建筑工業(yè)化的結構體系和關鍵技術

  建筑工業(yè)化不僅是施工問題，而且與建筑、結構設計關系也極大。設計是龍頭，應該為建筑工業(yè)化創(chuàng)造條件，建筑的結構體系施工，施工單位不能也無權決定或修改結構設計，就是一些建筑構件做法也都要經過設計認可，因此要求設計單位應該把建筑工業(yè)化揉在建筑結構設計的全過程中，為建筑工業(yè)化創(chuàng)造條件。設計成果的內容和深度是構件生產、施工階段對設計需求的結果。而在裝配式建筑中，設計與生產又存在著不可分割的聯(lián)系：設計便于生產制造中成本降低；生產工藝改進促使設計靈活性提高，設計與工藝成為了一個互利互進的關鍵環(huán)節(jié)。

  （一）工業(yè)化建筑的設計分析

  1.從構件生產工藝角度來看深化設計需考慮以下幾個環(huán)節(jié)：

  1）構件詳圖：制作適合生產的構件詳圖，包括模板圖、配筋圖。

  2）模具圖紙設計：符合模具設計的初步構件圖可以在構件外觀尺寸確定后提供，設計師根據(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利用率。

  4）工廠備料：設計確定構件的所有預埋件型號、外飾面材料、門窗型號等。

  5）綁筋、組模、預埋：構件圖中需明確表示配筋要求、預埋件的定位、防雷設置要求，注意位置避免互相干涉打架。

  6）混凝土澆筑：構件圖需表達不同構件所用混凝土的標號。

  7）脫模、養(yǎng)護：構件圖需表達脫模的吊點、吊具型號及位置。

  2.從構件物流運輸角度來看深化設計需考慮以下幾個環(huán)節(jié)：

  1）構件養(yǎng)護：是否達到脫模、起吊強度要求，要求達到設計強度75%以上。

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

  3）成品質檢：對應構件詳圖檢驗鋼筋外露尺寸、構件尺寸等，發(fā)放合格證或準用證。

  4）構件裝車：構件拆分尺寸考慮車輛寬度及載重要求，配備專用構件運輸架。

  5）構件質量檢查：深化設計圖紙明確構件驗收標準。

  （二）工業(yè)化建筑的結構體系分析

  工業(yè)化建筑是指采用構配件定型生產的裝配施工方式，按照統(tǒng)一標準定型設計，在工廠內成批生產各種構件，然后運到工地，在現(xiàn)場以機械化的方法裝配而成的建筑。

  1.外墻掛板體系：

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

  預制部件：外墻、疊合樓板、陽臺、樓梯、疊合梁

  體系特點：豎向受力結構采用現(xiàn)澆，外墻掛板不參與受力，預制比例一般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

  預制裝配式框架結構體系是按標準化設計，根據(jù)結構、建筑特點將柱、梁、板、樓梯、陽臺、外墻等構件拆分，在工廠進行標準化預制生產，現(xiàn)場采用塔吊等大型設備安裝，形成房屋建筑。

  預制部件：柱、疊合梁、疊合樓板、陽臺、樓梯等

  體系特點：工業(yè)化程度高，內部空間自由度好，室內梁柱外露，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、學校等建筑

  3.裝配式剪力墻體系

  “裝配剪力墻結構”是“裝配式混凝土結構”的一種類型，其定義是主要受力構件剪力墻、梁、板部分或全部由預制混凝土構件（預制墻板、疊合梁、疊合板）組成的裝配式混凝土結構。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構形式。

  預制部件：剪力墻、疊合樓板，疊合梁、樓梯、陽臺、空調板、飄窗、戶隔墻等

  體系特點：工業(yè)化程度高，預制比例可達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萬科春河里項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為31層（96米），使用產品包括外墻板、內墻板、疊合樓板、樓梯、空調板、PCF等，項目于2011年7月開工。

  4.裝配式框架-剪力墻體系：

  預制部件：柱、剪力墻、疊合樓板，陽臺，樓梯、戶隔墻等；

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

  適用高度：高層、超高層；

  適用建筑：商品房、保障房等。

  （三）推進我國工業(yè)化的技術步驟

  首先要發(fā)展工廠化和裝配化，因為在工廠制作可以改變生產條件，大大提高機械化和自動化水平，尤其是建筑物量大面廣的結構構件，宜盡量在工廠內生產（包括RC及鋼結構構件），但也必須從實際出發(fā)具體分析。

  如建筑外墻板（包括承重和圍護外墻板）在工廠內預制運至現(xiàn)場安裝，具有巨大優(yōu)勢，可在工廠內一次制成裝飾結構和保溫三合一的外墻板運到現(xiàn)場安裝，外立面即可完工亮相，大大減少了施工工序、勞動力、多次外腳手架的搭拆和長時期的高空危險作業(yè)，減少現(xiàn)場作業(yè)，消滅了砌筑、抹灰等笨重體力勞動，加快工程進度，做到現(xiàn)場文明綠色施工。

  內承重墻（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械作業(yè)，機械化水平已經很高了，這套工藝已經達到了工業(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。

  至于非承重內隔墻還是采用預制輕質混凝土圓孔條板，也不排除整塊預制墻板在結構施工時插入。

  關于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)點整體性問題，在非地震區(qū)仍可采用預制樓板，但需改進墻體與樓板的節(jié)點現(xiàn)澆。樓板施工重點要解決模板工藝，因模板大量消耗木材等物資資源，又費工、費時，改革模板工藝就可以在RC樓板施工的工業(yè)化方面邁進一步，至于現(xiàn)澆樓板、剪力墻等鋼筋施工，應采取工廠預制的點焊鋼筋網(wǎng)片，鋼筋成型加工一律由工廠生產。

  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，建議以后還應該在RC剪力墻結構的高層住宅建筑中推廣應用。

  對于一些小型構件如樓梯、陽臺等更應該全面采用預制裝配工藝，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，其施工特點是樓板可采用工具式大型飛模，樓板鋼筋采用點焊網(wǎng)片，外墻為輕質掛板，內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制裝配、內隔墻是干作業(yè)外幾乎全是現(xiàn)澆RC構件，但其工業(yè)化施工水平卻是非常高的。

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

  總之，RC結構施工要實行工業(yè)化還是采用預制裝配與現(xiàn)場現(xiàn)澆相結合的施工工藝，尤其是地震區(qū)和高層建筑，這要從我國實際出發(fā)，建筑工業(yè)化不在于預制裝配或現(xiàn)場現(xiàn)澆，關鍵是要提高勞動效率和機械化水平。

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

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

  衛(wèi)浴、廚房宜采取標準模數(shù)式設計，采用標準部配件和定型設備，有條件最好采用廁、廚匣子結構，在廠內整套組裝好后運至現(xiàn)場整體安裝。

  裝飾和機電雖然工作量不如結構大，但品種復雜，工序頻繁，相互交錯，并且不少項目在工廠內預制有諸多不便，需進一步探索。

  （四）工業(yè)化關鍵技術研究

  1.PC墻體

  在許多發(fā)達國家由于人工成本很高，工業(yè)化生產的住宅不但品質好、施工速度快，甚至比傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工造價更低，其成熟的技術已經得到廣泛的認可，并逐漸成為住宅生產的主流方式，其中用預制混凝土構件（Precastcomponents，簡稱PC）建設的PC住宅以優(yōu)良的性能在不同國家受到普遍歡迎。

  建筑的預制構件是實現(xiàn)建筑工業(yè)化生產的基礎構件，是半成品，如板、梁、板墻、樓梯、住宅單元等。

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

  與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆結構相比，預制混凝土結構整體現(xiàn)澆的外板，保證了結構構件連接的整體性、連續(xù)性，不會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，導致滲水的現(xiàn)象。但是另一方面，由于眾多板塊拼接，勢必會產生預制板墻之間的水平縫和豎向縫等縱橫交錯的板塊拼縫，從而有可能產生滲漏現(xiàn)象。

  2.PC外墻防水技術

  常見的外墻拼接防水技術有三種，一般采用構造與材料防水相結合的方式：

  （1）水平拼縫排水；

  （2）垂直拼縫排水；

  （3）預制窗板窗框防水。

  水平拼縫防水：

  在水平拼縫防水技術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――空腔構造防水排水；

  3）為空心密封條防水。

  水平拼縫：最外側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密封，直接阻止水氣進入接縫。拼縫中部是構造形成的空腔，采用的防水方式是分別在上下兩塊預制混凝土墻板相應的部位設置凹槽，這樣在兩塊板墻拼接時就會形成一個內高外低的空腔。同時可以在空腔的下部也就是在下塊板的頂部設置一個排水槽，并將排水管設置在排水槽的近端垂直拼縫底部。在預制墻板的拼接內側采用的防水措施是在內側設置空心橡膠止水條。

  垂直拼縫防水：垂直拼縫防水措施就是設置豎向空腔。節(jié)點豎向空腔可以有效的防止水流向內側，同時也可以通過下部設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置現(xiàn)澆混凝土結構。

  預制窗板窗框防水：采用鋁合金窗框與預制混凝土板澆灌的方法，將PC外墻的外門窗框直接預埋于預制混凝土板中，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，同時也提升了房屋的性能，改善了客戶的居住質量。

  3.PC外墻尚未解決的難點問題

  雖然目前PC墻體得到廣泛的認可，應用范圍也在逐漸的擴大，但仍然存在許多問題尚未解決：

  （1）就PC墻而言國內技術的整個系統(tǒng)并未能達到工業(yè)化的標準。建筑工業(yè)化需要一個完整的設計、生產、運輸、施工安裝、后期維護的產業(yè)系統(tǒng)。每個環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣并需要相應的技術、人才及法律法規(guī)的相互配合。但國內在這些方面還只是初期階段。就開發(fā)研究需要強大的技術和資金支持就這一項目而言，國內現(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：國內廉價的“人口福利”雖然在快速消失，但在建筑這一勞動密集型產業(yè)中，畢竟有著強大的勞動力基礎。比起花大價錢建造PC墻體的生產場地、從國外進口生產線、高標準的技術人才、運輸費用及吊裝所需設備及安裝限制等，砌塊墻體所需要的運輸、安裝、養(yǎng)護及技術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，但國內產品一般太易老化，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重不匹配的問題。

  （4）設計及施工技術的轉型未完成：由于國內近30年粗糙的設計要求及粗礦型的施工方法使得國人對精細化和人性化的建筑環(huán)境暫時還沒有更高的要求。但是隨著人們對自己身處環(huán)境認知程度的不斷提升，對生活質量的無止追求，建筑的“產品”性將慢慢體現(xiàn)出來。