国内外装配式建筑技术体系研究
作者: 赵倩   时间: 2019-07-22   来源: 未知   浏览: 33
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关键:装配式建筑;技术体系;预制构件

引言

装配式建筑是现阶段国家大力推进的区别于传统现浇的一种建造方式。1840年,法国人孟尼尔首先取得了预制工法专利。二战后,人口的剧增、工人的分散与住房的短缺之间的矛盾推动了国外装配式建筑的发展,而寒冷地区的气候因素则加剧了其发展速度。国内在20世纪50年代,就提出了装配式建筑的问题,在借鉴前苏联经验的基础上,开发了大板体系、南斯拉夫体系、预制装配式框架体系等。后由于唐山大地震的影响及现浇混凝土的冲击,装配式建筑发展逐渐停滞。2010年以后,政府意识到现浇结构面临的劳动力短缺和环境污染等问题,相继出台了大量政策鼓励和引导装配式建筑的发展,装配式建筑进入了恢复和极速发展期。

1国外主要装配式建筑技术体系

(1)在美国,大城市的装配式住宅以装配式混凝土结构和钢结构为主,小城镇则以轻钢结构和木结构为主。美国住宅用构件和部品的标准化、商品化程度很高,用户可以通过产品目录买到需要的产品[1]。美国装配式构件采用BL质量认证制度,设计遵从PCI协会编制的《PCI设计手册》及《预制混凝土结构抗震设计》[2]。经过近一个世纪的发展,美国装配式建筑产业已经建立了完善的专业化、标准化、模块化、通用化技术体系,并在近年来发掘和推行可持续环保与低碳节能的绿色装配技术,其发展的新型技术体系有:ACSTC干连接装配混凝土结构技术体系,DBS多层轻钢结构住宅体系,Conxtech钢框架技术体系,Modu-larize模块化技术体系等[3]。(2)德国是世界上住宅装配化与建筑能耗降低幅度发展最快的国家,近几年在推动零能耗的被动式建筑的发展[4]。德国主要采用双皮墙、T梁、双T板、预应力空心楼板、叠合板等结构,其中双皮墙(叠合墙)是德国首创和应用广泛的构件形式。在德国,双皮墙拥有先进的全自动生产流水线,生产效率和标准化率高。但是此种结构形式存在叠合受力性能不明确、中间现浇层混凝土易收缩和振捣困难等问题。(3)法国是世界上推行装配式建筑最早的国家。法国的装配式建筑特点是以预制混凝土结构为主,钢结构、木结构为辅。法国独创的装配整体式混凝土结构体系为世构体系(SCOPE),它是一种预制预应力混凝土装配整体式框架结构体系,主要预制构件包括预应力叠合梁、叠合板和预制柱等[5]。世构体系的主要特点在于其节点构造方式,包括键槽、U型筋和现浇混凝土[6]。世构体系已应用到《预制预应力混凝土装配整体式框架结构技术规程》JGJ224—2010中。(4)瑞典和丹麦是将装配式建筑模数化贯彻较好的欧洲国家。国家层面上制定了工业化的统一标准,并对按照此标准设计和建造的部件给予政策和资金支持。(5)日本是多震国家,其装配式混凝土结构建筑都表现出了很好的抗震性能。日本的主要预制构件特点有:外墙板主要采用夹心墙;楼板以预应力空心板为主,预应力平板组合楼板和预应力小梁加空心砌块组合楼板为辅;卫生间整体预制;预制柱采用套筒连接[7]。此外,日本的装配式建筑以框架结构为主,高层建筑多辅以隔震层和减震构件等措施,住宅体系中推动以骨架体长寿命化和填充体可变化为特点的SI住宅的研究与应用[8]。日本装配式建筑采用的主要框架节点形式有:跨中对梁主筋结合,柱筋套筒连接,节点现浇的通常柱梁工法;节点区进行梁主筋结合的工法和节点预制的莲根型工法。(6)新加坡是世界上公认的住宅问题解决较好的国家[9]。在新加坡,80%的住宅由政府建造,组屋项目强制实行装配化,并遵从HDB装配式设计指南。装配式住宅大部分为塔式或板式混凝土高层建筑,装配率可达70%。从近几年发展来看,新加坡大力推广使用PPVC(厢式预制装配系统)免抹灰预制集成建筑技术、PBU预制卫生间技术和BIM技术等。

2国内主要装配式建筑技术体系

(1)香港装配式公共房屋的建设经历了由“后装”工法到“先装”工法的变革。其区别在于,先装工法是先安装预制外墙(承重或非承重),后进行内部主体现浇,这种工法对预制构件的尺寸精度要求不高,降低了构件生产难度,而且整体式结构基本解决了防水、隔声等问题[10]。香港装配式建筑体系的主要特点是:PC外墙挂板+标准化定型化,主要预制构件后来发展至楼梯、内隔墙板、整体厨卫等。相对而言,香港装配式建筑装配率较低。(2)内地装配式建筑发展的主要技术路线为“引进吸收后再创新”。目前有项目实践的引进体系主要有法国的世构体系、澳大利亚的“全预制装配整体式剪力墙结构(NPC)体系”、德国的双皮墙体系等。按结构形式分类,预制装配式混凝土结构可以分为框架结构和剪力墙结构。自主研发的非预应力框架结构主要有天津大学的约束混凝土柱装配整体式框架结构体系。约束混凝土柱体系的技术特点为:结构梁采用钢梁,楼板采用预制空心楼板,柱采用外包钢管连接[11]。钢梁端部焊有端板,节点核心区设有钢板箍(留有螺栓孔),用高强长螺栓连接[12]。此结构体系合理发挥了钢材和混凝土的力学性能,减少了梁柱节点的湿作业,提高了节点结构性能,但其构件生产和运输成本有所增加。剪力墙结构主要包括深圳万科和远大住工的内浇外挂体系[13]、合肥宝业集团引进的双皮墙体系[14]和全预制剪力墙体系。全预制剪力墙体系又包括中南集团的NPC体系[15]、宇辉集团剪力墙体系、山东万斯达剪力墙体系、北京万科剪力墙体系和中建MCB体系[16]等。内浇外挂体系是房地产企业应用较为广泛的装配式体系,其主要特点是受力结构现浇,墙板外挂。此结构体系一般配合铝模板、钢模板等使用,预制率较低,成本介于现浇结构和全预制剪力墙体系之间。各地区全预制剪力墙体系之间的主要区别在于剪力墙竖向钢筋的连接方式不同以及楼板形式的差异。目前有工程应用的主要剪力墙竖向钢筋传力方式为套筒连接(分为全灌浆套筒和半灌浆套筒)和浆锚连接。其中中南集团第五代NPC技术采用的是改进型混合连接技术(边缘构件双排钢套筒+分布钢筋双排配筋、单排浆锚连接),宇辉集团体系采用的是基于螺旋箍筋约束浆锚连接技术的装配整体式剪力墙结构,山东万斯达和中建MCB体系采用的是全套筒灌浆连接,北京万科采用半套筒连接技术。

3结语

我国现代装配式产业较国外而言起步较晚,关键技术体系多为从德国、日本等国家引进后加以改进,在设计和施工过程中仍存在着诸如技术体系不完善(适应不良)、标准化低、基础研究不足、检测方法缺失、成本较高等缺点[17]。工程应用也缺少时间检验。虽然我国装配式建筑产业仍存在着各种问题,但自2010年以来,我国装配式技术的发展速度在逐渐增快。特别是在政府政策引导下,近期装配式技术研究呈井喷式发展。结合国内外各装配式建筑体系的优缺点、发展趋势、适用范围和我国装配式建筑产业发展现状,我国今后装配式建筑产业可从以下几方面发展:(1)政府或协会层面制定装配式统一标准,设计标准化、建筑模数化,提高构件模具利用率。(2)推动主体结构和内装分离的SI住宅体系发展,推广整体厨卫的工程应用。(3)加强多样化装配式结构体系基础研究。根据适用条件不同,低层、多层建筑可开发干式连接形式,高层及抗震要求严格的建筑宜采用湿式连接。新型装配式结构体系应用前必须进行充分的结构性能和抗震试验研究。(4)在重要建筑以及抗震等级要求高的建筑物中推广预制隔震垫及预制减震构件的使用。(5)生产、施工管理精细化,提高构件预制精度和施工精度。(6)鼓励绿色装配式技术发展。

作者:赵倩 单位:广州建筑产业研究院有限公司


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