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国内外装配式建筑发展现状

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-06-19  来源:中国混凝土网  作者:顾泰昌
核心提示:预制装配式建筑即集成房屋是将建筑的部分或全部构件在工厂预制完成,然后运输到施工现场将构件通过可靠的连接方式组装而建成的房屋。在欧美及日本被称作产业化住宅或工业化住宅。

中国建筑标准设计研究院有限公司副总工程师 顾泰昌


预制装配式建筑即集成房屋是将建筑的部分或全部构件在工厂预制完成,然后运输到施工现场将构件通过可靠的连接方式组装而建成的房屋。在欧美及日本被称作产业化住宅或工业化住宅。


预制装配式房屋主要分为三大开发模式

●  预制钢筋混凝土结构

●  轻钢结构

●  预制集装箱房屋


具体来说:


(1)预制钢筋混凝土结构预


制装配式混凝土结构是以预制混凝土构件为主要构件,经装配、连接,结合部分现浇而形成的混凝土结构。PC构件是以构件加工企业工厂化制作而形成的成品混凝土构件。PC 住宅具有高效节能、绿色环保、降低成本、提供住宅功能及性能等诸多优势。


(2)轻钢结构


轻钢房屋具有自重轻、跨度大、抗风抗震性能好、保温隔热、隔声等各项指标卓越的特点,是一种高效、节能、环保、符合可持续发展方针的绿色建筑体系。适用于别墅、多层住宅、度假村等民用建筑及建筑加层、屋顶平改坡等。可预拼装墙体包括事先安装好的外墙围护、保温和窗户。


(3)预制集装箱房屋


以集装箱为基本模块,采用制造模式,在工厂内以流水线制造完成各模块的结构建造和内部装修后再运输到工程现场,按不同的用途与功能快速组合成风格各异的房屋建筑。


国内外装配式建筑现状


(1)美国装配式建筑


美国在上世纪 70 年代能源危机期间开始实施配件化施工和机械化生产。美国城市发展部出台了一系列严格的行业标准规范,一直沿用至今,并与后来的美国建筑体系逐步融合。美国城市住宅结构基本上以工厂化、混凝土装配式和钢结构装配式为主,降低了建设成本,提高了工厂通用性,增加了施工的可操作性。


总部位于美国的预制与预应力混凝土协会 PCI 编制的《PCI 设计手册》,其中就包括了装配式结构相关的部分。该手册不仅在美国,而且整个国际上也是具有非常广泛的影响力的。从 1971 年的第一版开始,PCI 手册已经编制到了第 7 版,该版手册与 IBC 2006、ACI 318-05、ASCE 7-05等标准协调。除了 PCI 手册外,PCI 还编制了一系列的技术文件,包括设计方法、施工技术和施工质量控制等方面。


(2)欧洲装配式建筑


法国 1891 年就已实施了装配式混凝土的构建,迄今已有 130 年的历史。法国建筑工业化以混凝土体系为主,钢、木结构体系为辅,多采用框架或板柱体系,并逐步向大跨度发展。近年来,法国建筑工业化呈现的特点是:


(1) 焊接连接等干法作业流行 ;


(2) 结构构件与设备、装修工程分开,减少预埋,使得生产和施工质量提高 ;


(3) 主要采用预应力混凝土装配式框架结构体系,装配率达到 80%,脚手架用量减少 50%,节能可达到 70%。


德国的装配式住宅主要采取叠合板、混凝土、剪力墙结构体系,剪力墙板、梁、柱、楼板、内隔墙板、外挂板、阳台板等构件采用构件装配式与混凝土结构,耐久性较好。众所周知,德国是世界上建筑能耗降低幅度发展最快的国家,直至近几年提出零能耗的被动式建筑。从大幅度的节能到被动式建筑,德国都采取了装配式的住宅来实施,这就需要装配式住宅与节能标准相互之间充分融合。


瑞典和丹麦早在 20 世纪 50 年代开始就已有大量企业开发了混凝土、板墙装配的部件。目前,新建住宅之中通用部件占到了 80%,既满足多样性的需求,又达到了 50% 以上的节能率,这种新建建筑比传统建筑的能耗有大幅度的下降。


丹麦是一个将模数法制化应用在装配式住宅的国家,国际标准化组织 ISO 模数协调标准即以丹麦的标准为蓝本编制。故丹麦推行建筑工程化的途径实际上是以产品目录设计为标准的体系,使部件达到标准化,然后在此基础上,实现多元化的需求,所以丹麦建筑实现了多元化与标准化的和谐统一。


1975 年,欧洲共同体委员会决定在土建领域实施一个联合行动项目。项目的目的是消除对贸易的技术障碍,协调各国的技术规范。在该联合行动项目中,委员会采取一系列措施来建立一套协调的用于土建工程设计的技术规范,最终将取代国家规范。1980 年产生了第一代欧洲规范,包括EN 1990—EN 1999(欧洲规范 0—欧洲规范 9)等。1989年,委员会将欧洲规范的出版交予欧洲标准化委员会,使之与欧洲标准具有同等地位。其中 EN 1992-1-1(欧洲规范2)的第一部分为混凝土结构设计的一般规则和对建筑结构的规则,是由代表处设在英国标准化协会的《欧洲规范》技术委员会编制的,另外还有预制构件质量控制相关的标准,如《预制混凝土构件质量统一标准》EN 13369等。


总部位于瑞士的国际结构混凝土协会 FIB 于 2012 年发布了新版的《模式规范》MC 2010。模式规范 MC90 在国际上有非常大的影响,经历 20 年,汇集了 5 大洲 44 个国家和地区的专家的成果,修订完成了 MC 2010。相较于MC 90,MC 2010 的体系更为完善和系统,反映了混凝土结构材料的最新进展及性能优化设计的新思路,将会起到引领的作用,为今后的混凝土结构规范的修订提供一个模式。MC 2010 建立了完整的混凝土结构全寿命设计方法,包括结构设计、施工、运行及拆除等阶段。此外,FIB 还出版了大量的技术报告,为理解模式规范 MC 2010 提供了参考,其中与装配式混凝土结构相关的技术报告,涉及了结构、构件、连接节点等设计的内容。


(3)日本装配式建筑


日本1968 年提出装配式住宅的概念。在1990 年的时候,他们采用部件化、工厂化生产方式,高生产效率,住宅内部结构可变,适应多样化的需求。而且日本有一个非常鲜明的特点,从一开始就追求中高层住宅的配件化生产体系。这种生产体系能满足日本的人口比较密集的住宅市场的需求,更重要的是,日本通过立法来保证混凝土构件的质量,在装配式住宅方面制定了一系列的方针政策和标准,同时也形成了统一的模数标准,解决了标准化、大批量生产和多样化需求这三者之间的矛盾。


日本的标准包括建筑标准法、建筑标准法实施令、国土交通省告示及通令、协会(学会)标准、企业标准等,涵盖了设计、施工等内容,其中由日本建筑学会 AIJ 制定的装配式结构相关技术标准和指南。1963 年成立日本预制建筑协会在推进日本预制技术的发展方面做出了巨大贡献,该协会先后建立 PC 工法焊接技术资格认证制度、预制装配住宅装潢设计师资格认证制度、PC 构件质量认证制度、PC 结构审查制度等,编写了《预制建筑技术集成》丛书,包括剪力墙预制混凝土(W-PC)、剪力墙式框架预制钢筋混凝土(WR-PC)及现浇同等型框架预制钢筋混凝土(R-PC)等。


(4) 新加坡装配式建筑


新加坡开发出 15 层到 30 层的单元化的装配式住宅,占全国总住宅数量的 80% 以上。通过平面的布局,部件尺寸和安装节点的重复性来实现标准化以设计为核心设计和施工过程的工业化,相互之间配套融合,装配率达到70%。


目前国内装配式建筑发展较好的城市


沈阳:标准配套齐全,引进的技术论证严谨, 结构类型品种较多,构件厂设备自动化程度高。完成了《预制混凝土构件制作与验收规程》等 9 部省级和市级地方技术标准。


北京、上海:有政府出台配套优惠政策作保证,标准配套基本齐全,部分装配的剪力墙结构的技术成熟。北京出台了混凝土结构产业化住宅的设计、质量验收等 11 项标准和技术管理文件;上海已出台 5 项且正在编制 4 项地方标准和技术管理文件。


深圳:工作开展的较早,装配式建筑面积较多,构件质量高,编制了产业化住宅模数协调等 11 项标准和规范。


江苏:结构体系品种齐全,部品的工业化工作同时开展。合肥:近年来政府推动力度较大。


装配式建筑标准化现状


现行国家标准(部分)

工程建设国家标准《建筑模数协调标准》GB/T50002-2013

工程建设国家标准《木结构设计规范》GB50005-2003 及局部修订

工程建设国家标准《胶合木结构技术规范》GB/T50708-2012

工程建设国家标准《木结构工程施工质量验收规范》GB50206-2012

工程建设国家标准《木结构工程施工规范》GB/T50772-2012

工程建设国家标准《木结构试验方法标准》GB/T50329-2012

国家产品标准《建筑物的性能标准 预制混凝土楼板的性能试验 在集中荷载下的工况》 GB/T 24497-2009

国家产品标准《预应力混凝土肋形屋面板》 GB/T16728-2007

国家产品标准《叠合板用预应力混凝土底板》 GB/T16727-2007

国家产品标准《预应力混凝土空心板》 GB/T 14040-2007

国家产品标准《乡村建设用混凝土圆孔板和配套构件》GB 12987-2008

国家产品标准《灰渣混凝土空心隔墙板》 GB/T23449-2009

国家产品标准《建筑隔墙用保温条板》 GB/T 23450-2009

国家产品标准《建筑用轻质隔墙条板》 GB/T 23451-2009

国家产品标准《建筑用金属面绝热夹芯板》 GB/T23932-2009

国家产品标准《钢筋混凝土大板间有连接筋并用混凝土浇灌的键槽式竖向接缝 实验室力学试验 平面内切向荷载的影响》 GB/T 24496-2009

国家产品标准《承重墙与混凝土楼板间的水平接缝 实验室力学试验 由楼板传来的垂直荷载和弯矩的影响》 GB/T 24495-2009

国家产品标准《建筑墙板试验方法》 GB/T 30100-2013

国家产品标准《建筑门窗洞口尺寸协调要求》 GB/T30591-2014

国家产品标准《住宅卫生间功能及尺寸系列》 GB/T11977-2008

国家产品标准《住宅厨房及相关设备基本参数》 GB/T11228-2008

国家产品标准《住宅部品术语》 GB/T 22633-20082.


现行行业标准

工程建设行业标准《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014

工程建设行业标准《住宅厨房模数协调标准》JGJ/T262-2012

工程建设行业标准《住宅卫生间模数协调标准》JGJ/T263-2012

工程建设行业标准《预制带肋底板混凝土叠合楼板技术规程》JGJ/T258-2011

工程建设行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》JGJ227-2011

工程建设行业标准《预制预应力混凝土装配整体式框架结构技术规程》JGJ224-2010

工程建设行业标准《混凝土预制拼装塔机基础技术规程》JGJ/T197-2010

工程建设行业标准《轻型钢结构住宅技术规程》JGJ209-2010

行业产品标准《住宅轻钢装配式构件》JG/T182-2008

行业产品标准《住宅内用成品楼梯》JG/T405-2013

行业产品标准《住宅整体卫浴间》JG/T183-2011

行业产品标准《住宅整体厨房》JG/T184-2011


装配式建筑存在的问题


(1)技术体系仍不完备


目前行业发展热点主要集中在装配式混凝土剪力墙住宅,框架结构及其他房屋类型的装配式结构发展并不均衡,无法支撑整个预制混凝土行业的健康发展。目前国内装配式剪力墙住宅大多采用底部竖向钢筋套筒灌浆或浆锚搭接连接,边缘构件现浇的技术处理,其他技术体系研究尚少,应进一步加强研究。


(2)装配式结构基础性研究不足


国内装配式剪力墙,钢筋竖向连接、夹心墙板连接件两个核心应用技术仍不完善。作为主流的装配剪力墙竖向钢筋连接方式,套筒灌浆连接相当长一段时间内作为一种机械连接形式应用,但在接头受力机理与性能指标要求、施工控制、质量验收等方面对三种材料(钢筋、灌浆套筒、灌浆料)共同作用考虑不周全。夹心墙板连接件是保证“三明治”夹心保温墙板内外层共同受力的关键配件。连接件产品设计不仅要考虑单向抗拉力,还要承受夹心墙板在重力、风力、地震力、温度等作用下传来的复杂受力,且长期老化、热涨收缩等性能要求很高,还需进一步加强研究。


(3)标准规范支撑不够


标准规范在建筑预制装配化发展的初期阶段其重要性已被全行业所认同。但由于建筑预制装配化技术标准缺乏基础性研究与足够的工程实践,使得很多技术标准仍处于空白,亟需补充完善。

 
 
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