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1.1 什么是装配式建筑

1.1.1 装配式建筑的定义

按常规理解,装配式建筑是一个技术概念,是一种建筑实现的工艺方式,是指由“预制部件通过可靠连接方式建造的建筑”。

但是,按照国家标准《装配式混凝土建筑技术标准》(GB/T 51231-2016)(以下简称《装标》)的定义,装配式建筑是“结构系统、外围护系统、内装系统、设备与管线系统的主要部分采用预制部件集成的建筑”(图1-1)。这个定义强调的装配式建筑是一个整体的概念,强调了四个系统的预制集成缺一不可。

这个定义与目前我国大部分建筑领域从业人员理解的定义(也是国际建筑界公认的定义),即“装配式建筑是结构系统和外围护系统采用预制构件集成的建筑”有所不同。

笔者认为,国家标准关于装配式建筑的定义之所以与常规定义不同,强调四个系统的预制集成,主要基于“补课”原因:目前中国建筑标准低,适宜性、舒适度和耐久性差,交付毛坯房,管线埋设在混凝土中,天棚无吊顶,地面不架空,排水不同层等。强调四个系统集成,有助于建筑标准的全面提升。中国建筑业施工工艺还比较落后,各个系统标准化、工具化、自动化程度低,与发达国家比还有较大的差距。通过推广以四个系统集成为主要特征的装配式建筑,有助于全面提升建筑现代化水平,提高环境效益、社会效益和经济效益。

▲ 图1-1 装配式建筑在国家标准定义里的4个系统

作为甲方管理者,深刻理解和把握好国家标准的定义,对装配式建筑项目的决策和管理具有重要意义和实际意义,本书各章节对甲方在装配式建筑管理方面存在问题的分析和解决思路都是基于这个定义展开的。

目前,许多甲方管理者和技术人员对装配式建筑定义的理解还存在误区,例如把对装配式建筑的理解只局限于主体结构预制装配,是混凝土结构构件的装配。这个误区是装配式建筑实施过程中许多问题的根源,本书各章将予以详细讨论。

1.1.2 装配式建筑的基本特征、优点及不足

1.基本特征

有人把装配式建筑比喻为“像造汽车一样造房子”,还有人比喻为“像搭积木一样造房子”。笔者认为前一种说法更贴切一些。汽车是工业化的典型产品,其设计、生产乃至管理和应用都遵循着工业化的技术要求和标准。只不过汽车是移动的空间,建筑是固定的空间。日本的装配式钢结构低层建筑所有部件生产都实现了高度的机械化、自动化和数控化(图1-2)。欧洲、美国、日本的叠合板、预应力楼板和部分墙板的制作也实现了高水平的自动化(图1-3和图1-4)。目前我国建筑领域工业化程度还很低,还不能与汽车等完全工业化的产品相比。但甲方应意识到建筑工业化的大趋势,而不是按照传统思维习惯对待装配式建筑。

▲ 图1-2 日本积水装配式低层建筑生产线上的机械手

▲ 图1-3 日本叠合板自动化生产线上放置预埋件的机械手

▲ 图1-4 欧洲预应力板自动化生产线

装配式建筑的基本特征也是很多工业产品的基本特征,简单说就是“六化”(图1-5),即设计标准化、生产工厂化、施工装配化、装修一体化、管理信息化、应用智能化。

▲ 图1-5 建筑工业化框架图

2.装配式建筑的优点

现代建筑的登场是从铸铁-玻璃装配式建筑开始的,距今已有170年。钢结构建筑本身就是装配式,有100多年的应用历史。大规模的混凝土装配式建筑始于20世纪50年代,已经有70多年的历史。总结世界各国的经验,装配式建筑具有以下优点:

(1)提升建筑质量。体现在设计要求更加精细,各专业更加协同;采用工厂生产预制构件,精度和质量更高;预制构件的高精度还可以带动施工现场现浇混凝土的精度;保温一体化外围护预制构件可提高建筑节能保温和防火性能;工厂化生产更有利于质量控制和检查,也有利于向自动化、智能化发展。

(2)提高效率。体现在预制构件生产和施工安装环节,工厂可采用流水线或自动化机械设备生产构件,不受冬、雨期影响;施工安装比现场浇筑所需人工更少,施工效率更高。

(3)减少损耗。体现在由于前期设计的精细化和各专业协同使得生产和施工安装环节减少调整和补救问题,工厂化生产有利于钢筋边角余料、混凝土剩余残料及废旧模具的回收再利用,减少现场的脚手架和模板支护,减少抹灰等工序造成的材料损耗。

(4)有利于绿色发展。体现在装配式建筑可节材20%,节水20%~50%,减少工地扬尘和噪声污染,减少建筑垃圾80%,更加有利于环保。

(5)改善劳动条件。体现在生产和施工环节,装配式施工现场比传统施工现场环境要好,工厂生产环境比施工现场更好,也有利于作业安全;工人分工更细、更专业,作业强度也相对较小,更有利于提高工人素质,有利于实现从业人员的主体从农民工向产业工人的转变。

(6)缩短工期。装配式建筑要求前期决策和设计阶段更加精细,尽量把预制构件生产、施工安装、管线设备和装修环节可能产生的问题预先解决,避免了调整和返工现象,同时与现浇建筑相比还减少了一些工序和环节,安装效率更高,由于多采用干作业,内装修可以随之跟进,总工期可比常规现浇作业缩短30%~50%。

3.装配式建筑的不足

装配式建筑虽然有很多优点,但也不是完美的,也有不足之处:

(1)不是所有建筑都适宜做装配式。装配式建筑有其适用性,由于标准化、模数化的要求,更适于造型简单或重复元素较多的建筑。对造型复杂、重复元素少的建筑适宜性较差。有些结构体系,如剪力墙结构体系,目前看适宜性不佳。

(2)装配式建筑对建设规模和建筑体量有一定要求。必须有使预制构件生产企业运营下去的市场需求量,建筑体量太小会增加建造成本,市场规模太小构件制造企业无法生存。

(3)发展初期或因政策需要磨合,或因规范尚待完善,或因甲方、设计、制作、安装、监理各个环节经验不足,边交“学费”边干,要为出错埋单;或预制构件生产企业需购置土地、建设厂房、购买设备,摊销费用较高;或施工企业需购置或租赁大吨位的起重等安装设备,还要组织专业施工队伍,导致施工成本增加;有可能传导给甲方是总成本增加、总工期延长的结果。

1.1.3 装配式建筑分类

1.按结构材料分类

装配式建筑按结构材料分类,包括:装配式混凝土建筑(图1-6),装配式钢结构建筑(图1-7),装配式木结构建筑(图1-8),装配式混合结构建筑(图1-9)。

▲ 图1-6 世界上最高的装配式混凝土建筑——日本大阪北浜大厦(208m)

▲ 图1-7 装配式钢结构建筑——美国科罗拉多州空军小教堂

由于装配式混凝土建筑是目前我国装配式住宅建筑的主要结构形式,建设规模最大,所以,除特别注明外,本书所说的装配式建筑都是特指装配式混凝土建筑。

装配式混凝土建筑,根据预制混凝土构件连接方式的不同又可以分为两种结构形式:

(1)装配整体式混凝土结构

装配整体式混凝土结构是指预制混凝土构件通过可靠方式进行连接并与现场后浇混凝土、水泥基灌浆料形成整体的装配式混凝土结构。简言之,装配整体式混凝土结构以“湿连接”为主要连接方式。钢筋连接方式包括灌浆套筒连接、注胶套筒连接、机械套筒连接和绑扎连接等(图1-10)。装配整体式混凝土结构具有较好的整体性和抗震性。目前,大多数多层和全部高层装配式混凝土建筑都是装配整体式混凝土结构,有抗震要求的低层装配式建筑也多是装配整体式混凝土结构。

▲ 图1-8 世界最高的装配式木结构建筑——温哥华UBC大学学生公寓楼(53m)

▲ 图1-9 装配式混合结构建筑——东京鹿岛赤坂大厦(混凝土结构与钢结构混合)

▲ 图1-10 装配整体式混凝土结构主要连接方式

a)灌浆套筒连接节点图 b)后浇混凝土连接节点图

(2)全装配式混凝土结构

全装配式混凝土结构是指预制混凝土构件以干法连接(如螺栓连接、焊接、搭接等)形成的混凝土结构(图1-11)。

国内许多预制钢筋混凝土柱单层厂房就属于全装配式混凝土结构。国外一些低层建筑或非抗震地区的多层建筑采用全装配式混凝土结构,如美国很多的停车楼就是采用全装配式混凝土结构形式。

▲ 图1-11 全装配式混凝土结构的连接节点实例

2.按建筑高度分类

装配式建筑按高度可分为:低层装配式建筑,3层及3层以下(图1-12);多层装配式建筑,4~6层(图1-13);高层装配式建筑,6层以上100m以下(图1-14);超高层装配式建筑,100m及以上,见图1-6。

▲ 图1-12 低层装配式建筑——10d建成的武汉雷神山医院

▲ 图1-13 多层装配式建筑——美国凤凰城图书馆

▲ 图1-14 高层装配式建筑——沈阳万科春河里公寓楼

3.按结构体系分类

装配式建筑按结构体系分类,有框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、框支剪力墙结构、墙体结构、筒体结构、无梁板结构、排架结构(厂房常用)、空间薄壁结构等,详见表1-1。

表1-1 装配式混凝土建筑结构体系

(续)

(续)

1.1.4 评价标准

现行的国家标准《装配式建筑评价标准》(GB/T 51129-2017)自2018年2月1日实施以来,很多地方政府依据国家标准并结合实际情况制定了当地的评价标准,对装配式建筑进行评价。

国家评价标准兼顾了装配式建筑的四个系统,突出了对装配式建筑定义的准确把握,避免了以前的评价方式只关注主体结构是否预制装配,而忽略其他系统的集成和全装修。同时,还综合考虑了对装配式钢结构建筑、装配式木结构建筑等建筑类型的评价,以及规定了装配式建造方式覆盖范围为全部民用建筑,包括居住建筑和公共建筑。

国家评价标准把装配率作为考量的唯一指标,对装配式建筑设置了控制性指标为最低准入门槛,以竖向构件、水平构件、围护墙和分隔墙、全装修等具体指标,分析建筑单体的装配化程度。达到最低要求时,即装配率达到50%,才能被认定为装配式建筑;再根据分值的高低进行等级评价,即装配率为60%~75%,评价为A级;装配率为76%~90%时,评价为AA级;装配率为91%及以上时,评价为AAA级装配式建筑。通过这些等级设置来发挥标准的正向引导作用,也为地方政府制定鼓励支持政策提供了弹性的空间,应该说这个评价标准具有系统性、导向性和可操作性。 vpR9+NlSSfA5DrolruxSA4UUNfFEeyvbxoByYt6U1+LtwKt8jx5rgNs9k07BP1m6

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