1.4 国外优秀设计案例

装配式混凝土建筑从20世纪20年代发展至今，出现了很多非常优秀和经典的案例，笔者选取整理了几个案例资料介绍给读者。

1.4.1 美国凤凰城图书馆

美国亚利桑那州凤凰城图书馆（图1-3）是一座绿色节能的装配式建筑典范，建筑设计师是搞雕塑出身的威廉姆·布鲁德，1992年建成时，引起了较大的轰动，这座图书馆在装配式方面有以下特点：

1．与环境相适应的装配式外围护系统

凤凰城气候炎热，为了遮蔽强烈的日晒，建筑师在玻璃幕墙外设计了可自动调节的装配式遮阳系统，遮阳系统设计成隔列凸起交错布置的帆状，具有很强的雕塑感，遮阳系统还可以根据太阳光照射方向自动完成调节，将装配式节能系统和建筑艺术进行了完美结合，获得了很高的赞誉。

2．全装配式结构系统

图书馆的结构系统采用全装配式结构系统建造，现场没有任何的现浇混凝土。竖向预制钢筋混凝土柱采用螺栓连接（图1-4）；预制框架梁搁置在预制柱扩大的柱头牛腿上装配连接而成（图1-5）；项目没有次梁，楼盖采用预制的双T板（图1-6），直接架在预制框架梁上，整个结构系统安装方便快捷。

3．装配式内装及管线分离系统

图书馆楼地面采用架空层，所有的设备管线在架空层里设置（图1-5），在架空楼地面上直接铺上地毯，装修既简易方便，又满足了图书馆地面静音功能要求；照明系统的机电管线在双T板的板肋空腔吊顶内布置（图1-6），管线与结构体分离，安装简单快捷，后期维修方便。

4．组合的装配式结构体系

图书馆的顶层柱采用上小下大的变截面柱，柱脚与下层预制柱头采用螺栓连接；屋盖系统采用轻钢屋面张弦梁体系（图1-7），屋面设置采光天窗。整个结构体系是装配式混凝土结构和装配式钢结构的组合体系，结构体系设计比较灵活。像这样的全装配式组合结构体系，在低、多层建筑里的应用思路，我们可以从中获得一些启发。

1.4.2 东京鹿岛赤坂大厦

鹿岛赤坂大厦是一座地上32层的超高层建筑，高158m，建筑面积5.37万m ² ，其中4.17万m ² 写字间，6600m ² 住宅，522m ² 商铺，见图1-8。

赤坂大厦在2011年建成，是一座经典的装配式建筑，在装配式混凝土建筑史上具有里程碑意义。

赤坂大厦装配式设计特点如下：

（1）结构体系为筒体结构，与其他筒体结构不同的是，其外筒是个“束柱”筒体，由4根柱子组成一个“束柱”，再由20个“束柱”构成整个结构的外筒。其内筒只有核心部位的4根圆形钢管混凝土柱。建筑平面布置图见图1-9。

（2）外筒“束柱”的外侧柱隔层设置一道梁，内侧柱每层都设置梁（图1-10）。外筒“束柱”与梁都是预制的，柱和梁全部采用灌浆套筒连接，预制构件之间连接处只有拼缝，没有任何后浇混凝土连接，设计得非常巧妙，这在世界上是首创。

（3）内筒4根钢管柱（图1-11）与外筒混凝土“束柱”之间跨度约为17m。楼盖梁为钢梁，与外筒混凝土梁的连接节点见图1-12。楼盖采用压型钢板现浇混凝土楼盖。

（4）这座建筑号称是世界上预制率最高的超高层建筑，除了压型钢板现浇混凝土楼盖外，全部结构都由预制构件装配而成。如果采用叠合楼板，预制率则会更高。

（5）内筒部位的4根钢柱在施工期间是塔式起重机支座，先于外筒预制混凝土柱梁安装，随层升高。建设项目所在地是建筑密度很大的闹市区，施工作业场地很小，将塔式起重机设置在内筒核心区，核心区采用便于装配的钢结构，是非常合理巧妙的安排，如图1-13、图1-14所示。

（6）该建筑在转角处采用了装配式制震系统，见图1-13和图1-15。

（7）这座建筑还采用了超高强度等级的混凝土（最高为C150），高强度等级钢筋（常规钢筋强度等级的1.4倍）等。

1.4.3 悉尼歌剧院

悉尼歌剧院是20世纪最伟大的建筑之一，也是一座精彩的装配式混凝土建筑。除了基础柱、柱台和基础梁为现浇混凝土外，地面以上结构系统和围护系统，还有室外地坪，都由预制混凝土构件装配而成，包括拱肋、屋面板、柱、梁、外挂墙板和地面板等。

悉尼歌剧院的形体很不规则，屋顶围护系统由十几个形态各异高低不同的“贝壳”组成，如图1-16所示。

设计悉尼歌剧院的丹麦建筑师约翰·伍重在方案设计时，主要考虑歌剧院的艺术形象和使用功能，对结构和施工建造未深入考虑，只是大致确定“贝壳”采用钢筋混凝土薄壁结构。方案中标进入施工图设计阶段并考虑施工工艺时，才发现原方案存在很大问题。

第一个问题是：结构计算和模拟试验的结果表明，钢筋混凝土薄壁“贝壳”在飓风荷载作用下不安全。

第二个问题是：现场浇筑非线性自由曲面难度太大，成本也太高，超出了当时的施工技术能力。那时（60多年前）还是计算尺、对数表时代，连计算器都没有普及，更没有三维软件和实现复杂造型的数控设备。

如何解决这两个难题？有人建议将钢筋混凝土薄壁结构改为钢结构，在钢结构构件外再包裹混凝土。但约翰·伍重不同意。他认为那样做不诚实，混凝土在结构上未起任何作用。约翰·伍重提出了自己的解决方案：

（1）将“贝壳”薄壁结构改为V字形拱肋结构，以增加刚度。

（2）采用装配式建造工艺。

（3）在拱肋上面铺围护、防水、装饰一体化屋面板。

（4）将有些随意的“贝壳”曲面造型改为相对规则的球面组合造型，由此大幅度减少了拱肋和屋面板模具的种类与数量，降低了成本。

修改设计后的悉尼歌剧院成了预制率非常高的装配式建筑，基础以上结构和围护系统都由装配而成，预制率达90%以上。悉尼歌剧院的装配式设计，包括连接节点设计、预制构件设计、制作工艺设计和安装工艺设计等都有精彩之笔，下面择其重点做简单介绍。

1．拱肋

悉尼歌剧院的“贝壳”不是薄壁结构，而是V形拱肋结构。一根根V形变截面非线性拱肋并排组合成“贝壳”曲面，上面再铺屋面板。

V形拱肋和制作拱肋的模台如图1-17所示，V形拱肋与屋面板如何组合成贝壳曲面可参见图1-18所示。

拱肋是悉尼歌剧院最重要的结构构件，最长的拱肋长达60多米，拆分成13节预制。整个工程一共有2194节拱肋。

拱肋沿长度方向是曲线，断面是渐变的，为保证每节拱肋与相邻拱肋连接精准无缝，拱肋模具每5节制作一个通长模台，一根13节长的拱肋制作需要3个模台。第1座模台第1节拱肋首先预制，拆模后不吊走，而是以其顶端作为第2节拱肋底端模。第2节拱肋拆模后，顶端再作为第3节拱肋的底端模。如此递进直至5节拱肋制作完毕。再把第5节拱肋吊到第2座模台第一个位置上，其顶端作为该模台第2个位置拱肋的底端模。如此递进做完第2座模台上的4节构件。然后再将第2座模台上最后一节拱肋吊到第3座模台第一个位置上，作为该模台第2个位置拱肋的底端模。如此递进直到13节拱肋全部制作完成。图1-17可看到一座模台制作多节拱肋的情况。

拱肋没有粗糙面和键槽，也没有伸出钢筋和埋设灌浆套筒，多节拱肋如何连接成一根整体受力构件呢？

约翰·伍重设计团队的办法很聪明：

（1）拱肋与拱肋之间靠9根钢索连接，类似于后张法预应力原理。由图1-17所示拱肋断面可看到用于穿钢索的预留孔。

（2）并排拱肋用钢索做横向连接，如此，纵横钢索将拱肋组合成整体。

（3）每节拱肋之间用专门研发的树脂粘接。试验表明，在受拉和受剪状态下，混凝土破坏了，树脂粘结面没有破坏。

拱肋的模具用胶合板制作，表面涂刷树脂，既可增加模具周转次数，又可使混凝土表面光洁。拱肋表面采用精细柔和的清水混凝土，效果非常好。

2．屋面板

“贝壳”表面是盖在V形拱肋上的预制混凝土瓷砖反打屋面板，见图1-18右侧部位。

悉尼歌剧院一共用了105.5万块瓷砖，4228块瓷砖反打预制混凝土板。其中最大的板，长10m，宽2.3m，重达4t。

施工方本想用现场贴砖工艺施工，约翰·伍重不同意，他认为那样做保证不了精度，在曲面上贴砖，不易控制质量，一旦凸凹不平，光影下非常难看，伍重要求采用预制反打方式。

屋面板反打工艺非常精细，特意用了一种动物胶进行分隔（图1-19），既确保瓷砖定位准确，又可避免混凝土漏浆，在蒸汽养护过程中动物胶还会融化，瓷砖缝非常干净。脱模后再用树脂封闭瓷砖缝，既防水又防杂物污染。

屋面板与V形拱肋之间用螺栓连接。

3．其他预制构件

悉尼歌剧院采用的其他预制混凝土构件包括梁、柱、外挂墙板和室外地坪板。

图1-20为悉尼歌剧院前立面，可看见3个“贝壳”屋顶边缘的V形拱肋和墙体外挂墙板。

图1-21是外墙细部照片，有柱、梁和外挂墙板。柱和梁是清水混凝土，外挂墙板是露骨料的彩色混凝土，也就是水刷石。预制室外地坪板与外挂墙板一样，也是水刷石板。

悉尼歌剧院于1973年建成，至今已使用46年，其艺术形象大放光彩，富有创新的装配式技术所实现的精致品质受到业界及大众的好评，大胆的构件连接技术，也经受住了时间的考验。 W69PyC8fjfFfwdyXJ8u2TlNbZAe6sNvJ44gKe/Ndsw08rqfyyYmPWra2M87F1Wvc