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装配式建筑=混凝土结构?

2018-5-30 09:33| 发布者: EaBIM门户编辑| 查看: 97| 评论: 0|来自: 上海思伟软件

摘要: 装配式建筑=混凝土结构?

在很多建筑和房地产企业已经认同了装配式建筑的发展前景和理念,但仍然需要面对发展方向和技术路线的选择,是选择钢结构、混凝土结构还是木结构?

在起步过程中,即使是建立了构件厂(饭馆)、招聘了设计人员(服务员)、有了专业的研发和生产人员(厨师),也难免依赖传统施工“轻技术、少管理”的“以包代管”经营管理模式,虽然具有熟练的中餐手艺,却不知道该如何做出西餐。

再加上装配式建筑具有“技术前移、管理前置”的特点,需要把技术和管理进行融合,在习惯了传统建筑产业链上下游相互割裂的情况下,各地众多的企业陷入了“路径选择”的困境。本文将讨论如何选择发展道路问题。

用钢结构、混凝土结构、木结构都可以实现装配式建筑,但不同的结构建成的房屋技术性能差异很大,为了满足正常的使用功能,不同的装配式建筑在结构、围护、保温、防水、水电配套等方面有很大的区别,不但“质量、进度、成本”的目标存在差别,而且所适合的市场发展方向也不同,因此,企业在进行建筑工业化转型时,必须选择适应市场应用方向的技术体系,建立新的经营管理模式。 

由于装配式混凝土结构的原材料来源丰富,可以广泛适用于工业和民用建筑,用混凝土制成的预制框架、预制剪力墙、预制排架三种结构形式,能够满足多层和高层的住宅、公寓、办公、学校、医院项目需求,甚至可以与钢结构、木结构形成混合结构,逐渐成为了国内建筑工业化的主流市场发展方向,从全国的装配式建筑发展情况看,新建预制构件厂的增速已经远超过钢结构和木结构。

不同的装配式混凝土结构体系的受力特点不同,框架结构、剪力墙结构、排架结构的装配化生产施工方法差别很大。

一般 PC 框架结构适用于公建性质的公寓、酒店、写字楼等大开间的多高层建筑,生产施工的技术难度较大;PC 剪力墙结构仅适用于小开间的高层住宅和低多层的大开间建筑,施工难度不大;PC 排架结构(或铰接连接的梁柱)一般适用于大空间厂房或多层公共建筑,施工简单,但技术要求很高。根据项目需要,可以在同一个建筑中综合运用PC剪力墙、PC 框架、PC 排架,也可以与现浇混凝土相结合。

近十年来,国内新增加的大型混凝土预制构件厂超过200家,虽然每家的生产工艺、施工方法存在一定的差异,在《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014 发布后,装配式混凝土建筑发展很快,其中,采用灌浆套筒剪力墙技术和面向住宅市场的企业超过 70%,而面向公建和厂房的相对较少,在不同的生产工艺和施工方法面前,很多企业面临着选择,本文出发点主要是针对需要向装配式混凝土结构方向转型的企业提出一些个人看法和建议。

钢结构普遍以装配式施工为主,在单层工业厂房、高层及超高层写字楼和酒店中已经普及应用,在国内住宅领域中的发展也很快,只要解决好防火防锈以及内外墙板的保温、隔音、防水性能。由于钢结构工厂化生产、装配化施工的固有特性,具有机械化程度高、尺寸精度好、容易装配连接的优点,施工速度快、安装质量好,惟一缺点是造价较高。随着与混凝土结合成“组合结构”以及“混合结构”的应用研究,将进一步提高经济性,发展前景会更加广阔。钢结构的设计、生产、施工连接技术相对成熟,一般的企业只需要掌握市场应用的方法,技术和管理难度相对来说并不算大。

木结构建筑是利用天然材料制作的装配式建筑,也是历史最悠久的建筑形式之一,但由于木材一般为单向纤维,中国古代就有“横顶千斤竖顶万”的说法,木材纵横向力学性能差异较大,再加上我国近代木材资源不足,制约了木结构的发展。随着现代科技的发展,复合木材技术很好地解决了两向力学同性问题,在一些现代建筑中得到了较好的应用,为装配式木结构建筑打开了很好的思路,只要解决好防火防潮以及防虫蛀问题,再加上加拿大和俄罗斯大量的木材资源不断地国际化,相信在国内的应用发展也会上升到一个新高度。

面对以上几种装配式建筑和不同的结构形式,到底孰优孰劣、应该谁轻谁重,需要如何发展?

在各地政府、科研院所、专家学者和企业中产生了很大的争议,甚至造成了装配式混凝土、装配式钢结构、轻钢木结构房屋三个市场领域相互质疑的局面。这与南北方的米饭面食之争、山西河南的面条和馒头之争相似,现在还要加入舶来的西餐和麦当劳、肯德基等油炸快餐食品,市场局面非常复杂,在“众口难调”的社会背景下,如果要满足所有人的口味,除非每家餐馆都做满汉全席,这显然是不现实的,正是市场的多样性满足了人们的不同需求。

同理,到底哪种建筑形式和结构体系才是最好的?

可以肯定的是“存在就有它的道理”。面对中国建筑市场之大,需求的多样性,要想用一种模式或一种技术体系来垄断市场,也是绝无可能的,从全社会角度,应该充分发挥各个企业的资源优势,把每一种建筑形式都发展起来,分别满足不同的建筑市场需求。

在短期内,面对国内混凝土结构房屋需求量大的现状,由于装配式混凝土建筑适应面广,其市场风险相对较小,因此,对于国内预制构件厂出现了爆发式增长的现象就不难理解了。

即使是这样,由于装配式混凝土建筑的技术种类也是最多和最复杂的,在实现手段上还会有很大的差异,各个企业的做法大相径庭,例如:是预制的多一点还是少一点(预制的程度不同)?是采用普通混凝土(RC)还是预应力混凝土(PC)?是采用预制混凝土的框架结构还是剪力墙结构?构件节点是采用干连接还是湿连接?钢筋连接技术是采用灌浆套筒还是间接搭接?外墙挂板是采用先安装法还是后安装法?框架外墙挂板是点式连接还是线形连接?预制外墙要不要做夹心三明治?是引进技术和管理还是自主研发?这些问题经常在 PC界引起大讨论。

这些技术路线的差异对于基建投资、生产安装效率、造价成本、房屋性能的影响都比较大。不同的技术路线对于企业自身的技术能力要求也不同。

根据大工业的特点,一旦投资完成就基本转型,或者再次转型会有较大的代价、得不偿失。回望国内新建的预制构件厂,投资效益差异很大。因此对于装配式混凝土结构的技术路线选择都是企业投资前应该关心的问题。

总体来说,每一种结构形式都有它的市场适应范围,都有很好的市场价值,投资者应该充分考虑当地市场需求、投资能力、技术水平、未来前景等因素,进行综合评估,选择合理的技术路线和发展方向,以充分保证企业经济效益和社会效益为出发点,因地制宜、因企而异,以立足长远的心态来规划和打算,不断地沉淀技术和人才以增强市场竞争力,做出自身的特色,才能赢得市场。

同时也应该看到,我国的装配式建筑重新起步才10 年的时间,还处于技术发展和市场应用不成熟的阶段(不是指某项技术不可靠,而是应用经验不成熟),不宜照搬照抄,一窝蜂式地“同质化竞争”可能导致市场灾难,最终会给社会、企业和个人都带来巨大的损失。

混凝土结构的发展无外乎在预制和现浇两个方向,对于现浇结构来说,钢筋预先成型和商品混凝土配送已经成熟,主要应该发展新型的快装早拆式模架,方便现场施工并节省人工措施,例如定型设计的大钢模、铝合金组合模板、支撑系统和提升室外架都是不错的技术,以及国外的免模板现浇技术也是非常好的工法,值得消化吸收后推广应用。 

预制混凝土则可以细分成“普通预制混凝土结构”和“预制预应力混凝土结构”。普通预制混凝土构件所组成的装配式建筑和传统现浇的混凝土建筑在受力性能和材料消耗方面相差不大,一般采用预制构件和局部现浇的手段连接成整体,无外乎采用普通钢筋和普通混凝土制作成预制的梁、板、墙、柱、楼梯、阳台,主要运用于住宅建设。

从全国范围的实践来看,比传统现浇能够缩短 20% 的建设周期,但建安成本会增加 10% ~ 20% 左右,虽然预制的比例和生产工艺、安装工法略有差别,但由于普遍预制率不高导致现场人工节约较少,再加上构件厂的投资巨大,经济效益优势都并不明显,主要靠各地的鼓励扶持政策赢得一些间接的效益,同质化竞争比较严重,这是目前国内的主流情况,还有很大的改进空间。

预制预应力构件则有着本质的不同,它一般采用高强钢筋和高强混凝土制作,由于预应力的存在减少了混凝土裂缝,使相同尺寸的构件比普通混凝土构件具有更好的刚度和承载力,因此可以使用较小的截面和更大的尺寸,从而节约材料用量,进一步减轻建筑自重,现场施工时可以节省大量的施工措施,目前已经在一些工厂、物流、商业项目中得到应用,建安成本可以与传统相较持平,甚至更低,被证明具有较好的经济性,但是由于国内装配式建筑刚刚起步,掌握预制预应力技术的企业相对较少,目前的应用还并不多,在发达国家则比较普及。

假设把普通预制混凝土比作一个酒瓶,预制预应力就好像是在瓶中装满了酒,会具有更高的价值,例如预制预应力空心楼板、预制预应力叠合楼板、预制预应力梁、预制预应力双T板、预制预应力剪力墙等等,可以广泛运用于公建、厂房、商场、办公楼、酒店、停车库、住宅、医院、学校等建筑,并且可以和钢结构组成混合结构,以干式施工为主,节约大量的模板和脚手架,施工速度更快、所用的人工更少,具有良好的经济性与推广价值,非常值得好好研究和系统学习,笔者相信预制预应力混凝土结构必将是国内下一阶段的主要发展方向。

在施工工法方面,总结国内外的经验得到一个不争的事实:在同样多混凝土方量的前提下,预制构件的件数越少,施工速度越快、建造成本就越低。

因此需要系统地研究如何把构件尺寸做大,才能真正降低工程成本,这需要预应力技术、大吨位吊车才能实现,更需要掌握预制预应力技术的设计、生产、施工人员做支撑,同时需要对构件之间的连接技术进行简化,就可以大大节约材料和人工。目前国内装配式混凝土建筑与传统现浇相比,普遍存在构件尺寸小、布置很零碎,不但现浇的人员没有减少,还加大了塔吊、增加了吊装班组和一些特殊工器具,因此不具有良好的经济性。

除了建设过程的建安成本,我们还应该关注建筑的长期使用成本,在保证质量、安全、成本、进度的前提下,积极关注建筑的使用能耗和维护成本,从国外情况看,外墙的节能是非常重要的,我国对外墙的节能墙改工作也非常重视。

在装配式混凝土建筑领域,夹心三明治保温墙板被公认为长期效益最好的技术,目前在我国已经开始普及,除广东省外,各地的装配式建筑普遍采用了夹心三明治保温外墙,取得了一定的效果。需要强调的是,我国城市建筑普遍以高层建筑为主,相对国外的多层建筑来说,外墙质量缺陷和耐久性更加重要,否则维护代价会更高,因此《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014 只推荐了能够释放温度应力的非组合夹心三明治外墙,对于组合受力的夹心三明治外墙需要慎重使用。

笔者经常说“核心技术 + 市场资本 + 现代管理 = 先进生产力”,先进生产力就是盈利能力,能力的培养需要时间和成本,必须要付出合理的代价,建筑业的转型升级尤其困难,应该要有充分的思想认识和准备(一个人转身容易,一个企业转型很难),简单抄袭难以形成核心竞争力,不断地学习和提高才是长远发展之道,照搬照抄看似起步最快,殊不知“智商税”才是企业转型最大的代价。 


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