我國為什么要發(fā)展裝配式建筑？

城市化發(fā)展

改革開放后，大批農(nóng)業(yè)勞動力涌向城市，城市化極速發(fā)展，且人類平均壽命延長，人口總量迅速上升，居住問題日益突出。

▲ 大批農(nóng)村人口涌向城市

科技的進(jìn)步

在人類的科學(xué)技術(shù)水平爆發(fā)式地推進(jìn)發(fā)展下，建筑行業(yè)也必然將由勞動密集型產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變。

▲ 今昔的罐頭加工廠

勞動力成本上升

人民生活水平的提高，人口老齡化的出現(xiàn)，體力將會變成一種昂貴的資源，勞動力成本會不斷上漲。

▲ 我國制造業(yè)平均工資漲幅

對建筑質(zhì)量與可靠度的需求提升

隨著我國綜合國力的上升，從今年國家對《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的修訂也可以看出，我們對建筑工程建設(shè)的要求只會越來越高。從提高質(zhì)量、合理加快工期、環(huán)保節(jié)能等方位出發(fā)，工業(yè)化模式下的裝配式建筑有著得天獨厚的優(yōu)勢。

▲ 裝配式建筑施工現(xiàn)場

一帶一路

國內(nèi)建筑產(chǎn)能過剩，發(fā)展裝配式建筑，有利于對外輸出產(chǎn)能。即有利于國內(nèi)建筑行業(yè)健康發(fā)展，又能讓我國強大的工程建設(shè)能力為世界服務(wù)。

▲ 我國首艘30萬噸VLCC貨輪“遠(yuǎn)大湖號”

節(jié)能環(huán)保與綠色施工

傳統(tǒng)建筑行業(yè)會產(chǎn)生大量建筑粉塵、施工噪聲、建筑垃圾等環(huán)境污染物。而工場生產(chǎn)，現(xiàn)場拼裝的模式將會大大減少污染物的排放，更加合理地配置資源的使用，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。

▲ 整潔的裝配式建筑施工現(xiàn)場

裝配式建筑的三大方向

目前裝配式建筑根據(jù)結(jié)構(gòu)材料的選擇，有三條主要的發(fā)展道路，分別是裝配式木結(jié)構(gòu)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)和裝配式混凝土結(jié)構(gòu)。三種形式的裝配式結(jié)構(gòu)各有千秋，而采用何種形式就應(yīng)該因地制宜了。

裝配式木結(jié)構(gòu)

▲ 北京故宮博物館

在鋼材和水泥被發(fā)明之前，木材是主要的建筑材料之一。我國古代曾經(jīng)是木結(jié)構(gòu)發(fā)展最恢弘的時期之一，手工制作榫卯連接的宮殿或廟宇層出不窮。隨著時代和科技的發(fā)展， 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑采用新材料、新工藝和 工廠化的精確化生產(chǎn)，與傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑相比更具綠色環(huán)保、舒適耐久、保溫 節(jié)能、結(jié)構(gòu)安全等優(yōu)勢，具有優(yōu)良的抗震、隔聲等性能，比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)更具優(yōu)越性。

▲ 膠合木材料

最早的裝配式建筑應(yīng)該追溯到17世紀(jì)向美洲移民時期所用的木構(gòu)架拼裝房屋。目前輕型木結(jié)構(gòu)住宅占北美住宅的 85% 以上。現(xiàn)今的木結(jié)構(gòu)體系大致分為以下4類。

輕型木結(jié)構(gòu)體系

輕型木結(jié)構(gòu)是由規(guī)格材、木基結(jié)構(gòu)板材或石膏板制作的木構(gòu)架墻體、樓板和屋蓋系統(tǒng)構(gòu)成的單層或多層建筑結(jié)構(gòu)。構(gòu)件之間可采用釘、螺栓、齒板連接及通用或?qū)Ｓ媒饘龠B接，以釘連接為主。輕型木結(jié)構(gòu)可建造居住、小型旅游和商業(yè)建筑等。

▲ 輕型木結(jié)構(gòu)體系

膠合木結(jié)構(gòu)體系

膠合木結(jié)構(gòu)是采用20～45mm厚的鋸材膠合而成的層板膠合木構(gòu)件制造的房屋結(jié)構(gòu)體系。膠合木房屋的墻體可以采用輕型木結(jié)構(gòu)、玻璃幕墻、砌體墻以及其他結(jié)構(gòu)形式。構(gòu)件之間主要通過螺栓、銷釘、釘、剪板以及各種金屬連接件連接。膠合木結(jié)構(gòu)適用單層工業(yè)建筑和多種使用功能的大中型公共建筑，如大空間、大跨度的體育場館。

▲ 日本兵庫縣朝來市溫水游泳館

▲ 曼海姆多功能廳

原木結(jié)構(gòu)體系

原木結(jié)構(gòu)采用規(guī)格及形狀統(tǒng)一的方木、圓形木或膠合木構(gòu)件疊合制作，是集承重體系與圍護(hù)結(jié)構(gòu)于一體的木結(jié)構(gòu)體系。具有優(yōu)良的氣密、水密、保溫、保濕、隔聲、阻燃等各項絕緣性能，原木建筑自身具有可呼吸性， 能調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。適用于住宅、醫(yī)院、療養(yǎng) 院、養(yǎng)老院、托兒所、幼兒園、體育建筑等。

▲ 原木建筑療養(yǎng)院

木結(jié)構(gòu)組合體系

木結(jié)構(gòu)組合建筑指由木結(jié)構(gòu)或其構(gòu)、部件和其他材料（如鋼、鋼筋混凝 土或砌體等不燃結(jié)構(gòu)）組成共同受力的 結(jié)構(gòu)體系。上部的木結(jié)構(gòu)與下部的鋼筋 混凝土結(jié)構(gòu)通過預(yù)埋在混凝土中的螺栓 和抗拔連接件連接，實現(xiàn)木結(jié)構(gòu)中的水 平剪力和木結(jié)構(gòu)剪力墻邊界構(gòu)件中拔力 的傳遞。與下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，上部 木結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，抗側(cè)剛度較小，具有下 重上輕、下剛上柔的非均勻結(jié)構(gòu)特點。

▲ 某輕木-混凝土上下組合建筑

木結(jié)構(gòu)小結(jié)

木結(jié)構(gòu)建筑能使人與自然達(dá)到和諧統(tǒng)一，在我國木結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于低層別墅及風(fēng)景區(qū)建筑，不適用于解決大量人口居住問題。且木材自身就是一種可燃材料，建筑防火問題突出。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)

▲ 芝加哥的家庭保險公司大樓

1885年，世界第一幢42米高的摩天大樓問世，位于美國芝加哥的家庭保險公司大樓。從此鋼材就以其輕質(zhì)高強特點在大跨、超高、異形等復(fù)雜超限建筑中獨霸一方。由于鋼結(jié)構(gòu)的施工特點，鋼結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)天生就具有部分裝配式特點，在維護(hù)體系方面再下點功夫，裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系就能成型。經(jīng)過多年發(fā)展，下面列舉幾個裝配式鋼結(jié)構(gòu)的類型：

輕型鋼結(jié)構(gòu)

主要建筑材料為薄壁H型鋼、壓型鋼板等輕鋼，采用高強螺栓、普通螺栓及自攻螺絲等連接件和密封材料組裝起來的低層和多層預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)房屋體系。由于結(jié)構(gòu)輕便，安裝迅速，且抗震性能優(yōu)越，在日本建筑市場很受歡迎，超過一半的新增低層住宅采用輕型鋼結(jié)構(gòu)。

▲ 日本輕鋼結(jié)構(gòu)住宅

鋼結(jié)構(gòu)住宅成套集成技術(shù)體系

杭蕭鋼構(gòu)主導(dǎo)研發(fā)的鋼結(jié)構(gòu)住宅成套集成技術(shù)體系，采用鋼管束組合結(jié)構(gòu)。鋼鐵結(jié)構(gòu)構(gòu)件為承重骨架，樓板采用預(yù)制裝配式鋼筋桁架樓承板，以輕型建筑墻體材料為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

▲ 鋼管束組合結(jié)構(gòu)住宅體系的構(gòu)成

▲ 北京大興國際機場

束筒鋼結(jié)構(gòu)裝配式體系

長沙遠(yuǎn)大可建公司在19天內(nèi)使用束筒鋼結(jié)構(gòu)裝配式體系建造了57層高的高樓“小天城”。該建筑由若干單筒組合而成，每個單筒中，樓蓋由四塊相同構(gòu)造的主板拼裝組合而成，主板由壓型鋼板-混凝土組合樓板與雙向桁架組合而成。

▲ 樓蓋組成主要構(gòu)件示意圖

▲ 現(xiàn)場施工圖

新型鋼—混凝土板柱結(jié)構(gòu)住宅體系

中冶建筑研究總院主導(dǎo)研發(fā)了《新型鋼—混凝土板柱結(jié)構(gòu)住宅體系》。將組合結(jié)構(gòu)運用在了裝配式建筑上，融合利用了鋼結(jié)構(gòu)連接方便可靠與混凝土良好耐久性的特點，針對性解決了傳統(tǒng)裝配式混凝土住宅體系和鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的共性技術(shù)問題。

▲ 裝配式維護(hù)墻板

▲ 施工現(xiàn)場及完工效果圖

鋼結(jié)構(gòu)小結(jié)

鋼結(jié)構(gòu)輕質(zhì)高強、安裝便利、環(huán)保等諸多優(yōu)點使其在建筑材料中獨樹一幟，向裝配式建筑方向發(fā)展也具有先天優(yōu)勢。但鋼結(jié)構(gòu)造價較高，而且為了確保結(jié)構(gòu)的耐久性與防火性能，鋼結(jié)構(gòu)建筑還需要定期進(jìn)行維護(hù)，因此目前主要應(yīng)用于超高層和公共建筑，對面大量廣的住宅建筑還存在一定的應(yīng)用局限性。

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)

自1824年波特蘭水泥（硅酸鹽水泥）的出現(xiàn)，混凝土成為了建筑行業(yè)主要的工程材料之一。

▲ 英國磚瓦匠J.阿斯普丁，波特蘭水泥的發(fā)明者

鋼筋混凝土這種為建筑而生的材料一躍成為了建筑界的寵兒，其物美價廉和優(yōu)越的受力性能極大推動了人類建筑工程的發(fā)展。戰(zhàn)爭、災(zāi)難、城市化推動著西方國家率先發(fā)展起了裝配式混凝土建筑。以下介紹國內(nèi)外的裝配式混凝土建筑發(fā)展?fàn)顩r。

歐洲裝配式混凝土建筑

歐洲是預(yù)制建筑的發(fā)源地，早在17世紀(jì)就開始了 建筑工業(yè)化之路。第二次世界大戰(zhàn)后，由于勞動力資源短缺，歐洲更進(jìn)一步研究探索建筑工業(yè)化模式。無論是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的北歐、西歐，還是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的東歐，一直都在積極推行預(yù)制裝配混凝土建筑的設(shè)計施工方式，積累了許多預(yù)制建筑的設(shè)計施工經(jīng)驗，形成了各種專用預(yù)制建筑體系和標(biāo)準(zhǔn)化的通用預(yù)制產(chǎn)品系列，并編制了一系列預(yù)制混凝土工程標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用手冊，對推動預(yù)制混凝土在全世界的應(yīng)用起到了非常重要的作用。

▲ “赫魯曉夫樓”，1960年代末

▲ 蒙特利爾67號住宅，1967

北美地區(qū)裝配式混凝土建筑

北美的美國和加拿大PCI組織都完成了PC技術(shù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，都擁有完備的使用手冊，所以其裝配式混凝 土建筑應(yīng)用非常普遍。北美的預(yù)制建筑主要包括建筑預(yù)制外墻和結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件兩大系列， 預(yù)制構(gòu)件的共同特點是大型化和預(yù)應(yīng)力相結(jié)合，可優(yōu)化結(jié)構(gòu)配筋和連 接構(gòu)造，減少制作和安裝工作量，縮短施工工期，充分體現(xiàn)工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性特征。

多層立體停車場是北美預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣泛的建筑類型。采用干法連接的預(yù)制剪力墻-梁柱體系，由預(yù)制剪力墻承擔(dān)全部的水平力，梁柱鉸接形成的排架部分只承擔(dān)豎向力。

▲ 北美多層立體停車場

日本和韓國裝配式混凝土建筑

日本和韓國借鑒了歐美的成功經(jīng)驗，在探索預(yù)制建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計施工基礎(chǔ)上，結(jié)合自身要求，在預(yù)制結(jié)構(gòu)體系整體性抗震和隔震設(shè)計方面取得了不錯的進(jìn)展。日本裝配式建筑主要以框架結(jié)構(gòu)為主，具有代表性成就的是日本2008年采用預(yù)制裝配框架結(jié)構(gòu)建成的兩棟58層的東京塔。同時，日本的預(yù)制混凝土建筑體系設(shè)計、制作和施工的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也很完善，目前使用的預(yù)制規(guī)范有《預(yù)制混凝土工程》（JASS10）和 《混凝土幕墻》（JASS14）。

▲ 日本RPC結(jié)構(gòu)套筒灌漿施工

我國裝配式混凝土建筑

借鑒了國外裝配式的經(jīng)驗，目前預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)（簡稱PC結(jié)構(gòu)）在國內(nèi)占據(jù)了主導(dǎo)地位。其在工廠以構(gòu)件為單位制作完畢后運至現(xiàn)場，通過套筒灌漿連接組裝而成。在國家的號召下，各省也大力推動裝配式建筑的發(fā)展，陸續(xù)有PK預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板等新型技術(shù)的出現(xiàn)。

▲ 預(yù)制剪力墻吊與灌漿連接

▲ 預(yù)制框架柱吊裝對位與灌漿連接

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)小結(jié)

混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)越的耐久性和受力性能，在高層住宅方面有廣泛的應(yīng)用高前景，因此發(fā)展裝配式混凝土結(jié)構(gòu)相對來說更為符合我國國情的要求。目前國內(nèi)外裝配式混凝土結(jié)構(gòu)均以PC結(jié)構(gòu)為主導(dǎo)，國外PC結(jié)構(gòu)大多用于低層和多層，而在高層采用PC結(jié)構(gòu)且要達(dá)到高裝配率，成本增加和建造效率降低是需要考慮的問題。

更為重要的是，與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，套筒灌漿連接在可靠性上有一定差距；構(gòu)件鋼筋數(shù)量多，施工對位困難；體外灌漿的質(zhì)量在檢測手段上需要進(jìn)一步的深入研究；我國建筑工人的培訓(xùn)與職業(yè)素養(yǎng)尚需進(jìn)一步的提高。這一系列問題都是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)面臨的直接挑戰(zhàn)。

裝配式建筑的發(fā)展方向

>>  打破舊有的技術(shù)思維慣性，研發(fā)新的混凝土裝配式技術(shù)體系，解決連接安全性問題。

>>  簡化裝配式建筑構(gòu)件的安裝，提高功效，真正做到又好又快。

>>  與BIM建筑信息管理結(jié)合，實現(xiàn)科學(xué)設(shè)計、科學(xué)施工、科學(xué)管理。

結(jié)語

我們應(yīng)該打破僵化的思維，走出傳統(tǒng)裝配式模式給我們束縛，在裝配式產(chǎn)業(yè)各個環(huán)節(jié)引入新技術(shù)新方法，開拓新思路才能更快迎來裝配式建筑的春天。