建筑工業(yè)化的結(jié)構(gòu)體系和關(guān)鍵技術(shù)

  建筑工業(yè)化不僅是施工問題，而且與建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系也極大。設(shè)計(jì)是龍頭，應(yīng)該為建筑工業(yè)化創(chuàng)造條件，建筑的結(jié)構(gòu)體系施工，施工單位不能也無權(quán)決定或修改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就是一些建筑構(gòu)件做法也都要經(jīng)過設(shè)計(jì)認(rèn)可，因此要求設(shè)計(jì)單位應(yīng)該把建筑工業(yè)化揉在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過程中，為建筑工業(yè)化創(chuàng)造條件。設(shè)計(jì)成果的內(nèi)容和深度是構(gòu)件生產(chǎn)、施工階段對設(shè)計(jì)需求的結(jié)果。而在裝配式建筑中，設(shè)計(jì)與生產(chǎn)又存在著不可分割的聯(lián)系：設(shè)計(jì)便于生產(chǎn)制造中成本降低；生產(chǎn)工藝改進(jìn)促使設(shè)計(jì)靈活性提高，設(shè)計(jì)與工藝成為了一個(gè)互利互進(jìn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

  （一）工業(yè)化建筑的設(shè)計(jì)分析

  1.從構(gòu)件生產(chǎn)工藝角度來看深化設(shè)計(jì)需考慮以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

  1）構(gòu)件詳圖：制作適合生產(chǎn)的構(gòu)件詳圖，包括模板圖、配筋圖。

  2）模具圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：符合模具設(shè)計(jì)的初步構(gòu)件圖可以在構(gòu)件外觀尺寸確定后提供，設(shè)計(jì)師根據(jù)需要可審核模具圖。

  3）模具加工：盡量考慮模具使用的通用性及重復(fù)利用率。

  4）工廠備料：設(shè)計(jì)確定構(gòu)件的所有預(yù)埋件型號(hào)、外飾面材料、門窗型號(hào)等。

  5）綁筋、組模、預(yù)埋：構(gòu)件圖中需明確表示配筋要求、預(yù)埋件的定位、防雷設(shè)置要求，注意位置避免互相干涉打架。

  6）混凝土澆筑：構(gòu)件圖需表達(dá)不同構(gòu)件所用混凝土的標(biāo)號(hào)。

  7）脫模、養(yǎng)護(hù)：構(gòu)件圖需表達(dá)脫模的吊點(diǎn)、吊具型號(hào)及位置。

  2.從構(gòu)件物流運(yùn)輸角度來看深化設(shè)計(jì)需考慮以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

  1）構(gòu)件養(yǎng)護(hù)：是否達(dá)到脫模、起吊強(qiáng)度要求，要求達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%以上。

  2）成品堆放：構(gòu)件詳圖明確構(gòu)件編號(hào)、樓棟號(hào)、層號(hào)、軸線及構(gòu)件順序，構(gòu)件表面噴涂相應(yīng)信息。

  3）成品質(zhì)檢：對應(yīng)構(gòu)件詳圖檢驗(yàn)鋼筋外露尺寸、構(gòu)件尺寸等，發(fā)放合格證或準(zhǔn)用證。

  4）構(gòu)件裝車：構(gòu)件拆分尺寸考慮車輛寬度及載重要求，配備專用構(gòu)件運(yùn)輸架。

  5）構(gòu)件質(zhì)量檢查：深化設(shè)計(jì)圖紙明確構(gòu)件驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

  （二）工業(yè)化建筑的結(jié)構(gòu)體系分析

  工業(yè)化建筑是指采用構(gòu)配件定型生產(chǎn)的裝配施工方式，按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)定型設(shè)計(jì)，在工廠內(nèi)成批生產(chǎn)各種構(gòu)件，然后運(yùn)到工地，在現(xiàn)場以機(jī)械化的方法裝配而成的建筑。

  1.外墻掛板體系：

  內(nèi)墻用大模板以混凝土澆筑，墻體內(nèi)配鋼筋網(wǎng)架；外墻掛預(yù)制混凝土復(fù)合墻板，配以構(gòu)造柱和圈梁。便于施工，加快進(jìn)度，提高建筑的工廠化加工，確保工程質(zhì)量和不降低抗震能力的前提下節(jié)省建設(shè)投資。

  預(yù)制部件：外墻、疊合樓板、陽臺(tái)、樓梯、疊合梁

  體系特點(diǎn)：豎向受力結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆，外墻掛板不參與受力，預(yù)制比例一般10%-50%，施工難度較低，成本較低。

  適用高度：高層、超高層

  適用建筑：保障房、商品房、辦公建筑

  2.裝配式框架體系

  預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)體系是按標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，根據(jù)結(jié)構(gòu)、建筑特點(diǎn)將柱、梁、板、樓梯、陽臺(tái)、外墻等構(gòu)件拆分，在工廠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制生產(chǎn)，現(xiàn)場采用塔吊等大型設(shè)備安裝，形成房屋建筑。

  預(yù)制部件：柱、疊合梁、疊合樓板、陽臺(tái)、樓梯等

  體系特點(diǎn)：工業(yè)化程度高，內(nèi)部空間自由度好，室內(nèi)梁柱外露，施工難度較高，成本較高。

  適用高度：60米以下

  適用建筑：公寓、辦公、酒店、學(xué)校等建筑

  3.裝配式剪力墻體系

  “裝配剪力墻結(jié)構(gòu)”是“裝配式混凝土結(jié)構(gòu)”的一種類型，其定義是主要受力構(gòu)件剪力墻、梁、板部分或全部由預(yù)制混凝土構(gòu)件（預(yù)制墻板、疊合梁、疊合板）組成的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)。在施工現(xiàn)場拼裝后，采用墻板間豎向連接縫現(xiàn)澆、上下墻板間主要豎向受力鋼筋漿錨連接以及樓面梁板疊合現(xiàn)澆形成整體的一種結(jié)構(gòu)形式。

  預(yù)制部件：剪力墻、疊合樓板，疊合梁、樓梯、陽臺(tái)、空調(diào)板、飄窗、戶隔墻等

  體系特點(diǎn)：工業(yè)化程度高，預(yù)制比例可達(dá)70%，房間空間完整，幾乎無梁柱外露，施工簡易，成本最低可與現(xiàn)澆持平、可選擇局部或全部預(yù)制，空間靈活度一般。

  適用高度：高層、超高層

  適用建筑：保障房、商品房等

  沈陽萬科和沈陽市政府合作建設(shè)萬科春河里項(xiàng)目位于沈陽市青年公園附近，總建筑面積45萬平方米。按照土地招拍掛要求須采用裝配式施工方案，目前裝配式建筑最高達(dá)為31層（96米），使用產(chǎn)品包括外墻板、內(nèi)墻板、疊合樓板、樓梯、空調(diào)板、PCF等，項(xiàng)目于2011年7月開工。

  4.裝配式框架-剪力墻體系：

  預(yù)制部件：柱、剪力墻、疊合樓板，陽臺(tái)，樓梯、戶隔墻等；

  體系特點(diǎn)：工業(yè)化程度高，施工難度高，成本較高，室內(nèi)柱外露，內(nèi)部空間自由度較好。

  適用高度：高層、超高層；

  適用建筑：商品房、保障房等。

  （三）推進(jìn)我國工業(yè)化的技術(shù)步驟

  首先要發(fā)展工廠化和裝配化，因?yàn)樵诠S制作可以改變生產(chǎn)條件，大大提高機(jī)械化和自動(dòng)化水平，尤其是建筑物量大面廣的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，宜盡量在工廠內(nèi)生產(chǎn)（包括RC及鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件），但也必須從實(shí)際出發(fā)具體分析。

  如建筑外墻板（包括承重和圍護(hù)外墻板）在工廠內(nèi)預(yù)制運(yùn)至現(xiàn)場安裝，具有巨大優(yōu)勢，可在工廠內(nèi)一次制成裝飾結(jié)構(gòu)和保溫三合一的外墻板運(yùn)到現(xiàn)場安裝，外立面即可完工亮相，大大減少了施工工序、勞動(dòng)力、多次外腳手架的搭拆和長時(shí)期的高空危險(xiǎn)作業(yè)，減少現(xiàn)場作業(yè)，消滅了砌筑、抹灰等笨重體力勞動(dòng)，加快工程進(jìn)度，做到現(xiàn)場文明綠色施工。

  內(nèi)承重墻（剪力墻）則完全不同，近年來普遍采用的大模板、鋼筋點(diǎn)焊網(wǎng)片、商品混凝土和混凝土泵及布料桿等，除振搗外幾乎全部都是機(jī)械作業(yè)，機(jī)械化水平已經(jīng)很高了，這套工藝已經(jīng)達(dá)到了工業(yè)化施工水平，還有利于抗震，減少由于墻體裝配連接帶來的一系列復(fù)雜工藝，所以現(xiàn)澆混凝土工藝不一定不是建筑工業(yè)化。

  至于非承重內(nèi)隔墻還是采用預(yù)制輕質(zhì)混凝土圓孔條板，也不排除整塊預(yù)制墻板在結(jié)構(gòu)施工時(shí)插入。

  關(guān)于RC樓板的工藝在地震區(qū)還是采用疊合樓板，以解決墻板節(jié)點(diǎn)整體性問題，在非地震區(qū)仍可采用預(yù)制樓板，但需改進(jìn)墻體與樓板的節(jié)點(diǎn)現(xiàn)澆。樓板施工重點(diǎn)要解決模板工藝，因模板大量消耗木材等物資資源，又費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，改革模板工藝就可以在RC樓板施工的工業(yè)化方面邁進(jìn)一步，至于現(xiàn)澆樓板、剪力墻等鋼筋施工，應(yīng)采取工廠預(yù)制的點(diǎn)焊鋼筋網(wǎng)片，鋼筋成型加工一律由工廠生產(chǎn)。

  近幾年我國已大規(guī)模在眾多高層或超高層工程的核心筒部位推廣了液壓爬模，這也是一種模板工業(yè)化施工很好的體系，建議以后還應(yīng)該在RC剪力墻結(jié)構(gòu)的高層住宅建筑中推廣應(yīng)用。

  對于一些小型構(gòu)件如樓梯、陽臺(tái)等更應(yīng)該全面采用預(yù)制裝配工藝，減少現(xiàn)場作業(yè)。

  RC無梁樓蓋也是“建筑工業(yè)化”的重要體系之一。新規(guī)范對這種體系在地震區(qū)進(jìn)行了限制（高度不超過30m），這種體系30年前就在美國大量推廣，可見其優(yōu)勢，其施工特點(diǎn)是樓板可采用工具式大型飛模，樓板鋼筋采用點(diǎn)焊網(wǎng)片，外墻為輕質(zhì)掛板，內(nèi)隔斷為輕鋼龍骨石膏板，RC柱子采用快速整體支、脫模。這種體系除外墻板是預(yù)制裝配、內(nèi)隔墻是干作業(yè)外幾乎全是現(xiàn)澆RC構(gòu)件，但其工業(yè)化施工水平卻是非常高的。

  RC框架結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化施工，宜先從三合一預(yù)制裝配外墻板，剪力墻采用大模板快速整體支、拆柱模，RC疊合樓板和預(yù)制裝配內(nèi)隔墻（或干作業(yè)）等方面抓起。

  總之，RC結(jié)構(gòu)施工要實(shí)行工業(yè)化還是采用預(yù)制裝配與現(xiàn)場現(xiàn)澆相結(jié)合的施工工藝，尤其是地震區(qū)和高層建筑，這要從我國實(shí)際出發(fā)，建筑工業(yè)化不在于預(yù)制裝配或現(xiàn)場現(xiàn)澆，關(guān)鍵是要提高勞動(dòng)效率和機(jī)械化水平。

  在裝飾、機(jī)電施工工業(yè)化方面，總的精神是取消或大大減少現(xiàn)場濕作業(yè)、消除砌筑抹灰等強(qiáng)體力勞動(dòng)，減少手工作業(yè)，最大程度地實(shí)行工廠預(yù)制、現(xiàn)場組裝的工藝。

  門窗全部在工廠制作并組裝成整體運(yùn)至現(xiàn)場整體安裝，外門窗也要在預(yù)制外墻板的生產(chǎn)廠內(nèi)安裝完成后再出廠。

  衛(wèi)浴、廚房宜采取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)式設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)部配件和定型設(shè)備，有條件最好采用廁、廚匣子結(jié)構(gòu)，在廠內(nèi)整套組裝好后運(yùn)至現(xiàn)場整體安裝。

  裝飾和機(jī)電雖然工作量不如結(jié)構(gòu)大，但品種復(fù)雜，工序頻繁，相互交錯(cuò)，并且不少項(xiàng)目在工廠內(nèi)預(yù)制有諸多不便，需進(jìn)一步探索。

  （四）工業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究

  1.PC墻體

  在許多發(fā)達(dá)國家由于人工成本很高，工業(yè)化生產(chǎn)的住宅不但品質(zhì)好、施工速度快，甚至比傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工造價(jià)更低，其成熟的技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可，并逐漸成為住宅生產(chǎn)的主流方式，其中用預(yù)制混凝土構(gòu)件（Precastcomponents，簡稱PC）建設(shè)的PC住宅以優(yōu)良的性能在不同國家受到普遍歡迎。

  建筑的預(yù)制構(gòu)件是實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)構(gòu)件，是半成品，如板、梁、板墻、樓梯、住宅單元等。

  預(yù)制混凝土外墻（PC外墻）板模板主要采用鋼模，鋼筋加工后整體綁扎，然后調(diào)到模板內(nèi)安裝，混凝土澆筑后進(jìn)行整體養(yǎng)護(hù)。生產(chǎn)過程中的模具清潔、鋼筋加工成新、面磚粘貼、窗框安裝、預(yù)埋件固定、混凝土施工即蒸汽養(yǎng)護(hù)、拆模搬運(yùn)等工序均采用工廠式流水施工，每個(gè)工種都由相對少數(shù)固定的嫻熟工人實(shí)施操作。

  與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)整體現(xiàn)澆的外板，保證了結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的整體性、連續(xù)性，不會(huì)因不同材料熱膨脹系數(shù)之間的差異而引起的磚墻與混凝土接縫處開裂，導(dǎo)致滲水的現(xiàn)象。但是另一方面，由于眾多板塊拼接，勢必會(huì)產(chǎn)生預(yù)制板墻之間的水平縫和豎向縫等縱橫交錯(cuò)的板塊拼縫，從而有可能產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象。

  2.PC外墻防水技術(shù)

  常見的外墻拼接防水技術(shù)有三種，一般采用構(gòu)造與材料防水相結(jié)合的方式：

  （1）水平拼縫排水；

  （2）垂直拼縫排水；

  （3）預(yù)制窗板窗框防水。

  水平拼縫防水：

  在水平拼縫防水技術(shù)中常見的防水措施有三種：

  1）材料密封防水做法；

  2）采用物理防水的方式――空腔構(gòu)造防水排水；

  3）為空心密封條防水。

  水平拼縫：最外側(cè)可采用材料密封防水的做法，將最外層作為材料密封防水層，可選用耐候硅膠等高分子密封膠將拼縫最外側(cè)密封，直接阻止水氣進(jìn)入接縫。拼縫中部是構(gòu)造形成的空腔，采用的防水方式是分別在上下兩塊預(yù)制混凝土墻板相應(yīng)的部位設(shè)置凹槽，這樣在兩塊板墻拼接時(shí)就會(huì)形成一個(gè)內(nèi)高外低的空腔。同時(shí)可以在空腔的下部也就是在下塊板的頂部設(shè)置一個(gè)排水槽，并將排水管設(shè)置在排水槽的近端垂直拼縫底部。在預(yù)制墻板的拼接內(nèi)側(cè)采用的防水措施是在內(nèi)側(cè)設(shè)置空心橡膠止水條。

  垂直拼縫防水：垂直拼縫防水措施就是設(shè)置豎向空腔。節(jié)點(diǎn)豎向空腔可以有效的防止水流向內(nèi)側(cè)，同時(shí)也可以通過下部設(shè)置的排水管排出流入水平空腔的水。為了使防水更加的安全有效、阻擋滲入的水汽，可以在空心橡膠止水條后部設(shè)置現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。

  預(yù)制窗板窗框防水：采用鋁合金窗框與預(yù)制混凝土板澆灌的方法，將PC外墻的外門窗框直接預(yù)埋于預(yù)制混凝土板中，鋁合金窗框與混凝土墻體被一次性制作成一個(gè)整體，從工藝上解決了外門窗的滲透問題，大大提高防水性能并可以有效的減少施工現(xiàn)場工程量，同時(shí)也提升了房屋的性能，改善了客戶的居住質(zhì)量。

  3.PC外墻尚未解決的難點(diǎn)問題

  雖然目前PC墻體得到廣泛的認(rèn)可，應(yīng)用范圍也在逐漸的擴(kuò)大，但仍然存在許多問題尚未解決：

  （1）就PC墻而言國內(nèi)技術(shù)的整個(gè)系統(tǒng)并未能達(dá)到工業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)。建筑工業(yè)化需要一個(gè)完整的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工安裝、后期維護(hù)的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)。每個(gè)環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣并需要相應(yīng)的技術(shù)、人才及法律法規(guī)的相互配合。但國內(nèi)在這些方面還只是初期階段。就開發(fā)研究需要強(qiáng)大的技術(shù)和資金支持就這一項(xiàng)目而言，國內(nèi)現(xiàn)在不管從政府還是企業(yè)都還在探討和博弈中。

  （2）成本方面的較量：國內(nèi)廉價(jià)的“人口福利”雖然在快速消失，但在建筑這一勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)中，畢竟有著強(qiáng)大的勞動(dòng)力基礎(chǔ)。比起花大價(jià)錢建造PC墻體的生產(chǎn)場地、從國外進(jìn)口生產(chǎn)線、高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)人才、運(yùn)輸費(fèi)用及吊裝所需設(shè)備及安裝限制等，砌塊墻體所需要的運(yùn)輸、安裝、養(yǎng)護(hù)及技術(shù)方面所需的投入就倍顯其現(xiàn)階段的優(yōu)勢――所以還是市場限制其發(fā)展。

  （3）防火及防水配件不成熟：現(xiàn)在國內(nèi)使用的防火材料不太能滿足PC墻體與樓板之間的防火要求及墻體變形要求。還有就是PC墻體四周都需防水膠條，但國內(nèi)產(chǎn)品一般太易老化，大大降低了PC墻體系統(tǒng)的防水能力，并且膠條的使用周期和PC墻體的使用周期還存在嚴(yán)重不匹配的問題。

  （4）設(shè)計(jì)及施工技術(shù)的轉(zhuǎn)型未完成：由于國內(nèi)近30年粗糙的設(shè)計(jì)要求及粗礦型的施工方法使得國人對精細(xì)化和人性化的建筑環(huán)境暫時(shí)還沒有更高的要求。但是隨著人們對自己身處環(huán)境認(rèn)知程度的不斷提升，對生活質(zhì)量的無止追求，建筑的“產(chǎn)品”性將慢慢體現(xiàn)出來。