预制装配式建筑:转变城市建设模式,降低建筑能耗的重要载体

   日期:2024-06-10     来源:网络整理    作者:佚名    浏览:256    
核心提示:预制装配式建筑是指用预制的构件在现场装配而成的建筑,从结构形式来说,预制装配式混凝土结构、钢结构、木结构都可以称为预制装配式建筑,是工业化建筑的重要组成部分。装配式混凝土结构预制装配式混凝土结构新型建造生产方式钢结构新型建造生产方式图为某企业研发的工厂化钢框架和墙板装配式建筑体系。

装配建筑是指采用预制构件在现场组装而成的建筑。从结构形式上看,预制的混凝土结构、钢结构、木结构等均可称为装配式建筑,是工业化建筑的重要组成部分。装配式建筑是转变城市建设模式、降低建筑能耗、推进建筑工业化的重要载体。联合国经济委员会对建筑工业化的定义是:

(1)生产过程连续性。房屋建筑的整个生产过程连成完整的产业链。

(2)产品标准化。设计标准化,建筑部品、构件标准化、系列化。

(3)生产过程集成。是指施工技术、构件、施工工艺、施工方法的系统集成。

(4)项目组织性强,采用科学的管理方法组织整个施工过程。

(5)生产机械化。减少现场手工劳动,实现构件工厂化生产、机械化施工。

预制钢结构

预制混凝土结构

预制木结构

装配式混凝土结构新施工及生产方法

目前的装配式混凝土技术体系从结构形式上主要可分为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构等,其中剪力墙结构体系是目前应用最为广泛的。装配式混凝土结构在设计上体现了生产与施工一体化,在生产上体现了生产标准化、模块化、工具化。预制构件在构件工厂通过整体预制形成,最终通过工具化施工装配、模块组装形成建筑产品。

(1)

装配式剪力墙结构体系

国内装配式剪力墙结构按主要受力构件的预制及连接方式可分为:装配式整体剪力墙结构;组合剪力墙结构;多层剪力墙结构。装配式整体剪力墙结构应用较为广泛,适用于较高建筑;组合板剪力墙目前主要应用于低烈度地区的建筑或高层建筑;多层剪力墙结构目前应用较少,但基于其高效、简便的特点,在新型城镇化推进中具有广阔的前景。

此外,还有一种更为广泛应用的剪力墙结构工业化建筑形式,即主体结构采用现浇剪力墙结构,外墙、楼梯、楼板、隔墙等采用预制装配式结构。这种方式在我国南方一些省市应用较为广泛,结构设计方法与现浇结构基本相同,装配率、工业化程度较低。

(2)

装配式框架-剪力墙结构体系

装配式框架-剪力墙结构按预制构件部位不同可分为装配式框架-现浇剪力墙结构、装配式框架-现浇核心筒结构、装配式框架-装配式剪力墙结构三种类型。该体系的优点是使用高度高、抗震性能好、框架部分装配化程度高。其主要缺点是现场同时采用预制和现浇两种作业方式,施工组织管理复杂,效率低下。

预制框架-现浇核心筒结构具有良好的抗震性能。当预制框架与现浇核心筒同时施工时,两道施工工序相互影响,施工难度较大。先筒结构后框架结构的施工顺序可以大大提高施工速度,但这种施工顺序需要研究预制框架构件与混凝土筒结构的连接技术以及后浇连接段的支模与养护,增加了施工难度中国钢结构协会预应力结构分会,降低了效率。该结构体系可以重点研究湿连接转干连接技术,加快施工速度。

目前,装配式框架-装配式剪力墙结构尚处于基础研究阶段,国内应用数量相对较少。

(3)

楼梯和地板覆盖物

装配式楼板通常由预制梁和预制板组成,与现浇结构一样,通常分为钢筋混凝土楼板和预应力楼板。楼板除了承受和传递竖向荷载外,还连接竖向结构,形成整体抗力结构体系,共同承受水平荷载。因此,楼板结构在增强结构整体性和传递水平力方面起着重要作用。

从混凝土建筑工业化角度看,装配式框架结构预制率高、现场湿作业少、生产施工效率高,更适合建筑工业化的发展。 特别是在政府主导的各类公共建筑中,可以采用以装配式框架结构和装配式框架-剪力墙(核心筒)结构为主的技术体系。

剪力墙结构是目前我国适用于高层住宅的结构形式之一,应用最为广泛,技术体系较为成熟,在大规模应用中,应以有规范依据的成熟技术体系为主。

鉴于我国大力推进城镇化的需要,小城镇对多层建筑的需求很大,需要进一步研究、完善和推广包括装配式剪力墙结构在内的多层建筑工业化技术体系。今后,装配式混凝土结构的发展仍需加强以下几方面的工作:

(1)鼓励企业探索适合自身发展的装配式建筑技术体系研究,逐步形成适用范围更广的通用技术体系,推动规模化应用,降低成本、提高效率;

(2)深入研究结构节点连接技术、外防护技术等关键技术,形成成熟解决方案并推广应用;

(3)探索适合装配式建筑的工艺和方法,将成熟适用的工艺和方法上升到标准、规范的层面,为大规模推广奠定基础;

(4)进一步研究叠合板剪力墙结构、全装配式框架结构等一系列创新技术体系;

(5)加大成熟适用的结构体系和节点连接技术的推广力度;

(6)对于尚未成熟的结构体系,应加快研究开发。

钢结构施工及生产新方法

20世纪50、60年代是我国钢结构建筑发展的初始阶段;60年代末至70年代,钢结构建筑发展经历了短暂的停滞;80年代初起,国民经济发展驶入快车道,政策导向由“节约钢材”转向“合理使用钢材”、“推广应用”,钢结构建筑进入快速发展时期; 本世纪以来,《全国建筑钢结构行业“十五”规划及2015年发展规划纲要》、《国务院关于钢铁行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》、《中共中央 国务院关于进一步加强城市规划建设和管理的若干意见》等政策文件相继出台,由“推广应用钢结构”转变为“鼓励使用钢材”,钢结构建筑进入大发展时期。

我国装配式钢结构建筑起步较晚,但在国家政策的大力推动下,钢结构企业及科研院所投入大量精力研发新型装配式钢结构体系,钢结构建筑迅速由1.0时代迈入2.0时代。1.0钢结构建筑仅将结构形式由混凝土结构改为钢结构,建筑布局及围护体系一般采用传统做法。2.0钢结构建筑实现了建筑布局、结构体系、围护体系、室内装修及机电设备的一体化统一,由单一的结构形式发展为专项建筑体系,表现出系统化、体系化的特点。目前国内钢结构建筑体系主要分为三大类。

(1)

在传统钢结构基础上,开发新型围护体系和完善的建筑体系。

在设计阶段,我们摒弃了“重结构、轻建筑、不做内装修”的错误理念,实行结构、围护、内装修三大体系的协调设计。以建筑功能为核心,以框架为单元展开主体,柱网尺寸尽量统一,配合抗侧力构件协调户型设计与功能布局;以结构布局为基础,在满足建筑功能的前提下优化钢结构布局,满足工业化内装修所提倡的大空间布局要求,同时严格控制造价,降低施工难度;以工业化围护和内装修部分为支撑,房间内的梁、柱、支撑通过内装修设计隐藏,确保安全、耐久、防火、保温、隔音性能要求,如图所示。

工业外壳和内部组件

(2)

“模块化、工厂化”新型建筑体系。

模块化建筑体系可实现现场无湿作业、全工厂化生产,比较有代表性的体系有可拆卸活动房、模块化箱式房等。其中可拆卸活动房采用轻钢结构作为骨架,彩钢夹芯板作为围护材料,标准模数进行空间组合,主要构件采用螺栓连接,可方便快捷地进行组装和拆卸;箱式房以箱体为基本单元,主框架采用型钢或薄壁型钢,围护材料均为不燃材料。箱式房室内外装修全部在工厂加工完成,无需二次装修,如图所示。工厂化钢结构建筑体系从结构、外墙、门窗到室内装修、机电,工厂预制率达90%,颠覆了传统建筑模式。工厂化钢结构采用制造质量管理体系,所有构件设计均经过工厂测试验证后定型,构件生产经过质量控制工序检验后出厂。 安装工序经质控工序检验合格后方可进入下一道工序,确保竣工验收零缺陷。工厂技术的运用,使生产、安装、物流的劳动效率提高了6至10倍,材料浪费率接近于零,总造价比传统建筑降低20%至40%。图为某公司研发的工厂化钢架及墙板装配式建筑体系。

储藏室

工厂化生产的钢框架和墙板装配式建筑

(3)

“工业化住宅”建筑体系。

国内一些企业和科研院所开发了适用于住宅建筑的专用钢结构建筑体系,解决了传统钢框架结构体系应用于住宅建筑时出现的梁柱突出的问题。一种典型的钢结构住宅体系是杭萧钢结构有限公司开发的钢管束组合结构体系,如图所示。该体系由标准化、模块化的钢管件并排连接组成钢管束,内部浇注混凝土,形成钢管束组合结构构件,作为主要承重、抗侧力构件;钢梁采用H型钢;楼板采用装配式钢框架楼承板。

钢管束组合结构体系

东南框架有限公司针对传统钢结构体系难以适应复杂平层户型、梁柱外露、造价高等问题,提出了一种箱型钢板剪力墙结构体系,如图g所示。该体系以组合式箱型钢板剪力墙代替钢框架和钢支撑,布置方便,能满足各类复杂户型平面和立面的需求;箱型钢板剪力墙厚度与墙体一致,解决了钢结构梁柱外露的问题;箱型钢板与空腔内混凝土共同受力,承载力高,有效减少用钢量。

箱型钢板剪力墙结构体系

从材料消耗来看,2012年至2014年,我国建筑钢结构产量约占建筑业钢材消耗总量的9-10%,建筑钢结构产量约占全国钢材总产量的5%,而在发达国家,这两类占比分别为30%和10%。

从应用范围上看,建筑钢结构主要应用于大跨度、高层公共建筑,单层和多层工业建筑,以及一些住宅和市政基础设施。

从建筑量来看,新建钢结构建筑占比约5%。2014年新建钢结构住宅面积约400万平方米,占比不足1%;新建工业厂房采用钢结构体系占比约70%;市政、桥梁等基础设施采用钢结构占比约2.5%(中国建筑金属结构协会钢结构分会提供数据)。

从结构体系来看,多高层钢结构建筑体系主要有框架体系、框架-核心筒体系、框架剪力墙体系、钢管束剪力墙体系等。低层钢结构住宅建筑主要采用轻钢龙骨承重墙体系。

目前,钢结构项目的预制装配化也在得到长足的发展,钢结构不再是单件钢构件,而是标准化的模块化产品,经过钢结构加工厂批量预制,形成工具化的结构形式,组合成一体化的钢结构产品。

集群发展是钢结构建筑实现跨越式发展的重要基础。在美国,金属建筑制造商协会近一半的成员隶属于三大制造商集团;日本只有7-8家大型钢结构住宅制造商。借鉴发达国家的经验,应依托住宅产业化基地企业建设模式,重点培育以钢结构建筑为主体的龙头基地企业,推动集群发展,提升市场供给能力。

对钢结构建筑基地企业给予政策倾斜,鼓励基地企业引进先进技术和设备,带动新产品、新材料开发,提高钢结构建筑构件质量,完善施工工艺,提升钢结构建筑质量和性能。鼓励基地企业将已有的钢结构建筑专利技术进行产业化,通过工程实践逐步纳入相关技术法规或建设标准,推动企业标准上升为行业标准、国家标准。

基地企业应针对钢结构建筑的特点,以提高设计优化能力为抓手,形成一批集设计施工、结构装饰为一体的钢结构工程总承包企业。基地企业应注重提高技术成熟度,培养管理技术人才,培育一批专业化的钢结构建筑产业工人,形成有效的市场供给能力。

基地企业要以市场需求为导向,加强与上游钢结构企业的主动协调联动,“倒逼”结构钢质量提升,形成质量稳定可靠、品种规格齐全的热轧H型钢、高强度建筑结构钢、高强度冷弯矩形管等结构钢供应能力。推动钢结构构件生产标准化程度高,提供定制化、个性化钢结构产品,引领部分钢结构材料制造商向服务商转型。

积极引导基地企业带头,借“一带一路”倡议“走出去”参与全球分工的契机,在更大范围、更多领域、更高层次上参与国际竞争。要研究欧美、日本等发达国家钢结构建筑技术标准,打破技术壁垒。

新型建筑生产方法

木结构是人类文明史上最早的建筑形式之一,这种结构形式由于其优良的性能和美学价值,得到了广泛的推广和应用。我国木结构建筑的发展经历了以下几个阶段:

中国木结构的历史可追溯到3500年前,它的产生、发展和变化贯穿了古建筑的发展过程,也是中国古建筑成就的主要代表。最早的木框架结构体系,采用榫卯连接梁柱,唐代逐渐成熟,明清时期进一步发展出统一的标准,如《清工部尚书工程修例规程》。始建于辽代的山西应县木塔,是我国现存最高、最古老的木结构塔式建筑,该塔已有近1000年历史,历经多次地震而屹立不倒。故宫正殿太和殿,是我国现存最大的木结构建筑之一,造型庄严,规模宏伟,代表了中国木结构的辉煌成就。

1949年新中国成立后,由于木结构具有就地取材、易加工等突出优点,砖木结构建筑在当时总建筑量中占有相当的比例,特别是在“大跃进”时期,砖木结构建筑占我国总建筑量的46%。

20世纪五六十年代,我国实行计划经济,提出节约木材政策,国外经济封锁也使木材无法进口,大大制约了木结构建筑的发展。20世纪70年代,国家根据国内生产建设的需要中国钢结构协会预应力结构分会,提出了“以钢代木”、“以塑代木”的政策,木结构房屋被排除在主流建筑之外。

20世纪80年代以来,为了发展经济,大面积砍伐森林,导致森林资源急剧下降。到80年代末,我国结构用材已基本被砍伐殆尽,国家没有足够的外汇储备从国际市场购买木材。针对我国天然林资源长期过度消耗、生态恶化的状况,党中央、国务院作出实施天然林资源保护工程的重大决策,相继出台了一系列鼓励木材节约代用的文件。加之我国工业化进程加快,带来钢铁、水泥等产业的快速发展,促进了钢混结构建筑的推广,使我国几千年来发展起来的传统木结构体系逐渐瓦解,新型砖混结构逐渐成为农村新建住宅的主要结构形式。高校不再开设木结构课程,不再培养研究生。 原有从事木结构的教学和科技人员不得不转行,木结构学科消失,木结构人才严重流失,造成我区木结构建筑研究和应用陷入停滞。

中国加入WTO后,与国外在木结构建筑领域的技术交流和商务活动迅速增多。1999年,我国成立了木结构规范专家组,开始全面修订《木结构设计规范》。2001年起,我国对木结构进口实行零关税政策,越来越多的国外公司开始进入中国市场,将现代木结构建筑技术引入中国,木结构建筑进入新一轮发展。

近年来,我国现代木结构建筑市场发展势头强劲,木结构建筑存量约在1200万~1500万m2。截止2013年底,我国规模以上木材加工企业数量达到1416家。截止2014年,我国木材工业总产值2.7万亿元,进出口总额1380亿美元,就业人口1000万人。在我国现有的木结构建筑中,轻型木结构为主流,占比近70%,重型木结构约占16%,其他形式木结构(包括重轻木混合、井型木结构、木结构与其他建筑结构)约占17%。木别墅在已建木结构建筑中占比51%,仍是木结构建筑应用的主要市场。

随着时代与科技的发展,现代木结构采用新材料、新技术、工厂化精密生产,与传统木结构相比,更加环保、舒适耐用、隔热节能、结构安全,抗震、隔音性能优良,比钢筋混凝土结构、砖石结构更加优越。

现代木结构将传统建筑材料与现代加工、施工技术融为一体,采用标准化设计、工厂化构件生产、信息化管理、现场装配,工期短、质量可控,符合建筑工业化的发展方向。以木结构建筑为例,从原材料采集→构件加工生产→现场装配,全过程实现机械化。预制木质构件、部件,包括内外墙板、梁、柱、楼板、楼梯等,在工厂内制造加工,运到施工现场装配。

生产过程

采用标准构件的模块化配置和一体化设计,统一预制生产,工具化施工,可轻松、快速地形成集成化木构件产品组合。

现代木建筑的结构体系分为轻型木结构、胶合木结构和原木结构以及木结构与其他结构的组合体系。

轻质木结构体系

轻型木结构是由标准木材、木基结构板或石膏板制成的木框架墙体、楼板和屋面系统组成的单层或多层建筑结构(见图2)。墙柱、楼板格栅、轻型木桁架或椽子之间的间距一般为600mm。当设计明确要求增加桁架间距时,最大间距不得超过1200mm。

外墙立柱内侧采用石膏板,外侧采用定向刨花板(OSB板)、胶合板、装饰板或其他饰面材料,立柱之间填充不燃保温材料。

构件连接方式有钉子、螺栓、齿板、通用或专用金属连接等,以钉子连接为主。轻型木结构可用于建造住宅、小型旅游建筑、商业建筑等。

轻质木结构体系

胶合木结构体系

胶合木结构是用20至45毫米厚的锯材胶合而成的层压木构件制成的房屋结构体系。

胶合木结构是指承重构件采用集成材制成的单层或多层建筑结构,木材通过工业化生产加工,利用化学胶合、高压成型、材料改性等手段,达到结构要求。

胶合木房屋墙体可采用轻型木结构、玻璃幕墙、砌体墙等结构形式,构件连接主要采用螺栓、销钉、剪力板及各种金属连接件等方式。胶合木结构适用于单层工业厂房及多功能的大中型公共建筑,如大空间、大跨度的体育场馆等。

胶合木结构体系

加拿大里士满椭圆球场

日志结构体系

原木结构是由规格、形状统一的方木、圆木或胶合木构件组合而成,集承重体系与围护结构于一体的木结构体系。

肩部榫槽相互搭接,端部缺口相交形成内外防护墙,木构件之间加设亚麻毡垫和特制橡胶条,加强外围防护结构的防水、防风、保温性能。

原木建筑具有优良的气密性、水密性、保温性、保湿性、隔音性、阻燃性等隔热性能,原木建筑本身可以透气,能调节室内湿度。

木结构适用于住宅、医院、疗养院、养老院、托儿所、幼儿园、体育建筑等。

木结构房屋

木结构组合体系

木结构的复合建筑是指由木结构或其组件和其他材料组成的结构系统(例如钢,钢筋混凝土或砌体以及其他非耐燃料结构),这些结构具有相同的木材结构,并具有相同的力量。木结构剪力墙。

与较低的钢筋混凝土结构相比,上木结构是轻巧的,其侧向刚度较低。

Wood structure composite buildings can adopt the following two forms: ① A composite structure in which the upper part is a wood structure and the lower part is other structures. If the lower part is a 4-story reinforced concrete structure and the upper part is a wood structure, it is referred to as a "4+3" composite structure; ② In concrete structures, masonry structures or steel structures, light wood floors or light wood roofs are used as a composite structure of horizontal floors or roofs, such as light wood trusses used in flat roof to slope roof projects.

尽管木结构允许的最大地板数为3,但木结构的复合建筑物最多可以建造7层,即,上部木结构仍然是3层,而下部的非燃烧结构(例如,钢筋混凝土或砌体)是4层,这增加了木结构的范围。

轻型木质混凝土上下组合建筑物

目前,为了应对当前我国家各个地区经济发展的状况以及木结构行业的不同基础,我们采用了一种多管齐下的方法。

(1)专注于在特征区域,景观花园和其他允许的地方使用木材(竹子)建筑物,以及将平坦的土地转换为倾斜的土地和倾斜的镇上重建的项目。 ES和政府投资的景观花园应采用木制结构。

(2)积极研究和开发木制框架结构墙和木制的非负载墙壁,并在所有区域中促进其在木制框架结构建筑物中包括木制框架结构的墙壁,并在重型木材结构中,在重型木材结构中,在“新墙壁材料”中使用新的木制构造单位。

(3)对木材结构建筑物的关键技术进行大力研究,探索和研究适合不同地区的木材结构系统,并支持现代木材结构建筑物的关键技术,并建立与我所在国家 /地区的国家条件相吻合的技术系统。建筑物的建筑物是主要的国家研究项目,关键科学和技术项目以及科学技术支持计划的项目。

(4)在关键领域和关键技术中进行有关木材特性,结构安全性,防火性能,耐用性和耐用性的研究,包括应用快速生长的森林木材的应用,加工和应用绿色的木材,绿色的建筑材料,诸如环保墙壁材料,诸如多层木材结构的范围。以及对现代木结构建筑物的现有建筑物的翻新。

组件和零件的新建筑和生产方法

为了促进绿色建筑和住宅工业化的发展,加强促进新建筑组件技术的促进,并解决了建筑和应用中新建筑物组件的问题,组件已成为建筑行业中新的主流技术。

零件当前具有以下特征:

一个是标准化;

其次,工业产品由工厂处理的原材料制成;

第三是由工厂处理的工业产品形成的集成产品;

第四,在住宅项目中广泛使用并满足住所的特定功能要求;

第五,产品范围非常广泛,制造商的专业要求非常强,包括规模,质量,市场,售后市场和一些微妙的发展。

在传统的家用装饰中,每个工人都有不同的手势,不同的表面效果。逐渐踏上标准化和工业化质量生产的道路,在模块化设计后,住宅装饰所需的组件和材料都是在工厂的标准装配线上生产的。

标准化克服了手动工作的不确定性和随机性,这意味着没有指甲孔,裂纹和更高的生产力。今天的室内环境,我国家的当前阶段基本上采用了基于潮湿的装饰方法,该方法过于广泛,材料消耗率很高,劳动力效率低下,装饰方法迫切需要将其急需转换为一种装饰方法第1.1.5条的“实施商业居民建筑的一次性指南”指出,“坚持住宅行业的现代化技术途径,积极促进居住装饰的工业化生产,从而改善了隔间组装的程度,改善了手动工作,降低了手动工作,开发和促进了新技术的启动,并促进了新的企业范围。 “实施商业住宅建筑的一次性装饰指南”清楚地定义了“预制装饰”的主要特征:

第一个是工业化的生产。

第二个是组装构造。在工业化产生的大量标准化零件和组件的支持下,可以在装饰施工现场实现组装。

第三,预制装饰是工业化建筑系统的重要组成部分。

“预制装饰”具有许多优势:

首先,零件是在工厂制造的,该田地采用干燥操作,可以完全保证产品质量和性能;

其次,它提高了劳动力生产率,缩短了建设期,节省了大量的劳动力和管理成本,并降低了住房生产成本,并具有巨大的全面收益;

第三,综合组件组装生产的使用可以有效地解决建筑生产中的错误和模数界面问题,并促进工业技术以及工业生产和管理的发展;

第四,很容易维护,这减少了以后的操作和维护的困难,并在整个生命周期中更新零件的可能性可能;

第五,它是节能和环保的,减少了原材料的废物,并大大减少了环境污染,例如建筑噪音,灰尘和建筑浪费。

预制装饰非常适合一定数量的标准化空间,因此,根据住房和城市农村发展部的数据,在大量负担得起的住房中实施预制的装饰。它基本上已经完成,为预制的装饰提供了巨大的市场空间。基于一个百年居住的住宅的商尔装饰。 在负担得起的住房,北京鸟根第一阶段的公共租赁住房,Tongzhou Majuqiao公共租赁住房以及coking植物的公共租赁住房项目都采用了预制的装饰技术。

 
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