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混凝土装配式建筑运用到保障性住房中房型设计的探讨

2018-7-25 10:48| 发布者: EaBIM门户编辑| 查看: 31| 评论: 0|来自: 中外建筑

摘要:  保障房建设是当前重要的民生工程,牵涉到亿万居民的切身利益。社会意义和政治意义都非常深远,所涉及的方面很多、政策性很强,需投入的资金量巨大、运转周期长。因此从政府的角度出发,把保障房的建设办好是头等大 ...

1 前言
  保障房建设是当前重要的民生工程,牵涉到亿万居民的切身利益。社会意义和政治意义都非常深远,所涉及的方面很多、政策性很强,需投入的资金量巨大、运转周期长。因此从政府的角度出发,把保障房的建设办好是头等大事。

住宅建筑工业化生产是住宅生产方式的变革,推动预制装配式结构住宅产业化,是住宅建设的发展趋势,是实现节能减排、发展低碳经济的必然需求。当今世界,能源紧张,节能减排已是全球共同的话题,建筑的工业化势在必行。

装配整体式混凝土结构运用在住宅建筑中,通常有装配式框架体系、装配式混凝土框架—剪力墙体系、装配式剪力墙体系。根据闵行浦江基地的实际工作经验,本文仅对装配式混凝土框架—剪力墙结构体系在保障性住房中房型设计上的运用进行讨论。

2 装配式建筑简述
  装配整体式混凝土结构是由预制混凝土构件或部件通过钢筋,连接件或施加预应力加以连接并现场浇筑混凝土而形成整体的结构,又简称为预制装配式结构(precast concrete,PC结构)。按照此工艺建造的建筑,称为装配式建筑,也可称为PC建筑。装配整体式混凝土结构是工业化住宅的理想结构体系。

2.1装配式建筑的特点
  1)预制构件表面平整、外观美观、尺寸准确,建筑物的质量明显提高;

2)施工方便,模板和现浇混凝土作业减少,预制楼板无需支撑,叠合楼板模板较少;

3)建造速度快,对周围的环境影响小;

4)预制结构在设计和生产时还可以充分利用工业废料,变废为宝,以节约资源和其他材料。

2.2装配式建筑的要求

我国建筑行业一直走的是粗放型的发展道路,标准化缺失,模数化没有真正落实。住宅开发及部品生产标准化概念淡薄,对模数协调理论不重视。

我们号召向制造业学习,像造汽车那样造房子,向机械行业、计算机行业学习。学习他们的标准化、模数化及模块化,结合建筑行业的实际,解决难以标准化的问题。

装配式建筑一定要用标准化、模数化、模块化的理念进行设计。

3 装配式建筑在保障性住房中运用的可行性

3.1保障性住房的社区规模大、易形成规模效应,适合住宅工业化的推行

上海市政府为了加快推进全市配套商品房的建设、解决城市低收入住房困难家庭的住房问题、完善现有的保障性住房建设体系,积极部署规划了多个大型居住社区保障房建设是当前重要的民生工程。市政府规划了顾村、泗泾、浦江、三林、周康航等多个保障房的大型居住社区。每个大型居住社区的规模都在100~200万平方米左右。只要将其中部分建筑量以装配式建筑的工艺进行设计和建造,就能形成一定的规模效应,对降低建造成本提供了一定量上的保证。现闵行浦江基地,建设单位已将其中的30万m2的住宅,以PC工法的工艺进行建造。

3.2保障性住房的房型面积小、房型式样不多,适合标准化、模块化生产

受政策等各方面的影响,保障性住房的套型建筑面积均不大。经济适用房在90m2以内,公共租赁房在60m2以内。小面积的户型增加了设计难度。但从另一方面讲,由于是小面积的户型,各功能房间仅满足基本功能的需求,户型的变化少,这对推广标准化和模块化是有利的。在实际工程中,保障性住房对个性化的设计要求并不是很高;一个项目中房型的种类基本在3~4种;在建筑设计上退台、错层等的设计手法,很少使用。所以适合工业化设计的要求。

3.3政府政策层面上支持

保障性住房是政府的重大民生工程,政府在政策上肯定是大力支持的。装配式建筑、工业化生产,这与国家产业结构改革、节能减排、原材料的循环利用、提升建筑质量等是密切相连的,政府在政策层面上必定是支持。上海市已经出台了《关于加快推进本事住宅产业化的若干意见》和《关于本市鼓励装配整体式住宅项目建设的暂行办法》。此办法,对于装配式建筑在容积率上给予3%的奖励。

4 保障性住房向工业化、标准化转型

4.1当前保障性住房的设计状况
  目前建筑的建造模式以现场浇筑为主。在此建造工艺的前提下,保障性住房的设计存在以下几方面的状况:

1)由于建筑面积小,建筑尺寸的模数化概念不强。例如:主卧室的开间尺寸通常会设计成3.3~3.6m之间,但次卧室的尺寸往往就多种多样了;

2)房型平面凹凸多,体形系数大,对节能不利。为了解决平面凹凸所产生的结构问题,在结构设计时增加了大量的结构连板,这些结构连板在建筑上没有功能要求;

3)有些开发单位过分地追求建筑形象,在立面设计上添加了大量的装饰构件。这些装饰构件通常是没有功能作用的。这与绿色建筑的理念是相违背的。

上述几点情况,是目前保障性住房设计对工业化、标准化建造不利的地方。在国家产业结构调整、节能减排、发展装配式建筑的前提下,保障性住房的设计必须要有所改变和调整。

4.2初步尝试,采用装配式框架—剪力墙体系做户型设计

最初做设计时,在常用的剪力墙户型的基础上,做一些规则化处理。将其改成框架剪力墙的结构形式,预制外墙板挂在梁柱外侧。主要在以下几个方面进行调整:

1)将原先的剪力墙体系调整成框架—剪力墙成体系;

2)主要柱网和剪力墙纵横两个方向基本对齐;

3)东西山墙和北向外墙拉平;

4)内部隔墙尽量对齐;

5)将户型设计成对称的式样,以减少预制构件的种类。

关于本户型预制及现浇构件的说明:

1)主体框架柱和剪力墙现场浇注;

2)楼板、阳台板和框架梁为叠合构件;

3)外围护墙板、内隔墙、空调板、楼梯等为预制构件。

按此方案实施预制率为50%,如将框架柱改为预制构件预制率为70%。

经过各方的协同努力后,本方案在闵行浦江基地进行试点实施。从目前实践的情况来看,本方案存在的问题主要是:室内存在凸出的梁柱,与常规的剪力墙户型相比,带来使用上的不方便,北向的次卧室尤为明显;中间套型的起居室偏暗;整体造价较高等。针对上述的问题,我们进行了反思。

1)以成本考量为导向,标准化工作必须先行,且初期不宜追求过高预制率;

2)标准化涉及到可拼装组合的户型、构件拆分等多个方面,只有实现了彻底的标准化才能真正有效的降低成本;

3)实施PC之前需从项目策划、概念设计的源头开始,拿任何已有的现浇体系的住宅改成PC,成本控制的难度会非常大;

4)不能为了预制而预制,应着眼于PC技术体系的成熟和进一步发展;

5)而建立一套自己特色的技术体系则需要长时间的实践和坚持,只有不断改进和优化才能进一步降低成本,将技术的推广应用找最为成熟;

6)PC技术体系不能仅仅为了做住宅;

7)住宅采用PC技术的优势就是每年住宅的建设规模大,传统住宅的户型的诸多变化导致标准化的缺失。

综上所述,在传统户型基础上调整出来的装配式建筑、为了装配式建筑而去装配等的做法是不合适的。要使装配式建筑能在保障性住房中推广,为市场接受,必须在建筑房型平面设计上有一定的改变和突破。

4.3设计提升,在装配式框架—剪力墙体系下户型平面设计转型

由于初步尝试的户型存在一些不足,我们进行了反思。突出标准化、模数化的设计理念。标准为“在一定范围内获得最佳秩序,对活动或其结果规定共同的和重复使用的规则,导则或特征的文件。该文件经协商一致并经一个公认的机构批准。”标准应该以科学技术和经验的综合成果为技术,以促进最佳社会效益为目的。标准化的形式和方法主要是:简化、统一化、通用化、组合化、系列化、模块化。

如某些家具设计最能体现此概念。

装配式建筑的设计应该充分体现此理念。结合保障性住房的实际情况,对户型的设计提出了若干原则。

1)装配式框架—剪力墙体系的预制率的高低可调节性大,且此体系还可以用于办公、商业、学校等一系列的公共建筑中,市场前景广阔。因此,新的户型设计依旧选用装配式框架—剪力墙体系。

2)如果是大空间的建筑,房间内存在凸梁凸柱对建筑的使用功能影响不会太大。但保障性住房的房间面积小,凸梁凸柱的影响不能不考虑。提出将梁柱外凸到室外,以减弱凸梁凸柱对室内的影响。

3)建筑尺寸尽量统一,从而可以较少预制构件的种类和规格。通过构件之间不同的组合来达到各种户型的使用要求。

4)厨房、卫生间、阳台等小构件尺寸尽可能一致。

在上述原则的指导下,提出了以下的户型设计。

此户型构件的种类少,大部分的构建是以6.6m和3.3m为基本尺寸。平面规则,基本没有凹凸,体形系数小,对节能有利。柱网规则,纵横两个方向均能对齐,对结构受力有利。没有凹口,对房间采光有利。梁柱外凸,减少了结构构件对平面的影响。此户型设计成一房、二房、三房,三种不同户型的组合形式,满足了保障性住房的基本功能需求。户型单元之间可分可合。

此户型的建筑构(部)件可拆分为:交通核剪力墙部分、楼梯、框架柱、框架梁、外围护墙体、阳台、楼板、空调板等。剪力墙为现浇构件、楼板和阳台为叠合构件、其它的均可做成预制构件。可根据工程实际情况,自主选择预制构件。调整预制率的高低比较方便。

4.4户型的可延展性设计

仅一种户型是不可能满足市场的需求。在上述对装配式建筑的认识、实践和设计原则的指导下,提出了一系列的户型设计方案。同样的建筑构件,通过不同的组合,再配以不同的现浇的交通核,来满足不同住宅需求。让装配式建筑在保障房中实现:简化、统一化、通用化、组合化、系列化、模块化。

在此,衍生出来了三种系列的户型平面图,如下:

A系列:由三户组成一个单元,开间模数3300,进深模数4500。通过现浇交通核的不同,来满足11~24层的户型要求。

B系列:由四户组成一个单元,开间模数3300,进深模数3300和3600。通过现浇交通核的不同,来满足11~24层的户型要求。

C系列:由四户组成一个单元,开间模数3300,进深模数由三种。通过内天井来实现中间户型厨卫等房间的通风和采光。此设计建筑进深大,有利于节约用地。

上述系列的房型都体现了标准化、模数化、系列化的概念。户型平面规整,有利于建筑节能。但建筑的进深不大,对节约土地不利。如果能提倡暗卫生间,那对装配式建筑的户型设计是非常有利的。既可以减少凹凸和内天井,又能加大建筑进深。小面宽、大进深的建筑可以节约土地。

4.5装配式建筑立面设计

装配式建筑的立面设计同样应体现标准化、模数化的理念。在二进制的计算机领域里“0”和“1”创造了数字世界,简单却拥有无限可能。在做立面设计时可以借鉴这个概念。“0”可以看做装配整体式混凝土结构,“1” 可以看做标准化、模数化的通用部件。两者相结合,并以不同的排列和组合来达到立面设计的变化与同一性。

上述建筑户型的立面上已经存在有四种元素——柱、梁、板、阳台(栏杆)。此四种元素是建筑的基本构件。现代住宅建筑中通常会在空调板外加百叶,来隐蔽空调室外机。因此,立面上总共有柱、梁、板、阳台(栏杆)、百叶共五种元素。通过五种元素的不同组合方式、柱和墙面的颜色和材质的变化,来到达立面设计的标准化、模数化、多样化。

4.6装配式建筑相关构造示意图

住宅窗户损失的热量占到总量的接近一半,增强外窗的节能措施将起到很好的作用。PC墙板预埋窗框,解决了窗框与墙体之间的气密性问题;凸梁凸柱的结构形式,增加了南向外窗的遮阳效果,形成一个天然的外遮阳效果。夏季高太阳方位角的直射强光被凸梁凸柱遮挡,冬季低太阳方位角的光线可以直射入室内,增强户内得热效果。

5 结语

在我国20世纪50~60年代,混凝土装配式建筑曾经推广过。但由于技术等各种原因,被市场所淘汰。经过几十年的发展,如今混凝土装配式建筑的技术在国外已经达到了很高的水平,但国内发展较慢。在经济和产业面临转型之际,混凝土装配式建筑必定会迎来大发展的时期。保障性住房是国家重大的民生工程,混凝土装配式建筑对国家的产业转型,节能减排等有着积极的意义。两者如能完美结合,必定是利国利民的好事。

参考资料:
  [1]中国建筑文化中心编.编委:于华 史健等.保障性住房设计图集.江苏人民出版社 2011.6
  [2]主编:中国土木工程学会住宅工程指导工作委员会/承编:《建筑创作》杂志社 谭庆琏等.2005~2007中小户型住宅方案选编.天津大学出版社 2007.8.
  [3]同济大学建筑工程系薛伟辰.预制混凝土框架住宅体系研究.2010.8.


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