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【综述】什么是装配式建筑?
作者:  来源:知乎网  上传:2022-09-05  点击:460

前 言

  装配式建筑是以构件工厂预制化生产,现场装配式安装为模式,以标准化设计、工厂化生产、装配化施工,一体化装修和信息化管理为特征,整合从研发设计、生产制造、现场装配等各个业务领域,实现建筑产品节能、环保、全周期价值最大化的可持续发展的新型建筑生产方式。

  装配一词最早使用于机械领域,指将零件按规定的技术要求组装起来,并经过调试、检验使之成为合格产品的过程。简单地讲就是把零部件组装成一个整体的过程。

  沿用到建筑领域,装配式建筑可以简单地理解为:把建筑的各个部分在现场进行直接组装而成的建筑。一栋建筑,大到上海中心、哈利法塔,小到自家祖上传下来的两层小楼,其最基本的组成部件无非是:基础、柱、梁、楼板、楼梯等几个主要部分。要实现建筑各构件的现场组装,前提条件是这些构件必须提前在工厂生产好,简称预制。所以很多时候,装配式建筑又被称作为预制建筑或者建筑工业化。


预制混凝土柱


预制混凝土梁


预制楼梯

  当然,一栋建筑远不止这么简单。梁、板、柱等只是建筑的结构部分,相当于一个人的骨骼。一栋功能完整的建筑还离不开外围护系统(皮肤);设备管线系统(血液)等等。所以装配式建筑也并不仅仅涉及结构的装配,还涉及到其他相当多专业的装配或者配合问题,是一个非常复杂而系统的工程。

装配式建筑的历史

  建国初期,在前苏联帮助下,掀起了一个大规模工业化建设高潮。从前苏联搬、抄了单层工业厂房体系。该体系中的柱、吊车梁、人字形屋架和薄腹屋面梁、槽型屋面板、天沟板和槽,均采用预制生产,围护结构多为砖砌体。在这个年代构件的预制生产大多是在工程现场,且多为非预应力构件,技术水平不高,质量也不稳定。

  1950s,新中国首次提出了建筑工业化的口号,当时建筑工业化的主要内容就是指构件的工业化生产。经过十年建设,我国国民经济不仅恢复、而且有了较大发展,也在此期间,我国在苏联帮助下,在清华大学、原南京工学院、同济大学、天津大学和哈尔滨建筑工程学院等高等院校,专门设立了混凝土制品构件本科专业。

  1960s,工业建筑的主要构件已是工厂化集中生产,构件质量明显提高;特别是预应力技术在钢筋混凝土预制构件企业得到推广应用,不但节省了原材料,还提高了构件的性能。

  1970s~1980s,国民经济的高速发展, 促成了我国装配式钢筋混凝土建筑、部分装配式混合建筑和构件预制生产,获得空前的发展机遇,达到了行业一个辉煌的峰值。但在构件类型和生产原理方面并没有重大突破。值得一提的是:以高强钢丝和钢绞线为代表的高效预应力钢材,在预应力混凝土构件生产中开始得到推广应用。

  1990s,进入九十年代后,由于(部分)装配式建筑自身有许多问题,主要可用“热、裂、漏“来概括,和现浇结构相比,这些问题更显突出。于是现浇结构几乎全部替代了装配式结构。


1959年,12层的北京民族饭店首次采用预制装配式框架-剪力墙结构

  现阶段装配式技术相比之前取得了明显的进步,主要体现在以下几个方面:

  ▲设计概念的的进步

  上世纪
  ●认可接缝对装配式混凝土结构刚度的影响,计算中有许多折减
  ●强调全装配,尽量减少现场湿作业
  ●通过强调墙体的规则布置实现结构的整体性能,建筑的多样化受到较大的限制,体型及立面单一化
  ●仅适用于小开间的居住建筑
  ●没有强调部品的工业化

  现阶段
  ●装配式混凝土结构强调等同现浇混凝土,计算简图与现浇混凝土基本相同
  ●强调预制与现浇相结合,更注重装配式结构的整体性能
  ●在标准化的基础上,通过合理的结构构造,和饰面材料和质感的变化,实现建筑的多样。化,对建筑师的限制较少
  ●同时适用居住建筑和公共建筑
  ●强调了部品的工业化

  ▲材料及施工机具的进步

  上世纪
  ●多层建筑采用少筋混凝土墙板 ,高层建筑采用钢筋混凝土墙板
  ●水平缝中受力钢筋的竖向连接主要依靠预留销键中的搭接焊
  ●垂直缝中的水平钢筋的连接主要依靠销键和钢筋锚环,仅接缝处有少量现浇混凝土,无边缘构件的要求
  ●接缝的界面为光滑面
  ●楼板采用全预制大板

  现阶段
  ●全部要求采用钢筋混凝土墙板
  ●水平缝中受力钢筋的竖向连接主要依靠灌浆套筒
  ●垂直缝中的水平钢筋的连接在采用销键和钢筋锚环的同时,根据抗震规范增加边缘构件的要求
  ●接缝的界面为光滑面增加抗剪粗糙面的要求
  ●楼板采用主要推荐采用带有桁架钢筋或砼肋的叠合楼板

  ▲实现设计技术和施工技术的进步

  上世纪
  ●手工业的设计技术;
  ●工厂生产线上手工业的操作方式;
  ●吊车最大吨位数小;
  ●用工人数5000人-20余万平方米

  现阶段
  ●BIM技术的引进
  ●工厂生产线上机器手和电脑自动控制程序的引进
  ●吊车最大吨位数2000T-m
  ●用工人数100人-20余万平方米

装配式建筑的优势

  ●保证工程质量。传统的现场施工受限于工人素质参差不齐,质量事故时有发生。而装配式建筑构件在预制工厂生产,生产过程中可对温度、湿度等条件进行控制,构件的质量更容易得到保证。
  ●降低安全隐患。传统施工大部分是在露天作业、高空作业,存在极大的安全隐患。装配式建筑的构件运输到现场后,由专业安装队伍严格遵循流程进行装配,大大提高了工程质量并降低了安全隐患。
  ●提高生产效率。装配式建筑的构件由预制工厂批量采用钢模生产,减少脚手架和模板数量,因此生产成本相对较低,尤其是生产形式较复杂的构件时,优势更为明显; 同时省掉了相应的施工流程,大大提高了时间利用率。
  ●降低人力成本。目前我国建筑行业劳动力不足、技术人员缺乏、工人整体年龄偏大、成本攀升,导致传统施工方式难以为继。装配式建筑由于采用预制工厂施工,现场装配施工,机械化程度高,减少现场施工及管理人员数量近10 倍。节省了可观的人工费,提高了劳动生产率。
  ●节能环保,减少污染。装配式建筑循环经济特征显著,由于采用的钢模板可循环使用,节省了大量脚手架和模板作业,节约了木材资源。此外,由于构件在工厂生产,现场湿作业少,大大减少了噪音。

装配式建筑的分类

  从结构材料分类,装配式建筑大体可以分为:装配式混凝土体系(PC)、装配式钢结构体系、装配式木结构体系。

  1.装配式混凝土
  常见的装配式混凝土体系:
  ●外挂内浇PCF(预制装配式外挂墙板)剪力墙体系
  ●双面叠合板式剪力墙体系
  ●全装配整体式剪力墙体系
  ●装配式框架-现浇剪力墙体系
  ●全装配整体式框架体系
  ●提拔体系


装配式混凝土-双面叠合板式剪力墙体系


装配式混凝土-框架体系


装配式混凝土-提拔体系

  2.装配式钢结构
  常见的装配式钢结构体系
  ●钢框架结构体系
  ●钢框架-支撑结构体系
  ●钢框架-延性墙板结构体系
  ●交错桁架结构体系
  ●门式刚架结构体系
  ●低层冷弯薄壁型钢结构体系
  ●分层装配式结构体系
  ●钢管束结构体系
  ●其他新型结构体系


装配式钢结构-框架体系


装配式钢结构-低层冷弯薄壁型体系


装配式钢结构-分层装配式结构体系

  3.装配式木结构


日本木结构高层


加拿大木结构别墅


江苏园博会

装配式建筑的发展瓶颈

  先期成本提高的瓶颈
  ●初期建造成本提高,根本原因是企业还没有完全掌握技术,没有专业队伍和熟练工人,没有建立现代化企业管理模式,企业做好了这些准备,成本自然会降下来。

  行业管理体制的瓶颈
  ●工业化生产方式与现行的管理体制机制不相适应是发展的现实,设计、生产、施工、监理等环节都发生移位,主体责任范围都将发生变化。

  建筑企业管理运行机制的瓶颈
  ●传统的企业运行管理模式根深蒂固,各自为战、以包代管、层层分包的管理模式严重束缚了产业化的发展,必须要打破。

  生产活动过程中利益链的瓶颈
  ●传统的生产方式早已形成了固有的利益链,要在工程总承包(EPC)管理模式下,形成新的利益分配机制。

装配式建筑的成本

  装配式混凝(PC)土建筑
  目前装配式混凝土建筑的建筑成本是高于传统建筑,主要原因如下:

  1、上下游供应商资源不足,未形成市场竞争
  ●预制构件及部品的生产商太少,生产能力也还不够。
  ●总承包企业往往不同时具备生产和装配的能力。
  ●有成熟经验和技术能力的施工单位寥寥无几。
  ●有PC建筑全过程(含深化)设计经验的设计单位很少。
  ●配套连接件、临时支撑、钢筋套筒及灌浆料等供应商不足。
  ●运输设备、吊装设备等专用配套设施的生产商不多。
  ●具备质量检测和产品检验能力的机构还没有在全国建立。

  2、设计标准化程度不高,未体现出规模化效应
  ●设计单位大多不熟悉模数化、标准化、工业化的设计方法。
  ●设计尚不适应主体结构、装修和设备管线的装配化集成技术。
  ●设计模数化、标准化与建筑立面多样化和美观要求往往是冲突的。
  ●主体设计单位对PC的制作、运输、安装等产业链了解程度低。
  ●PC方案策划及构件深化未前置,导致后期构件拆分及节点设计困难。
  ●建设方习惯了传统设计管理流程,“边决策、边设计、边修改”使得PC深化和制作工作难以展开。
  ●设计后期变更在模数化、标准化、一体化的设计中未严格控制。

  3、钢筋及混凝土用量增加:
  ●构件拆分后拼接部位连接钢筋和加强钢筋增加。
  ●夹芯保温外页墙增加了钢筋及混凝土用量。
  ●叠合板、叠合墙、预制梁、预制柱等尺寸大于现浇。
  ●叠合楼板、叠合剪力墙的桁架筋增加用钢量。
  ●钢筋连接及夹芯墙板的内、外页墙之间的连接件费用较高。
  ●临时支撑、运输、吊装、就位等增加了施工安装费用。
  ●定型钢模板以及各种预埋件、吊环等增加了制作成本。
  ●预制构件或部品作为建筑产品,需要交纳17%的增值税。

  装配式混凝土建筑的成本分析
  ●随着产业化住宅量逐年提高,其建安成本将逐年下降。
  ●预计未来2~3年可实现与传统住宅建造成本持平。


装配式建筑成本-时间曲线

装配式建筑规范及行业标准

  装配式混凝土系列图集
  ●《预制混凝土剪力墙外墙板》15G365-1
  ●《预制混凝土剪力墙内墙板》15G365-2
  ●《桁架钢筋混凝土叠合板(60mm厚底板)》15G366-1
  ●《预制钢筋混凝土板式楼梯》 15G367-1
  ●《预制钢筋混凝土阳台板、空调板及女儿墙》 15G368-1
  ●《装配式混凝土结构住宅建筑设计示例(剪力墙结构)》15J939-1
  ●《装配式混凝土结构表示方法及示例(剪力墙结构)》 15G107-1
  ●《装配式混凝土结构连接节点构造(楼盖和楼梯)》 G310-1~2

  装配式混凝土系列规范(建筑+结构)
  ●《装配式钢结构建筑技术标准》 GB/T 51232-2016
  ●《装配式混凝土结构建筑技术标准》 GB/T51231-2016
  ●《装配式混凝土结构技术规程》 JGJ1-2014

  装配式建筑系列标准应用实施指南
  ●《装配式建筑系列标准应用实施指南2016(钢结构建筑)》
  ●《装配式建筑系列标准应用实施指南2016(混凝土结构建筑)》

 

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