因此，重要的是内部密封条通过密封带与OSB气密连接。（图九）
9.木材保护和耐用性
通过满足前面提到的湿热要求和封闭式木构架部件中的水分管理，可以充分保护内置的木材和木质材料。因此，TES构建满足使用等级0的要求。[12]
10.消防安全
通常，现有结构已经满足了消防安全目标。但是，现有建筑物的状况必须通过消防安全调查进行验证。[1] TES外墙层必须满足相关建筑等级的要求。在4类和5类建筑物中，对大多数潜在的TES改装对象进行了分类，或者建筑物ge;3层，非承重外墙必须至少具有阻燃性（图10 No. 1）并且难燃。需要至少C-或B-s2，d0级的覆层和绝缘材料。可以使用木材或其他可燃外墙材料，但需要特殊构造和额外批准。在使用可燃材料和通风间隙的地方，包层必须通过适当的挡火板或地板水平分隔结构，在楼层上进行分隔。在这种结构中，金属薄板用作挡火板。它设置在接缝区域的上方，以不妨碍门槛梁与水平连接梁的旋紧。覆层和内部TES构建由石膏板分隔开，以防止在燃烧覆盖的情况下由可燃热绝缘引起的着火。
图10 防火细节
在单元连接处关闭石膏板层至少需要该连接以附加的石膏板条纹作为支撑，并在壁板下方水平铺设另一条石膏条纹。因此，元件的连接不需要对板进行任何额外的胶合。（图10第2号）[1] [14] [15]必须考虑到天花板的组件要求，尤其是在拆除现有墙壁或墙壁很薄的情况下。必须防止火和烟蔓延到TES外墙上绕行的下一层。根据定义，如果不存在外墙，则TES接头将成为现有天花板的一部分。（图10 3号）
11.安装
与新建筑的一个重要区别是后部构件的可接近性安装时，由于一侧被现有墙体挡住。越高预制层需要在现场完成的工作较少，但有覆盖的连接通过这种方式访问点会更困难。尤其是当可见的包层预制、必要的连接工程必须在损坏。
试点项目表明，通过倾斜上横梁之间的平面和下墙板，并另外建立舌槽连接前石膏板使构件的安装大大简化。这个舌槽连接的另一个优点是在一个水平面上连梁的两个元件，从而使包层中的强制间隙。
在预制构件安装到建筑上之前必须设置脚基础，建立周围脚手架和如果不使用升降平台，请删除现有窗口。
图11 安装过程
与新建筑物的一个重要区别是安装时构建后侧的可访问性，因为一侧已被现有墙壁阻挡。预制级别越高，现场需要完成的工作就越少，但是覆盖的连接点将很难通过这种方式进行访问。特别是如果预制了可见的覆层，则必须进行必要的连接工作，使可见的一面不被损坏。试点项目表明，通过在上底梁和下壁板之间倾斜平面，并另外与前石膏板建立榫槽连接，可以大大简化元件的安装。榫槽连接的另一个优点是能够将两个元件在一个水平高度上旋紧到连接梁上，从而使包层中的强制间隙最小
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