建筑工业化与新型装配式结构施工

1建筑工业化与新型装配式混凝土结构施工张原华南理工大学土木与交通学院Email:[e-mail]:130020857602建筑——施工建造？制造？新型装配式建筑在一些发达国家是大众化产品，预期到2020年我国将有相当数量的新型装配式建筑。一、概述3前段时间媒体报道：以中央空调起家的远大集团，在2013年7月20日在长沙望城，世界第一高楼“天空城市”进行了开工典礼，838米高度、地面202层，地下6层，比目前世界第一高楼多40层。建筑面积105万平方米，预计造价约90亿元。究竟是三个月建成、还是七个月建成，“天空之城”从一开始就有各种传言出来，7月20日远大科技集团总裁张跃给出答案：地下六个月，地上四个月。该项目计划明年1月完成基础施工，4月封顶。24小时：7层楼；6天：12层；15天：30层……这次是4个月：202层，838米！远大“空中城市”大：能容纳3万多人天空城市分为地面202层，地下6层4450家住户(最小60平方米最大520平方米)250套酒店客房10万平方米学校、医院、写字楼93台电梯，部分电梯从地下室直达173层130亩立体有机农场8000平方米露天空中花园远大“空中城市”省：建造周期只有7个月全钢结构的天空城市完全采用模块化、工厂化制造，这栋超过100万平方米的世界级摩天楼将由约28万个零部件组成。除开基础部分施工，天空城市的建造周期只有7个月，即在4个月时间内，将有2万人在工厂制造天空城市零件，在3个月时间内，3000人将在望城施工现场完成零件安装作业。远大“可持续建筑”的工厂化建筑，使建筑成为一种标准化工业产品，不仅实现了5倍节能，更做到了6倍节材，1%的建筑垃圾。此外，环保也是这栋世界第一高楼的标签。天空城市采用外墙20厘米保温、四层玻璃窗、新风热回收、冷热电联产等20多项超级节能技术。这栋楼，可减排12万吨二氧化碳。天空城市远不止是一栋世界第一高楼，它是一栋运用“可持续建筑”技术及原则建造的实用型建筑，它将成为“节能节地城市模式”和“健康居住方式”的一项重要探索。8•远大集团曾在2011年远大已用“搭积木”方式在湘阴建成一座30层的低碳建筑——T30酒店，从开工到入住仅用48天。实现9度抗震，用钢量比常规建筑少10%-20%，混凝土少用80%-90%；实现5倍节能、20倍空气净化，建造成本比常规建筑低10%—30%，精装修，工地上无火无水无尘无味，建筑垃圾不到常规建筑的1%，甚至电梯上下产生的动能都可以用来发电。9•T30.flv（视频）•工厂：“积木”是这样生产的：•“远大可建的房子93%是在工厂里生产，现场只需要像搭积木一样把这些部件装配好，现场施工量只占到总用工量的7%。•在工厂，人们看到，铺地机上，巨大的机械将薄薄一层水泥铺平，工人把地板瓷砖放上去，再轻轻压紧，平整度极高的地板就完成了，这些地板将在现场组装起来。•在堆放“主板”的区域，大家也一睹每块“积木”里的秘密。主板大约30公分厚，通风管、给排水管、电气线路、照明线路等都置于其中。而出厂的时候，主板旁已经摆放好相配的立柱、门窗、墙体、洁具甚至厨具，工人们在搭建现场可以一次安装到位，这时候的房子已经达到精装修标准。10•我国“建筑工业化、住宅产业化”进程加快•中国“人口红利”的不断减少，建筑行业用工荒的出现•住宅工业产业化的趋势日渐明显•建筑生产方式正在进行着一场革命，即逐渐扩大新型装配式建筑的建设，新型装配式混凝土结构的应用重新成为当前研究热点之一•全国各地不断涌现出建筑装配式混凝土结构的新技术、新形式。11•建筑工业化的含义和特征：含义：建筑工业化指用现代工业生产方式制造房屋特征：早期基本特征表现为建筑设计标准化、构件生产工厂化、施工现场机械化、组织管理科学化现在进一步发展为：•标准化、工业化、集成化和信息化是建筑工业化的基本特征•合作、项目管理、以及供应链管理成为这项运动成功的最关键的因素•早期建筑工业化类型：砌块建筑、大板建筑、框架板材建筑、大模板建筑、滑模建筑、提（爬）模建筑、升板升层建筑、盒子建筑等12•建筑业迎来了工业化时代，造房子就像造汽车一样；建房子如同搭积木般简单，速度快、效率高；建房子不再是传统的泥瓦匠作业，全部采用工厂化、机械化作业；工业化时代，施工周期约为传统方式的1/3。•确立集成建筑体系，遵循全生命周期的绿色理念，从设计、制造、开发、施工、运营服务的建筑生命全周期，提出一揽子整体解决方案，用工业化制造的方式，实现资源节约与低碳减排，提升建筑品质和效率，实现建筑业可持续发展。•建筑工业化和住宅产业化节省大量劳动力的同时，由于实行的是标准化生产，也保障了房屋模块的质量和精确度。建筑模块的类型也是根据房屋建设需要进行设计的，包括楼板、外墙、楼梯等，可以满足房屋的“组装”要求。•“泥瓦匠”转变为产业工人：建筑模块生产出来后，会被运送到建筑工地进行组装。建筑模块的长度和宽度都有着严格的规定，便于进行大批量运输和组装，组装过程就像搭积木一样。“这种‘搭积木’的建房模式，确保了高效的工作效率，集成建筑的施工周期只有传统方式的三分之一，工地上需要的工人也非常少，采用机械吊装施工，受天气影响也非常小，极大地缩短了施工周期。集成建筑建设模式，也带来了施工管理的变革。房屋施工由手工变成了机械操作，施工企业转变为房屋设计施工的总承包商，技术工人变成操作工人。原来的“泥瓦匠”，也转变成新一代住宅产业工人。•建筑筑垃圾可减少七成以上。•值得一提的是，工业化集成住宅，工厂化大规模生产，也正在解决传统建筑的防水抗渗、隔热保温、提升精度等质量难题。如采用钢筋混凝土预制现浇剪力墙体系，具有极强的抗震功能，而采用大规模工厂化流水线生产预制构件，加工精度和质量是现场操作无法比拟的，不会出现后期二次装修污染和扰民现象。13制造建筑——新世纪的建筑业“大革命”新型装配式建筑新型装配式住宅建筑141996年我国建设部主管部门下达了住宅产业现代化试点工作大纲，计划用20年时间，分三步达到住宅产业化的目标。1998年7月成立了住宅产业化促进中心。住宅产业实现建筑工业化是不可阻挡的大趋势。目前我国住宅产业还处于粗放型发展阶段，要通过相应的政策引导，加快推进住宅工业化，进而实现住宅产业现代化。保障房建设是推进住宅产业化好时机。15“低碳”、“环保”、“绿色”16二、新型装配式混凝土结构171、日本PCaPC拼装结构技术2、外壳预制核心现浇装配整体式RC结构体系（日本）3、日本的全装配式混凝土结构4、速成墙结构墙板（澳大利亚）5、钢筋混凝土叠合板式剪力墙结构体系（德国）6、合肥西伟德的双墙拼装结构体系（引入德国的双墙结构体系、半预制装配式）7、预制钢筋混凝土叠合剪力墙结构（日本、香港）8、密肋复合墙板（西安建筑科技大学）9、装配-现浇式密柱结构（同济大学）10、全预制装配式框架结构（万科）11、全装配剪力墙结构体系（中南集团引入澳洲的预制结构体系）12、预制预应力砼装配整体式框架结构施工（南京大地建设集团的世构体系、引入法国技术现浇梁柱节点体系）13、其它形式181、日本PCaPC拼装结构技术19日本认为预制装配建筑分为：预制混凝土（PCa）与预应力混凝土（PC）20PCa的优点：高强度和高质量的混凝土部品定型化构件的批量生产PC的优点：混凝土构件形成预压应力采用压接方式拼装21日本的PC主要应用在装配式框架结构，采用预应力方式压接，属装配速度快的“干节点”张拉端2223要点：拼缝无收缩砂浆预制与现浇的叠合楼板柱筋的浆锚套筒连接24日本歧阜的安部工业主楼采用预制构件整体预应力装配技术建造25完成后的主楼外立面26楼板采用预制预应力双T板，跨度20m27柱、梁均为预制，柱亦施加预应力，采用预应力拼装的“干节点”连接拼缝28预制梁非常美观预留孔道29吊装预制梁30日本的PCaPC31位于北海道的二十世纪60年代厂房生产现代化构件32用于熊本体育场的预制看台大梁33日本东京都医院院综合研究所采用预制装配式框架结构3435工地有专用安全通道，采用钢板进行地面硬化，符合绿色施工36运至工地的预制梁，并有安装人员的扶手索37预应力筋采用高耐久性的环氧涂层钢绞线38工人作业用的工具全部拴挂，防止工具坠落预留孔道39梁柱框架采用预制，预应力装配，楼板采用压型钢板的现浇混凝土板40梁柱的装配节点41悬挑梁也采用装配方式，用门式脚手架做临时支撑42梁端的预应力张拉端构造43梁端穿出的钢绞线44预应力孔道灌浆452、外壳预制核心现浇装配整体式RC结构体系（日本）预制混凝土梁、柱外壳施工现场2002年日本建成的Arpan大楼46外壳预制核心现浇装配整体式RC结构体系（日本）混凝土结构的梁、柱构件的混凝土保护层连同箍筋预制（称为预制外壳或永久性模板）、外壳装配定位并配置主筋后浇筑核心部分混凝土的装配整体式RC结构。优点：节省大量的施工模板；减少劳动力，交叉作业方便，加快施工进度；安装精度高，保证质量；节能节排；降低施工成本；结构具有良好的整体性、承载力特性和抗震性能。473、日本的全装配式混凝土结构钢筋混凝土装配式高层建筑48日本的全装配式混凝土结构钢筋混凝土装配式高层建筑49日本的全装配式混凝土结构钢筋混凝土装配式高层建筑50日本的全装配式混凝土结构钢筋混凝土装配式高层建筑51日本的全装配式混凝土结构钢筋混凝土装配式高层建筑52日本的全装配式混凝土结构钢筋混凝土装配式高层建筑53日本的全装配式混凝土结构钢筋混凝土装配式高层建筑54日本的全装配式混凝土结构钢筋混凝土装配式高层建筑554、速成墙结构墙板（澳大利亚）速成墙板构造速成墙板建成的二层房屋56速成墙结构墙板（澳大利亚）外壳用石膏玻纤板制成空心腔墙板，部分空心石膏玻纤墙板，可用于各种非承重内外隔墙及1~2层承重墙结构。优点：建造速度快、用工量少、安装方式简单、运输方便、节省空间，环保节能；单位面积能耗少、可利用再生资源、材料100%重复利用；外观质量、使用舒适度好；四是较好的经济性：比砖混结构住房多5%左右的利用空间、造价较低；五是具有较好的抗火性，耐水性和耐其它化学物腐蚀性。缺点：速成墙板不适于抗震设防区域的承重墙体。575、钢筋混凝土叠合板式剪力墙结构体系（德国）a.预制钢筋混凝土叠合墙板叠合墙板的吊装叠合楼板现浇层的施工58钢筋混凝土叠合板式剪力墙结构体系（德国）a.预制钢筋混凝土叠合墙板据结构设计计算的墙板进行配筋。窗子及穿墙套管等可事先预埋在预制墙板里。现场施工时，直接现浇混凝土于叠合墙板之间。优点：性价比高、可直接涂乳胶漆、巾壁纸、可预埋门窗、线管、线盒等；具有施工速度快。59钢筋混凝土叠合板式剪力墙结构体系（德国）a.预制叠合楼板预制钢筋混凝土楼梯、阳台及叠合梁60钢筋混凝土叠合板式剪力墙结构体系（德国）a.预制叠合楼板预制叠合楼板施工时按设计安放，浇筑混凝土至设计标高。叠合楼板和现浇层共同受力。优点：可以满足各种平面尺寸要求；预制叠合楼板施工时底面无需支撑；无需水泥砂浆找平、可根据需要将电线插座、绝缘体等预先安装在楼板之中；具有建筑工期短、施工便利等优点。61钢筋混凝土叠合板式剪力墙结构体系（德国）西伟德混凝土预制件（合肥）有限公司现场德国技术专家62钢筋混凝土叠合板式剪力墙结构体系（德国）制作与运输63钢筋混凝土叠合板式剪力墙结构体系（德国）现场堆放64钢筋混凝土叠合板式剪力墙结构体系（德国）楼面板支架搭设65钢筋混凝土叠合板式剪力墙结构体系（德国）预制墙板安装66钢筋混凝土叠合板式剪力墙结构体系（德国）楼面预制板安装676、合肥西伟德的双墙拼装结构体系（引入德国的双墙结构体系、半预制装配式）68体系特点：节能、整体性好、施工快捷69•半预制装配式混凝土结构技术PCF（precastconcreteform)该技术主要用于预制混凝土剪力墙外墙模以及叠合楼板的预制板等结构，其他部分：如内部剪力墙、部分内隔墙、电梯井等仍然采用支模现浇。PCF技术解决了外墙模板问题，避免了外围脚手架及模板的支设，节约模板并提高施工安全性。但是，PCF技术中所采用的外墙混凝土模板在设计中并未考虑其对墙