裝配式建筑何以成為國(guó)家戰(zhàn)略？

2019-06-15
作為一名建筑工程師

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那你的想法可能即將變成現(xiàn)實(shí)

下面跟大家淺談一下裝配式建筑
 
 
我國(guó)為什么要發(fā)展裝配式建筑？
 
城市化發(fā)展
 
改革開(kāi)放后，大批農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力涌向城市，城市化極速發(fā)展，且人類平均壽命延長(zhǎng)，人口總量迅速上升，居住問(wèn)題日益突出。

 

 
▲ 大批農(nóng)村人口涌向城市


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(dòng)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
 


勞動(dòng)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(huì)變成一種昂貴的資源，勞動(dòng)力成本會(huì)不斷上漲。

 

 
▲ 我國(guó)制造業(yè)平均工資漲幅
 


對(duì)建筑質(zhì)量與可靠度的需求提升

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的上升，從今年國(guó)家對(duì)《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(duì)建筑工程建設(shè)的要求只會(huì)越來(lái)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(shì)。

 

 
▲ 裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)

 
一帶一路

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

 

 
▲  我國(guó)首艘30萬(wàn)噸VLCC貨輪“遠(yuǎn)大湖號(hào)”

 
節(jié)能環(huán)保與綠色施工

傳統(tǒng)建筑行業(yè)會(huì)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(chǎng)生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)拼裝的模式將會(huì)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(chǎng)
 

 
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。
 
 
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(guó)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(shì)，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?，F(xiàn)今的木結(jié)構(gòu)體系大致分為以下4類。

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。
 
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(guò)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(chǎng)館。
 
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。

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(guò)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)。

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(guó)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(wèn)題。且木材自身就是一種可燃材料，建筑防火問(wèn)題突出。
 
 
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(wèn)世，位于美國(guó)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(guò)多年發(fā)展，下面列舉幾個(gè)裝配式鋼結(jié)構(gòu)的類型：

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(lái)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(chǎng)很受歡迎，超過(guò)一半的新增低層住宅采用輕型鋼結(jié)構(gòu)。
 
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)。
 
束筒鋼結(jié)構(gòu)裝配式體系

長(zhǎng)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。
 
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(duì)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(wèn)題。
 
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(shù)一幟，向裝配式建筑方向發(fā)展也具有先天優(yōu)勢(shì)。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(duì)面大量廣的住宅建筑還存在一定的應(yīng)用局限性。
 
 
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(guó)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(dòng)了人類建筑工程的發(fā)展。戰(zhàn)爭(zhēng)、災(zāi)難、城市化推動(dòng)著西方國(guó)家率先發(fā)展起了裝配式混凝土建筑。以下介紹國(guó)內(nèi)外的裝配式混凝土建筑發(fā)展?fàn)顩r。

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(kāi)始了建筑工業(yè)化之路。第二次世界大戰(zhàn)后，由于勞動(dòng)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(wú)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(cè)，對(duì)推動(dòng)預(yù)制混凝土在全世界的應(yīng)用起到了非常重要的作用。
 

北美地區(qū)裝配式混凝土建筑

北美的美國(guó)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(cè)，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(chǎng)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。
 
日本和韓國(guó)裝配式混凝土建筑

日本和韓國(guó)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）。
 
我國(guó)裝配式混凝土建筑

借鑒了國(guó)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(jiǎn)稱PC結(jié)構(gòu)）在國(guó)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(chǎng)，通過(guò)套筒灌漿連接組裝而成。在國(guó)家的號(hào)召下，各省也大力推動(dòng)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)。

 
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(duì)來(lái)說(shuō)更為符合我國(guó)國(guó)情的要求。目前國(guó)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(guó)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(wèn)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(duì)位困難；體外灌漿的質(zhì)量在檢測(cè)手段上需要進(jìn)一步的深入研究；我國(guó)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(wèn)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
 
>>  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(wèn)題。
 
>>  簡(jiǎn)化裝配式建筑構(gòu)件的安裝，提高功效，真正做到又好又快。
 
>>  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。
 
 
結(jié)語(yǔ)
 
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，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(kāi)拓新思路才能更快迎來(lái)裝配式建筑的春天。