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裝配式建筑為何上升成為國家戰(zhàn)略?

廣東建筑工業(yè)化展     2019-05-30     1323

經(jīng)過近幾十年的快速發(fā)展,我國的現(xiàn)澆建筑技術(shù)可以說達(dá)到了爐火純青的地步,但為什么現(xiàn)在要大力提倡發(fā)展裝配式建筑呢?

我國為什么要發(fā)展裝配式建筑?

1、城市化發(fā)展

改革開放后,大批農(nóng)業(yè)勞動力涌向城市,城市化極速發(fā)展,且人類平均壽命延長,人口總量迅速上升,居住問題日益突出。

2、科技的進(jìn)步

在人類的科學(xué)技術(shù)水平爆發(fā)式地推進(jìn)發(fā)展下,建筑行業(yè)也必然將由勞動密集型產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變。

▲今昔的罐頭加工廠

3、勞動力成本上升

人民生活水平的提高,人口老齡化的出現(xiàn),體力將會變成一種昂貴的資源,勞動力成本會不斷上漲。

▲我國制造業(yè)平均工資漲幅

4、對建筑質(zhì)量與可靠度的需求提升

隨著我國綜合國力的上升,從今年國家對《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的修訂也可以看出,我們對建筑工程建設(shè)的要求只會越來越高。從提高質(zhì)量、合理加快工期、環(huán)保節(jié)能等方位出發(fā),工業(yè)化模式下的裝配式建筑有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

▲裝配式建筑施工現(xiàn)場

5、一帶一路

國內(nèi)建筑產(chǎn)能過剩,發(fā)展裝配式建筑,有利于對外輸出產(chǎn)能。即有利于國內(nèi)建筑行業(yè)健康發(fā)展,又能讓我國強(qiáng)大的工程建設(shè)能力為世界服務(wù)。

▲我國首艘30萬噸VLCC貨輪“遠(yuǎn)大湖號”

6、節(jié)能環(huán)保與綠色施工

傳統(tǒng)建筑行業(yè)會產(chǎn)生大量建筑粉塵、施工噪聲、建筑垃圾等環(huán)境污染物。而工場生產(chǎn),現(xiàn)場拼裝的模式將會大大減少污染物的排放,更加合理地配置資源的使用,達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。

▲整潔的裝配式建筑施工現(xiàn)場

裝配式建筑的三大方向

目前裝配式建筑根據(jù)結(jié)構(gòu)材料的選擇,有三條主要的發(fā)展道路,分別是裝配式木結(jié)構(gòu)、裝配式鋼結(jié)構(gòu)和裝配式混凝土結(jié)構(gòu)。三種形式的裝配式結(jié)構(gòu)各有千秋,而采用何種形式就應(yīng)該因地制宜了。

一、裝配式木結(jié)構(gòu)

▲北京故宮博物館

在鋼材和水泥被發(fā)明之前,木材是主要的建筑材料之一。我國古代曾經(jīng)是木結(jié)構(gòu)發(fā)展最恢弘的時(shí)期之一,手工制作榫卯連接的宮殿或廟宇層出不窮。隨著時(shí)代和科技的發(fā)展,現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑采用新材料、新工藝和工廠化的精確化生產(chǎn),與傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑相比更具綠色環(huán)保、舒適耐久、保溫節(jié)能、結(jié)構(gòu)安全等優(yōu)勢,具有優(yōu)良的抗震、隔聲等性能,比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)更具優(yōu)越性。

▲膠合木材料

最早的裝配式建筑應(yīng)該追溯到17世紀(jì)向美洲移民時(shí)期所用的木構(gòu)架拼裝房屋。目前輕型木結(jié)構(gòu)住宅占北美住宅的85%以上。現(xiàn)今的木結(jié)構(gòu)體系大致分為以下4類。

1、輕型木結(jié)構(gòu)體系

輕型木結(jié)構(gòu)是由規(guī)格材、木基結(jié)構(gòu)板材或石膏板制作的木構(gòu)架墻體、樓板和屋蓋系統(tǒng)構(gòu)成的單層或多層建筑結(jié)構(gòu)。構(gòu)件之間可采用釘、螺栓、齒板連接及通用或?qū)S媒饘龠B接,以釘連接為主。輕型木結(jié)構(gòu)可建造居住、小型旅游和商業(yè)建筑等。

▲輕型木結(jié)構(gòu)體系

2、膠合木結(jié)構(gòu)體系

膠合木結(jié)構(gòu)是采用20~45mm厚的鋸材膠合而成的層板膠合木構(gòu)件制造的房屋結(jié)構(gòu)體系。膠合木房屋的墻體可以采用輕型木結(jié)構(gòu)、玻璃幕墻、砌體墻以及其他結(jié)構(gòu)形式。構(gòu)件之間主要通過螺栓、銷釘、釘、剪板以及各種金屬連接件連接。膠合木結(jié)構(gòu)適用單層工業(yè)建筑和多種使用功能的大中型公共建筑,如大空間、大跨度的體育場館。

▲日本兵庫縣朝來市溫水游泳館

▲曼海姆多功能廳

3、原木結(jié)構(gòu)體系

原木結(jié)構(gòu)采用規(guī)格及形狀統(tǒng)一的方木、圓形木或膠合木構(gòu)件疊合制作,是集承重體系與圍護(hù)結(jié)構(gòu)于一體的木結(jié)構(gòu)體系。具有優(yōu)良的氣密、水密、保溫、保濕、隔聲、阻燃等各項(xiàng)絕緣性能,原木建筑自身具有可呼吸性,能調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。適用于住宅、醫(yī)院、療養(yǎng)院、養(yǎng)老院、托兒所、幼兒園、體育建筑等。

▲原木建筑療養(yǎng)院

4、木結(jié)構(gòu)組合體系

木結(jié)構(gòu)組合建筑指由木結(jié)構(gòu)或其構(gòu)、部件和其他材料(如鋼、鋼筋混凝土或砌體等不燃結(jié)構(gòu))組成共同受力的結(jié)構(gòu)體系。上部的木結(jié)構(gòu)與下部的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通過預(yù)埋在混凝土中的螺栓和抗拔連接件連接,實(shí)現(xiàn)木結(jié)構(gòu)中的水平剪力和木結(jié)構(gòu)剪力墻邊界構(gòu)件中拔力的傳遞。與下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,上部木結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕,抗側(cè)剛度較小,具有下重上輕、下剛上柔的非均勻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

▲某輕木-混凝土上下組合建筑

木結(jié)構(gòu)小結(jié)

木結(jié)構(gòu)建筑能使人與自然達(dá)到和諧統(tǒng)一,在我國木結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于低層別墅及風(fēng)景區(qū)建筑,不適用于解決大量人口居住問題。且木材自身就是一種可燃材料,建筑防火問題突出。

二、裝配式鋼結(jié)構(gòu)

▲芝加哥的家庭保險(xiǎn)公司大樓

1885年,世界第一幢42米高的摩天大樓問世,位于美國芝加哥的家庭保險(xiǎn)公司大樓。從此鋼材就以其輕質(zhì)高強(qiáng)特點(diǎn)在大跨、超高、異形等復(fù)雜超限建筑中獨(dú)霸一方。由于鋼結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn),鋼結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)天生就具有部分裝配式特點(diǎn),在維護(hù)體系方面再下點(diǎn)功夫,裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系就能成型。經(jīng)過多年發(fā)展,下面列舉幾個(gè)裝配式鋼結(jié)構(gòu)的類型:

01、輕型鋼結(jié)構(gòu)

主要建筑材料為薄壁H型鋼、壓型鋼板等輕鋼,采用高強(qiáng)螺栓、普通螺栓及自攻螺絲等連接件和密封材料組裝起來的低層和多層預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)房屋體系。由于結(jié)構(gòu)輕便,安裝迅速,且抗震性能優(yōu)越,在日本建筑市場很受歡迎,超過一半的新增低層住宅采用輕型鋼結(jié)構(gòu)。

▲日本輕鋼結(jié)構(gòu)住宅

02、鋼結(jié)構(gòu)住宅成套集成技術(shù)體系

杭蕭鋼構(gòu)主導(dǎo)研發(fā)的鋼結(jié)構(gòu)住宅成套集成技術(shù)體系,采用鋼管束組合結(jié)構(gòu)。鋼鐵結(jié)構(gòu)構(gòu)件為承重骨架,樓板采用預(yù)制裝配式鋼筋桁架樓承板,以輕型建筑墻體材料為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

▲鋼管束組合結(jié)構(gòu)住宅體系的構(gòu)成

▲北京大興國際機(jī)場

03、束筒鋼結(jié)構(gòu)裝配式體系

長沙遠(yuǎn)大可建公司在19天內(nèi)使用束筒鋼結(jié)構(gòu)裝配式體系建造了57層高的高樓“小天城”。該建筑由若干單筒組合而成,每個(gè)單筒中,樓蓋由四塊相同構(gòu)造的主板拼裝組合而成,主板由壓型鋼板-混凝土組合樓板與雙向桁架組合而成。

▲樓蓋組成主要構(gòu)件示意圖

▲樓蓋組成主要構(gòu)件示意圖

▲現(xiàn)場施工圖

04、新型鋼—混凝土板柱結(jié)構(gòu)住宅體系

中冶建筑研究總院主導(dǎo)研發(fā)了《新型鋼—混凝土板柱結(jié)構(gòu)住宅體系》。將組合結(jié)構(gòu)運(yùn)用在了裝配式建筑上,融合利用了鋼結(jié)構(gòu)連接方便可靠與混凝土良好耐久性的特點(diǎn),針對性解決了傳統(tǒng)裝配式混凝土住宅體系和鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的共性技術(shù)問題。

▲裝配式維護(hù)墻板

▲施工現(xiàn)場及完工效果圖

鋼結(jié)構(gòu)小結(jié)

鋼結(jié)構(gòu)輕質(zhì)高強(qiáng)、安裝便利、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)使其在建筑材料中獨(dú)樹一幟,向裝配式建筑方向發(fā)展也具有先天優(yōu)勢。但鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)較高,而且為了確保結(jié)構(gòu)的耐久性與防火性能,鋼結(jié)構(gòu)建筑還需要定期進(jìn)行維護(hù),因此目前主要應(yīng)用于超高層和公共建筑,對面大量廣的住宅建筑還存在一定的應(yīng)用局限性。

三、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)

自1824年波特蘭水泥(硅酸鹽水泥)的出現(xiàn),混凝土成為了建筑行業(yè)主要的工程材料之一。

▲英國磚瓦匠J.阿斯普丁,波特蘭水泥的發(fā)明者

鋼筋混凝土這種為建筑而生的材料一躍成為了建筑界的寵兒,其物美價(jià)廉和優(yōu)越的受力性能極大推動了人類建筑工程的發(fā)展。戰(zhàn)爭、災(zāi)難、城市化推動著西方國家率先發(fā)展起了裝配式混凝土建筑。以下介紹國內(nèi)外的裝配式混凝土建筑發(fā)展?fàn)顩r。

1、歐洲裝配式混凝土建筑

歐洲是預(yù)制建筑的發(fā)源地,早在17世紀(jì)就開始了建筑工業(yè)化之路。第二次世界大戰(zhàn)后,由于勞動力資源短缺,歐洲更進(jìn)一步研究探索建筑工業(yè)化模式。無論是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的北歐、西歐,還是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的東歐,一直都在積極推行預(yù)制裝配混凝土建筑的設(shè)計(jì)施工方式,積累了許多預(yù)制建筑的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn),形成了各種專用預(yù)制建筑體系和標(biāo)準(zhǔn)化的通用預(yù)制產(chǎn)品系列,并編制了一系列預(yù)制混凝土工程標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用手冊,對推動預(yù)制混凝土在全世界的應(yīng)用起到了非常重要的作用。

▲“赫魯曉夫樓”,1960年代末

▲蒙特利爾67號住宅,1967

2、北美地區(qū)裝配式混凝土建筑

北美的美國和加拿大PCI組織都完成了PC技術(shù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定工作,都擁有完備的使用手冊,所以其裝配式混凝土建筑應(yīng)用非常普遍。北美的預(yù)制建筑主要包括建筑預(yù)制外墻和結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件兩大系列,預(yù)制構(gòu)件的共同特點(diǎn)是大型化和預(yù)應(yīng)力相結(jié)合,可優(yōu)化結(jié)構(gòu)配筋和連接構(gòu)造,減少制作和安裝工作量,縮短施工工期,充分體現(xiàn)工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性特征。

多層立體停車場是北美預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣泛的建筑類型。采用干法連接的預(yù)制剪力墻-梁柱體系,由預(yù)制剪力墻承擔(dān)全部的水平力,梁柱鉸接形成的排架部分只承擔(dān)豎向力。


▲北美多層立體停車場


▲北美多層立體停車場


3、日本和韓國裝配式混凝土建筑

日本和韓國借鑒了歐美的成功經(jīng)驗(yàn),在探索預(yù)制建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)施工基礎(chǔ)上,結(jié)合自身要求,在預(yù)制結(jié)構(gòu)體系整體性抗震和隔震設(shè)計(jì)方面取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。日本裝配式建筑主要以框架結(jié)構(gòu)為主,具有代表性成就的是日本2008年采用預(yù)制裝配框架結(jié)構(gòu)建成的兩棟58層的東京塔。同時(shí),日本的預(yù)制混凝土建筑體系設(shè)計(jì)、制作和施工的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也很完善,目前使用的預(yù)制規(guī)范有《預(yù)制混凝土工程》(JASS10)和《混凝土幕墻》(JASS14)。


▲日本RPC結(jié)構(gòu)套筒灌漿施工


4、我國裝配式混凝土建筑

借鑒了國外裝配式的經(jīng)驗(yàn),目前預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)(簡稱PC結(jié)構(gòu))在國內(nèi)占據(jù)了主導(dǎo)地位。其在工廠以構(gòu)件為單位制作完畢后運(yùn)至現(xiàn)場,通過套筒灌漿連接組裝而成。在國家的號召下,各省也大力推動裝配式建筑的發(fā)展,陸續(xù)有PK預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板等新型技術(shù)的出現(xiàn)。


▲預(yù)制剪力墻吊與灌漿連接



▲預(yù)制框架柱吊裝對位與灌漿連接


裝配式混凝土結(jié)構(gòu)小結(jié)

混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)越的耐久性和受力性能,在高層住宅方面有廣泛的應(yīng)用高前景,因此發(fā)展裝配式混凝土結(jié)構(gòu)相對來說更為符合我國國情的要求。目前國內(nèi)外裝配式混凝土結(jié)構(gòu)均以PC結(jié)構(gòu)為主導(dǎo),國外PC結(jié)構(gòu)大多用于低層和多層,而在高層采用PC結(jié)構(gòu)且要達(dá)到高裝配率,成本增加和建造效率降低是需要考慮的問題。

更為重要的是,與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比,套筒灌漿連接在可靠性上有一定差距;構(gòu)件鋼筋數(shù)量多,施工對位困難;體外灌漿的質(zhì)量在檢測手段上需要進(jìn)一步的深入研究;我國建筑工人的培訓(xùn)與職業(yè)素養(yǎng)尚需進(jìn)一步的提高。這一系列問題都是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)面臨的直接挑戰(zhàn)。

裝配式建筑的發(fā)展方向

1、打破舊有的技術(shù)思維慣性,研發(fā)新的混凝土裝配式技術(shù)體系,解決連接安全性問題。

2、簡化裝配式建筑構(gòu)件的安裝,提高功效,真正做到又好又快。

3、與BIM建筑信息管理結(jié)合,實(shí)現(xiàn)科學(xué)設(shè)計(jì)、科學(xué)施工、科學(xué)管理。

我們應(yīng)該打破僵化的思維,走出傳統(tǒng)裝配式模式給我們束縛,而于8月25-27日在廣交會琶洲展館舉辦的“BIC第七屆亞洲國際建筑工業(yè)化(廣州)展覽會”將聚焦行業(yè)熱點(diǎn),在裝配式產(chǎn)業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)引入新技術(shù)新方法,開拓新思路,推進(jìn)裝配式建筑的發(fā)展。

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