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建築工業化的結構體係和關鍵技術
作者:預製建築網  來源:預製建築網  發布時間:2015年06月09日

建築工業化不僅是施工問題,而且與建築、結構設計關係也極大。設計是龍頭,應該為建築工業化創造條件,建築的結構體係施工,施工單位不能也無權決定或修改結構設計,就是一些建築構件做法也都要經過設計認可,因此要求設計單位應該把建築工業化揉在建築結構設計的全過程中,為建築工業化創造條件。設計成果的內容和深度是構件生產、施工階段對設計需求的結果。而在裝配式建築中,設計與生產又存在著不可分割的聯係:設計便於生產製造中成本降低;生產工藝改進促使設計靈活性提高,設計與工藝成為了一個互利互進的關鍵環節。

 

(一)工業化建築的設計分析

 

1、從構件生產工藝角度來看深化設計需考慮以下幾個環節:

1)構件詳圖:製作適合生產的構件詳圖,包括模板圖、配筋圖。

2)模具圖紙設計:符合模具設計的初步構件圖可以在構件外觀尺寸確定後提供,設計師根據需要可審核模具圖。

3)模具加工:盡量考慮模具使用的通用性及重複利用率。

4)工廠備料:設計確定構件的所有預埋件型號、外飾麵材料、門窗型號等。

5)綁筋、組模、預埋:構件圖中需明確表示配筋要求、預埋件的定位、防雷設置要求,注意位置避免互相幹涉打架。

6)混凝土澆築:構件圖需表達不同構件所用混凝土的標號。

7)脫模、養護:構件圖需表達脫模的吊點、吊具型號及位置。

 

2、從構件物流運輸角度來看深化設計需考慮以下幾個環節:

1)構件養護:是否達到脫模、起吊強度要求,要求達到設計強度75%以上。

2)成品堆放:構件詳圖明確構件編號、樓棟號、層號、軸線及構件順序,構件表麵噴塗相應信息。

3)成品質檢:對應構件詳圖檢驗鋼筋外露尺寸、構件尺寸等,發放合格證或準用證。

4)構件裝車:構件拆分尺寸考慮車輛寬度及載重要求,配備專用構件運輸架。

5)構件質量檢查:深化設計圖紙明確構件驗收標準。

 

(二)工業化建築的結構體係分析

工業化建築是指采用構配件定型生產的裝配施工方式,按照統一標準定型設計,在工廠內成批生產各種構件,然後運到工地,在現場以機械化的方法裝配而成的建築。

 

1)外牆掛板體係:

內牆用大模板以混凝土澆築,牆體內配鋼筋網架;外牆掛預製混凝土複合牆板,配以構造柱和圈梁。便於施工,加快進度,提高建築的工廠化加工,確保工程質量和不降低抗震能力的前提下節省建設投資。

 

預製部件:外牆、疊合樓板、陽台、樓梯、疊合梁

體係特點:豎向受力結構采用現澆,外牆掛板不參與受力,預製比例一般10%-50%,施工難度較低,成本較低。

適用高度:高層、超高層

適用建築:保障房、商品房、辦公建築

 

2)裝配式框架體係

預製裝配式框架結構體係是按標準化設計,根據結構、建築特點將柱、梁、板、樓梯、陽台、外牆等構件拆分,在工廠進行標準化預製生產,現場采用塔吊等大型設備安裝,形成房屋建築。

 

預製部件:柱、疊合梁、疊合樓板、陽台、樓梯等

體係特點:工業化程度高,內部空間自由度好,室內梁柱外露,施工難度較高,成本較高。

適用高度:60米以下

適用建築:公寓、辦公、酒店、學校等建築

 

3)裝配式剪力牆體係

“裝配剪力牆結構”是“裝配式混凝土結構”的一種類型,其定義是主要受力構件剪力牆、梁、板部分或全部由預製混凝土構件(預製牆板、疊合梁、疊合板)組成的裝配式混凝土結構。在施工現場拚裝後,采用牆板間豎向連接縫現澆、上下牆板間主要豎向受力鋼筋漿錨連接以及樓麵梁板疊合現澆形成整體的一種結構形式。

 

預製部件:剪力牆、疊合樓板,疊合梁、樓梯、陽台、空調板、飄窗、戶隔牆等

體係特點:工業化程度高,預製比例可達70%,房間空間完整,幾乎無梁柱外露,施工簡易,成本最低可與現澆持平、可選擇局部或全部預製,空間靈活度一般。

適用高度:高層、超高層

適用建築:保障房、商品房等

 

沈陽萬科和沈陽市政府合作建設萬科春河裏項目位於沈陽市青年公園附近,總建築麵積45萬平方米。按照土地招拍掛要求須采用裝配式施工方案,目前裝配式建築最高達為31層(96米),使用產品包括外牆板、內牆板、疊合樓板、樓梯、空調板、PCF等,項目於20117月開工。

 

4)裝配式框架-剪力牆體係:

預製部件:柱、剪力牆、疊合樓板,陽台,樓梯、戶隔牆等;

體係特點:工業化程度高,施工難度高,成本較高,室內柱外露,內部空間自由度較好。

適用高度:高層、超高層;

適用建築:商品房、保障房等。

 

(三)推進我國工業化的技術步驟

首先要發展工廠化和裝配化,因為在工廠製作可以改變生產條件,大大提高機械化和自動化水平,尤其是建築物量大麵廣的結構構件,宜盡量在工廠內生產(包括RC及鋼結構構件),但也必須從實際出發具體分析。

 

如建築外牆板(包括承重和圍護外牆板)在工廠內預製運至現場安裝,具有巨大優勢,可在工廠內一次製成裝飾結構和保溫三合一的外牆板運到現場安裝,外立麵即可完工亮相,大大減少了施工工序、勞動力、多次外腳手架的搭拆和長時期的高空危險作業,減少現場作業,消滅了砌築、抹灰等笨重體力勞動,加快工程進度,做到現場文明綠色施工。

 

內承重牆(剪力牆)則完全不同,近年來普遍采用的大模板、鋼筋點焊網片、商品混凝土和混凝土泵及布料杆等,除振搗外幾乎全部都是機械作業,機械化水平已經很高了,這套工藝已經達到了工業化施工水平,還有利於抗震,減少由於牆體裝配連接帶來的一係列複雜工藝,所以現澆混凝土工藝不一定不是建築工業化。

 

至於非承重內隔牆還是采用預製輕質混凝土圓孔條板,也不排除整塊預製牆板在結構施工時插入。

 

關於RC樓板的工藝在地震區還是采用疊合樓板,以解決牆板節點整體性問題,在非地震區仍可采用預製樓板,但需改進牆體與樓板的節點現澆。樓板施工重點要解決模板工藝,因模板大量消耗木材等物資資源,又費工、費時,改革模板工藝就可以在RC樓板施工的工業化方麵邁進一步,至於現澆樓板、剪力牆等鋼筋施工,應采取工廠預製的點焊鋼筋網片,鋼筋成型加工一律由工廠生產。

 

近幾年我國已大規模在眾多高層或超高層工程的核心筒部位推廣了液壓爬模,這也是一種模板工業化施工很好的體係,建議以後還應該在RC剪力牆結構的高層住宅建築中推廣應用。

 

對於一些小型構件如樓梯、陽台等更應該全麵采用預製裝配工藝,減少現場作業。

 

RC無梁樓蓋也是“建築工業化”的重要體係之一。新規範對這種體係在地震區進行了限製(高度不超過30m),這種體係30年前就在美國大量推廣,可見其優勢,其施工特點是樓板可采用工具式大型飛模,樓板鋼筋采用點焊網片,外牆為輕質掛板,內隔斷為輕鋼龍骨石膏板,RC柱子采用快速整體支、脫模。這種體係除外牆板是預製裝配、內隔牆是幹作業外幾乎全是現澆RC構件,但其工業化施工水平卻是非常高的。

 

RC框架結構實現工業化施工,宜先從三合一預製裝配外牆板,剪力牆采用大模板快速整體支、拆柱模,RC疊合樓板和預製裝配內隔牆(或幹作業)等方麵抓起。

 

總之,RC結構施工要實行工業化還是采用預製裝配與現場現澆相結合的施工工藝,尤其是地震區和高層建築,這要從我國實際出發,建築工業化不在於預製裝配或現場現澆,關鍵是要提高勞動效率和機械化水平。

 

在裝飾、機電施工工業化方麵,總的精神是取消或大大減少現場濕作業、消除砌築抹灰等強體力勞動,減少手工作業,最大程度地實行工廠預製、現場組裝的工藝。

 

門窗全部在工廠製作並組裝成整體運至現場整體安裝,外門窗也要在預製外牆板的生產廠內安裝完成後再出廠。

 

衛浴、廚房宜采取標準模數式設計,采用標準部配件和定型設備,有條件最好采用廁、廚匣子結構,在廠內整套組裝好後運至現場整體安裝。

 

裝飾和機電雖然工作量不如結構大,但品種複雜,工序頻繁,相互交錯,並且不少項目在工廠內預製有諸多不便,需進一步探索。

 

(四)工業化關鍵技術研究

1.PC牆體

在許多發達國家由於人工成本很高,工業化生產的住宅不但品質好、施工速度快,甚至比傳統的現場施工造價更低,其成熟的技術已經得到廣泛的認可,並逐漸成為住宅生產的主流方式,其中用預製混凝土構件(Precastcomponents,簡稱PC)建設的PC住宅以優良的性能在不同國家受到普遍歡迎。

 

建築的預製構件是實現建築工業化生產的基礎構件,是半成品,如板、梁、板牆、樓梯、住宅單元等。

 

預製混凝土外牆(PC外牆)板模板主要采用鋼模,鋼筋加工後整體綁紮,然後調到模板內安裝,混凝土澆築後進行整體養護。生產過程中的模具清潔、鋼筋加工成新、麵磚粘貼、窗框安裝、預埋件固定、混凝土施工即蒸汽養護、拆模搬運等工序均采用工廠式流水施工,每個工種都由相對少數固定的嫻熟工人實施操作。

 

與傳統的現澆結構相比,預製混凝土結構整體現澆的外板,保證了結構構件連接的整體性、連續性,不會因不同材料熱膨脹係數之間的差異而引起的磚牆與混凝土接縫處開裂,導致滲水的現象。但是另一方麵,由於眾多板塊拚接,勢必會產生預製板牆之間的水平縫和豎向縫等縱橫交錯的板塊拚縫,從而有可能產生滲漏現象。

 

2.PC外牆防水技術

常見的外牆拚接防水技術有三種,一般采用構造與材料防水相結合的方式:

 

1)水平拚縫排水;

2)垂直拚縫排水;

3)預製窗板窗框防水。

 

水平拚縫防水:

在水平拚縫防水技術中常見的防水措施有三種:

1)材料密封防水做法;

2)采用物理防水的方式――空腔構造防水排水;

3)為空心密封條防水。

 

1.)水平拚縫:最外側可采用材料密封防水的做法,將最外層作為材料密封防水層,可選用耐候矽膠等高分子密封膠將拚縫最外側密封,直接阻止水氣進入接縫。拚縫中部是構造形成的空腔,采用的防水方式是分別在上下兩塊預製混凝土牆板相應的部位設置凹槽,這樣在兩塊板牆拚接時就會形成一個內高外低的空腔。同時可以在空腔的下部也就是在下塊板的頂部設置一個排水槽,並將排水管設置在排水槽的近端垂直拚縫底部。在預製牆板的拚接內側采用的防水措施是在內側設置空心橡膠止水條。

 

2.)垂直拚縫防水:垂直拚縫防水措施就是設置豎向空腔。節點豎向空腔可以有效的防止水流向內側,同時也可以通過下部設置的排水管排出流入水平空腔的水。為了使防水更加的安全有效、阻擋滲入的水汽,可以在空心橡膠止水條後部設置現澆混凝土結構。

 

3.)預製窗板窗框防水:采用鋁合金窗框與預製混凝土板澆灌的方法,將PC外牆的外門窗框直接預埋於預製混凝土板中,鋁合金窗框與混凝土牆體被一次性製作成一個整體,從工藝上解決了外門窗的滲透問題,大大提高防水性能並可以有效的減少施工現場工程量,同時也提升了房屋的性能,改善了客戶的居住質量。

 

3.PC外牆尚未解決的難點問題

雖然目前PC牆體得到廣泛的認可,應用範圍也在逐漸的擴大,但仍然存在許多問題尚未解決:

 

1)就PC牆而言國內技術的整個係統並未能達到工業化的標準。建築工業化需要一個完整的設計、生產、運輸、施工安裝、後期維護的產業係統。每個環節,環環相扣並需要相應的技術、人才及法律法規的相互配合。但國內在這些方麵還隻是初期階段。就開發研究需要強大的技術和資金支持就這一項目而言,國內現在不管從政府還是企業都還在探討和博弈中。

 

2)成本方麵的較量:國內廉價的“人口福利”雖然在快速消失,但在建築這一勞動密集型產業中,畢竟有著強大的勞動力基礎。比起花大價錢建造PC牆體的生產場地、從國外進口生產線、高標準的技術人才、運輸費用及吊裝所需設備及安裝限製等,砌塊牆體所需要的運輸、安裝、養護及技術方麵所需的投入就倍顯其現階段的優勢――所以還是市場限製其發展。

 

3)防火及防水配件不成熟:現在國內使用的防火材料不太能滿足PC牆體與樓板之間的防火要求及牆體變形要求。還有就是PC牆體四周都需防水膠條,但國內產品一般太易老化,大大降低了PC牆體係統的防水能力,並且膠條的使用周期和PC牆體的使用周期還存在嚴重不匹配的問題。

 

4)設計及施工技術的轉型未完成:由於國內近30年粗糙的設計要求及粗礦型的施工方法使得國人對精細化和人性化的建築環境暫時還沒有更高的要求。但是隨著人們對自己身處環境認知程度的不斷提升,對生活質量的無止追求,建築的“產品”性將慢慢體現出來。

 
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