在裝配式建筑中，設(shè)計與生產(chǎn)存在著不可分割的聯(lián)系：設(shè)計便于在生產(chǎn)制造中降低成本；生產(chǎn)工藝改進促進提高設(shè)計靈活性，設(shè)計與工藝是一個互利互進的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

01

工業(yè)化建筑的設(shè)計分析

從構(gòu)件生產(chǎn)工藝角度來看深化設(shè)計需考慮以下幾個環(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) 模具圖紙設(shè)計：符合模具設(shè)計的初步構(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)計確定構(gòu)件的所有預(yù)埋件型號、外飾面材料、門窗型號等。

• 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，注意位置需避免互相干涉。

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

• 7) 脫模、養(yǎng)護：構(gòu)件圖需表達脫模的吊點、吊具型號及位置。

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

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

• 2) 成品堆放：構(gòu)件詳圖明確構(gòu)件編號、樓棟號、層號、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)件運輸架。

• 5) 構(gòu)件質(zhì)量檢查：深化設(shè)計圖紙明確構(gòu)件驗收標(biāo)準(zhǔn)。

02

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)配件工廠化生產(chǎn)，在現(xiàn)場以機械化的方法裝配而成的建筑。

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、樓梯、疊合梁

• 體系特點：豎向受力結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆，外墻掛板不參與受力，預(yù)制比例一般為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

裝配式框架體系

預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)體系按標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，根據(jù)結(jié)構(gòu)、建筑特點將柱、梁、板、樓梯、陽臺、外墻等構(gòu)件拆分，在工廠進行標(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。

△上海市北高新技術(shù)服務(wù)業(yè)園區(qū)商辦綜合樓，采用裝配整體性框架結(jié)構(gòu)體系。

• 預(yù)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(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

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。

△華紡和成金山“未來派”項目采用裝配剪力墻體系。

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

• 體系特點：工業(yè)化程度高，預(yù)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(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

裝配式框架-剪力墻體系

裝配式框架-剪力墻體系根據(jù)預(yù)制構(gòu)件部位的不同，可以分為預(yù)制框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)、預(yù)制框架-現(xiàn)澆核心筒結(jié)構(gòu)、預(yù)制框架-預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)三種形式。兼有框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的特點，體系中剪力墻和框架布置靈活，易實現(xiàn)大空間，適用高度較高。

△ 閔行新城項目采用裝配式框架-剪力墻體系。

• 預(yù)制部件：柱、剪力墻、疊合樓板，陽臺，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(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

03

推進工業(yè)化技術(shù)

建筑外墻板(包括承重和圍護外墻板)在工廠內(nèi)預(yù)制運至現(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)，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(jīng)很高了，這套工藝已經(jīng)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(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。

非承重內(nèi)隔墻還采用預(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)施工時插入。

RC樓板在地震區(qū)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(yù)制樓板，但需改進墻體與樓板的節(jié)點現(xiàn)澆。

樓板施工重點是要解決模板工藝，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(yīng)采取工廠預(yù)制的點焊鋼筋網(wǎng)片，鋼筋成型加工一律由工廠生產(chǎn)。

在裝配式建筑中，設(shè)計與生產(chǎn)存在著不可分割的聯(lián)系：設(shè)計便于在生產(chǎn)制造中降低成本；生產(chǎn)工藝改進促進提高設(shè)計靈活性，設(shè)計與工藝是一個互利互進的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

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

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。

RC框架結(jié)構(gòu)實現(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。

目前，RC結(jié)構(gòu)施工采用預(yù)制裝配與現(xiàn)場現(xiàn)澆相結(jié)合的施工工藝，該技術(shù)的關(guān)鍵在于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，力求取消或大大減少現(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(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，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)整套組裝好后運至現(xiàn)場整體安裝。

裝飾和機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，并且不少項目在工廠內(nèi)預(yù)制有諸多不便，需進一步探索。

04

工業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究

在許多發(fā)達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(Precast Components，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。

PC墻體

預(yù)制混凝土外墻(PC外墻)板模具主要采用鋼模，鋼筋加工后整體綁扎，然后調(diào)到模具內(nèi)安裝，混凝土澆筑后進行整體養(yǎng)護。

生產(chǎn)過程中的模具清潔、鋼筋加工、面磚粘貼、窗框安裝、預(yù)埋件固定、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(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，不會因不同材料熱膨脹系數(shù)之間的差異而引起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，勢必會產(chǎn)生預(yù)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(chǎn)生滲漏現(xiàn)象。

PC外墻防水技術(shù)

常見的外墻拼接防水技術(shù)有水平拼縫排水、垂直拼縫排水、預(yù)制窗板窗框防水三種，實際中一般采用構(gòu)造與材料防水相結(jié)合的方式。

• 水平拼縫防水

常見的防水措施有材料密封防水、采用物理防水的方式空腔構(gòu)造防水排水和空心密封條防水三種。

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就會形成一個內(nèi)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(shè)置一個排水槽，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)點豎向空腔可以有效的防止水流向內(nèi)側(cè)，同時也可以通過下部設(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，改善居住質(zhì)量。

PC外墻尚未解決的難題

• 成本方面的較量

國內(nèi)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(chǎn)業(yè)中，畢竟有著強大的勞動力基礎(chǔ)。

比起花大價錢建造PC墻體的生產(chǎn)場地、從國外進口生產(chǎn)線、高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)人才、運輸費用及吊裝所需設(shè)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(shù)方面所需的投入就倍顯其現(xiàn)階段的優(yōu)勢，所以還是市場限制了其發(fā)展。

• 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。

• 設(shè)計及施工技術(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。

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文章名稱：《裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)體系和關(guān)鍵技術(shù)》

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