混凝土裝配式建筑運(yùn)用到保障性住房中房型設(shè)計(jì)的探討

1 前言

保障房建設(shè)是當(dāng)前重要的民生工程，牽涉到億萬居民的切身利益。社會意義和政治意義都非常深遠(yuǎn)，所涉及的方面很多、政策性很強(qiáng)，需投入的資金量巨大、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長。因此從政府的角度出發(fā)，把保障房的建設(shè)辦好是頭等大事。

住宅建筑工業(yè)化生產(chǎn)是住宅生產(chǎn)方式的變革，推動預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化，是住宅建設(shè)的發(fā)展趨勢，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的必然需求。當(dāng)今世界，能源緊張，節(jié)能減排已是全球共同的話題，建筑的工業(yè)化勢在必行。

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)運(yùn)用在住宅建筑中，通常有裝配式框架體系、裝配式混凝土框架—剪力墻體系、裝配式剪力墻體系。根據(jù)閔行浦江基地的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，本文僅對裝配式混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系在保障性住房中房型設(shè)計(jì)上的運(yùn)用進(jìn)行討論。

2 裝配式建筑簡述

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)是由預(yù)制混凝土構(gòu)件或部件通過鋼筋，連接件或施加預(yù)應(yīng)力加以連接并現(xiàn)場澆筑混凝土而形成整體的結(jié)構(gòu)，又簡稱為預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)（precast concrete，PC結(jié)構(gòu)）。按照此工藝建造的建筑，稱為裝配式建筑，也可稱為PC建筑。裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)是工業(yè)化住宅的理想結(jié)構(gòu)體系。

2.1裝配式建筑的特點(diǎn)

1)預(yù)制構(gòu)件表面平整、外觀美觀、尺寸準(zhǔn)確，建筑物的質(zhì)量明顯提高；

2)施工方便，模板和現(xiàn)澆混凝土作業(yè)減少，預(yù)制樓板無需支撐，疊合樓板模板較少；

3)建造速度快，對周圍的環(huán)境影響??；

4)預(yù)制結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)還可以充分利用工業(yè)廢料，變廢為寶，以節(jié)約資源和其他材料。

2.2裝配式建筑的要求

我國建筑行業(yè)一直走的是粗放型的發(fā)展道路，標(biāo)準(zhǔn)化缺失，模數(shù)化沒有真正落實(shí)。住宅開發(fā)及部品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化概念淡薄，對模數(shù)協(xié)調(diào)理論不重視。

我們號召向制造業(yè)學(xué)習(xí)，像造汽車那樣造房子，向機(jī)械行業(yè)、計(jì)算機(jī)行業(yè)學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)他們的標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化及模塊化，結(jié)合建筑行業(yè)的實(shí)際，解決難以標(biāo)準(zhǔn)化的問題。

裝配式建筑一定要用標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化、模塊化的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 裝配式建筑在保障性住房中運(yùn)用的可行性

3.1保障性住房的社區(qū)規(guī)模大、易形成規(guī)模效應(yīng)，適合住宅工業(yè)化的推行

上海市政府為了加快推進(jìn)全市配套商品房的建設(shè)、解決城市低收入住房困難家庭的住房問題、完善現(xiàn)有的保障性住房建設(shè)體系，積極部署規(guī)劃了多個(gè)大型居住社區(qū)保障房建設(shè)是當(dāng)前重要的民生工程。市政府規(guī)劃了顧村、泗涇、浦江、三林、周康航等多個(gè)保障房的大型居住社區(qū)。每個(gè)大型居住社區(qū)的規(guī)模都在100~200萬平方米左右。只要將其中部分建筑量以裝配式建筑的工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造，就能形成一定的規(guī)模效應(yīng)，對降低建造成本提供了一定量上的保證?，F(xiàn)閔行浦江基地，建設(shè)單位已將其中的30萬m2的住宅，以PC工法的工藝進(jìn)行建造。

3.2保障性住房的房型面積小、房型式樣不多，適合標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化生產(chǎn)

受政策等各方面的影響，保障性住房的套型建筑面積均不大。經(jīng)濟(jì)適用房在90m2以內(nèi)，公共租賃房在60m2以內(nèi)。小面積的戶型增加了設(shè)計(jì)難度。但從另一方面講，由于是小面積的戶型，各功能房間僅滿足基本功能的需求，戶型的變化少，這對推廣標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化是有利的。在實(shí)際工程中，保障性住房對個(gè)性化的設(shè)計(jì)要求并不是很高；一個(gè)項(xiàng)目中房型的種類基本在3~4種；在建筑設(shè)計(jì)上退臺、錯(cuò)層等的設(shè)計(jì)手法，很少使用。所以適合工業(yè)化設(shè)計(jì)的要求。

3.3政府政策層面上支持

保障性住房是政府的重大民生工程，政府在政策上肯定是大力支持的。裝配式建筑、工業(yè)化生產(chǎn)，這與國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革、節(jié)能減排、原材料的循環(huán)利用、提升建筑質(zhì)量等是密切相連的，政府在政策層面上必定是支持。上海市已經(jīng)出臺了《關(guān)于加快推進(jìn)本事住宅產(chǎn)業(yè)化的若干意見》和《關(guān)于本市鼓勵(lì)裝配整體式住宅項(xiàng)目建設(shè)的暫行辦法》。此辦法，對于裝配式建筑在容積率上給予3%的獎(jiǎng)勵(lì)。

4 保障性住房向工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)型

4.1當(dāng)前保障性住房的設(shè)計(jì)狀況

目前建筑的建造模式以現(xiàn)場澆筑為主。在此建造工藝的前提下，保障性住房的設(shè)計(jì)存在以下幾方面的狀況：

1)由于建筑面積小，建筑尺寸的模數(shù)化概念不強(qiáng)。例如：主臥室的開間尺寸通常會設(shè)計(jì)成3.3~3.6m之間，但次臥室的尺寸往往就多種多樣了；

2)房型平面凹凸多，體形系數(shù)大，對節(jié)能不利。為了解決平面凹凸所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)問題，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)增加了大量的結(jié)構(gòu)連板，這些結(jié)構(gòu)連板在建筑上沒有功能要求；

3)有些開發(fā)單位過分地追求建筑形象，在立面設(shè)計(jì)上添加了大量的裝飾構(gòu)件。這些裝飾構(gòu)件通常是沒有功能作用的。這與綠色建筑的理念是相違背的。

上述幾點(diǎn)情況，是目前保障性住房設(shè)計(jì)對工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化建造不利的地方。在國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能減排、發(fā)展裝配式建筑的前提下，保障性住房的設(shè)計(jì)必須要有所改變和調(diào)整。

4.2初步嘗試，采用裝配式框架—剪力墻體系做戶型設(shè)計(jì)

最初做設(shè)計(jì)時(shí)，在常用的剪力墻戶型的基礎(chǔ)上，做一些規(guī)則化處理。將其改成框架剪力墻的結(jié)構(gòu)形式，預(yù)制外墻板掛在梁柱外側(cè)。主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行調(diào)整：

1)將原先的剪力墻體系調(diào)整成框架—剪力墻成體系；

2)主要柱網(wǎng)和剪力墻縱橫兩個(gè)方向基本對齊；

3)東西山墻和北向外墻拉平；

4)內(nèi)部隔墻盡量對齊；

5)將戶型設(shè)計(jì)成對稱的式樣，以減少預(yù)制構(gòu)件的種類。

關(guān)于本戶型預(yù)制及現(xiàn)澆構(gòu)件的說明：

1）主體框架柱和剪力墻現(xiàn)場澆注；

2）樓板、陽臺板和框架梁為疊合構(gòu)件；

3）外圍護(hù)墻板、內(nèi)隔墻、空調(diào)板、樓梯等為預(yù)制構(gòu)件。

按此方案實(shí)施預(yù)制率為50%，如將框架柱改為預(yù)制構(gòu)件預(yù)制率為70%。

經(jīng)過各方的協(xié)同努力后，本方案在閔行浦江基地進(jìn)行試點(diǎn)實(shí)施。從目前實(shí)踐的情況來看，本方案存在的問題主要是：室內(nèi)存在凸出的梁柱，與常規(guī)的剪力墻戶型相比，帶來使用上的不方便，北向的次臥室尤為明顯；中間套型的起居室偏暗；整體造價(jià)較高等。針對上述的問題，我們進(jìn)行了反思。

1）以成本考量為導(dǎo)向，標(biāo)準(zhǔn)化工作必須先行，且初期不宜追求過高預(yù)制率；

2）標(biāo)準(zhǔn)化涉及到可拼裝組合的戶型、構(gòu)件拆分等多個(gè)方面，只有實(shí)現(xiàn)了徹底的標(biāo)準(zhǔn)化才能真正有效的降低成本；

3）實(shí)施PC之前需從項(xiàng)目策劃、概念設(shè)計(jì)的源頭開始，拿任何已有的現(xiàn)澆體系的住宅改成PC，成本控制的難度會非常大；

4）不能為了預(yù)制而預(yù)制，應(yīng)著眼于PC技術(shù)體系的成熟和進(jìn)一步發(fā)展；

5）而建立一套自己特色的技術(shù)體系則需要長時(shí)間的實(shí)踐和堅(jiān)持，只有不斷改進(jìn)和優(yōu)化才能進(jìn)一步降低成本，將技術(shù)的推廣應(yīng)用找最為成熟；

6）PC技術(shù)體系不能僅僅為了做住宅；

7）住宅采用PC技術(shù)的優(yōu)勢就是每年住宅的建設(shè)規(guī)模大，傳統(tǒng)住宅的戶型的諸多變化導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)化的缺失。

綜上所述，在傳統(tǒng)戶型基礎(chǔ)上調(diào)整出來的裝配式建筑、為了裝配式建筑而去裝配等的做法是不合適的。要使裝配式建筑能在保障性住房中推廣，為市場接受，必須在建筑房型平面設(shè)計(jì)上有一定的改變和突破。

4.3設(shè)計(jì)提升，在裝配式框架—剪力墻體系下戶型平面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)型

由于初步嘗試的戶型存在一些不足，我們進(jìn)行了反思。突出標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化的設(shè)計(jì)理念。標(biāo)準(zhǔn)為“在一定范圍內(nèi)獲得最佳秩序，對活動或其結(jié)果規(guī)定共同的和重復(fù)使用的規(guī)則，導(dǎo)則或特征的文件。該文件經(jīng)協(xié)商一致并經(jīng)一個(gè)公認(rèn)的機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)?！睒?biāo)準(zhǔn)應(yīng)該以科學(xué)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的綜合成果為技術(shù)，以促進(jìn)最佳社會效益為目的。標(biāo)準(zhǔn)化的形式和方法主要是：簡化、統(tǒng)一化、通用化、組合化、系列化、模塊化。

如某些家具設(shè)計(jì)最能體現(xiàn)此概念。

裝配式建筑的設(shè)計(jì)應(yīng)該充分體現(xiàn)此理念。結(jié)合保障性住房的實(shí)際情況，對戶型的設(shè)計(jì)提出了若干原則。

1）裝配式框架—剪力墻體系的預(yù)制率的高低可調(diào)節(jié)性大，且此體系還可以用于辦公、商業(yè)、學(xué)校等一系列的公共建筑中，市場前景廣闊。因此，新的戶型設(shè)計(jì)依舊選用裝配式框架—剪力墻體系。

2）如果是大空間的建筑，房間內(nèi)存在凸梁凸柱對建筑的使用功能影響不會太大。但保障性住房的房間面積小，凸梁凸柱的影響不能不考慮。提出將梁柱外凸到室外，以減弱凸梁凸柱對室內(nèi)的影響。

3）建筑尺寸盡量統(tǒng)一，從而可以較少預(yù)制構(gòu)件的種類和規(guī)格。通過構(gòu)件之間不同的組合來達(dá)到各種戶型的使用要求。

4）廚房、衛(wèi)生間、陽臺等小構(gòu)件尺寸盡可能一致。

在上述原則的指導(dǎo)下，提出了以下的戶型設(shè)計(jì)。

此戶型構(gòu)件的種類少，大部分的構(gòu)建是以6.6m和3.3m為基本尺寸。平面規(guī)則，基本沒有凹凸，體形系數(shù)小，對節(jié)能有利。柱網(wǎng)規(guī)則，縱橫兩個(gè)方向均能對齊，對結(jié)構(gòu)受力有利。沒有凹口，對房間采光有利。梁柱外凸，減少了結(jié)構(gòu)構(gòu)件對平面的影響。此戶型設(shè)計(jì)成一房、二房、三房，三種不同戶型的組合形式，滿足了保障性住房的基本功能需求。戶型單元之間可分可合。

此戶型的建筑構(gòu)（部）件可拆分為：交通核剪力墻部分、樓梯、框架柱、框架梁、外圍護(hù)墻體、陽臺、樓板、空調(diào)板等。剪力墻為現(xiàn)澆構(gòu)件、樓板和陽臺為疊合構(gòu)件、其它的均可做成預(yù)制構(gòu)件。可根據(jù)工程實(shí)際情況，自主選擇預(yù)制構(gòu)件。調(diào)整預(yù)制率的高低比較方便。

4.4戶型的可延展性設(shè)計(jì)

僅一種戶型是不可能滿足市場的需求。在上述對裝配式建筑的認(rèn)識、實(shí)踐和設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo)下，提出了一系列的戶型設(shè)計(jì)方案。同樣的建筑構(gòu)件，通過不同的組合，再配以不同的現(xiàn)澆的交通核，來滿足不同住宅需求。讓裝配式建筑在保障房中實(shí)現(xiàn)：簡化、統(tǒng)一化、通用化、組合化、系列化、模塊化。

在此，衍生出來了三種系列的戶型平面圖,如下：

A系列：由三戶組成一個(gè)單元，開間模數(shù)3300，進(jìn)深模數(shù)4500。通過現(xiàn)澆交通核的不同，來滿足11~24層的戶型要求。

B系列：由四戶組成一個(gè)單元，開間模數(shù)3300，進(jìn)深模數(shù)3300和3600。通過現(xiàn)澆交通核的不同，來滿足11~24層的戶型要求。

C系列：由四戶組成一個(gè)單元，開間模數(shù)3300，進(jìn)深模數(shù)由三種。通過內(nèi)天井來實(shí)現(xiàn)中間戶型廚衛(wèi)等房間的通風(fēng)和采光。此設(shè)計(jì)建筑進(jìn)深大，有利于節(jié)約用地。

上述系列的房型都體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化、系列化的概念。戶型平面規(guī)整，有利于建筑節(jié)能。但建筑的進(jìn)深不大，對節(jié)約土地不利。如果能提倡暗衛(wèi)生間，那對裝配式建筑的戶型設(shè)計(jì)是非常有利的。既可以減少凹凸和內(nèi)天井，又能加大建筑進(jìn)深。小面寬、大進(jìn)深的建筑可以節(jié)約土地。

4.5裝配式建筑立面設(shè)計(jì)

裝配式建筑的立面設(shè)計(jì)同樣應(yīng)體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化的理念。在二進(jìn)制的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域里“0”和“1”創(chuàng)造了數(shù)字世界，簡單卻擁有無限可能。在做立面設(shè)計(jì)時(shí)可以借鑒這個(gè)概念?！?”可以看做裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)，“1” 可以看做標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化的通用部件。兩者相結(jié)合，并以不同的排列和組合來達(dá)到立面設(shè)計(jì)的變化與同一性。

上述建筑戶型的立面上已經(jīng)存在有四種元素——柱、梁、板、陽臺（欄桿）。此四種元素是建筑的基本構(gòu)件?，F(xiàn)代住宅建筑中通常會在空調(diào)板外加百葉，來隱蔽空調(diào)室外機(jī)。因此，立面上總共有柱、梁、板、陽臺（欄桿）、百葉共五種元素。通過五種元素的不同組合方式、柱和墻面的顏色和材質(zhì)的變化，來到達(dá)立面設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化、多樣化。

4.6裝配式建筑相關(guān)構(gòu)造示意圖

住宅窗戶損失的熱量占到總量的接近一半，增強(qiáng)外窗的節(jié)能措施將起到很好的作用。PC墻板預(yù)埋窗框，解決了窗框與墻體之間的氣密性問題；凸梁凸柱的結(jié)構(gòu)形式，增加了南向外窗的遮陽效果，形成一個(gè)天然的外遮陽效果。夏季高太陽方位角的直射強(qiáng)光被凸梁凸柱遮擋，冬季低太陽方位角的光線可以直射入室內(nèi)，增強(qiáng)戶內(nèi)得熱效果。

5 結(jié)語

在我國20世紀(jì)50~60年代，混凝土裝配式建筑曾經(jīng)推廣過。但由于技術(shù)等各種原因，被市場所淘汰。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今混凝土裝配式建筑的技術(shù)在國外已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，但國內(nèi)發(fā)展較慢。在經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)面臨轉(zhuǎn)型之際，混凝土裝配式建筑必定會迎來大發(fā)展的時(shí)期。保障性住房是國家重大的民生工程，混凝土裝配式建筑對國家的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，節(jié)能減排等有著積極的意義。兩者如能完美結(jié)合，必定是利國利民的好事。

參考資料：

[1]中國建筑文化中心編.編委：于華 史健等.保障性住房設(shè)計(jì)圖集.江蘇人民出版社 2011.6

[2]主編：中國土木工程學(xué)會住宅工程指導(dǎo)工作委員會/承編：《建筑創(chuàng)作》雜志社 譚慶璉等.2005~2007中小戶型住宅方案選編.天津大學(xué)出版社 2007.8.

[3]同濟(jì)大學(xué)建筑工程系薛偉辰.預(yù)制混凝土框架住宅體系研究.2010.8.