装配式建筑的多元化研究分析

装配式建筑的多元化研究分析

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1..中核房地产开发有限公司北京市100037；

2.北京升和房地产开发有限公司北京市100007

摘要：预制装配式建筑并不是个新鲜的事物，早在建国初期，国内借鉴前苏联的经验，开始在全国建筑业推行标准化、工业化、机械化，大力发展预制构件和预制装配建筑，提出了自己的建筑工业化之路。近年来，政策上再次大力倡导装配式建筑，深化了人们对于预制装配式的再认识，不仅仅局限于混凝土的PC构件，而是将钢结构、混合结构都进入其中。在科技发展、经济繁荣、意识形态多元的当代，预制装配式建筑呈现出前所未有的发展态势，研究预制装配式建筑的历史及其发展趋势，关注预制装配式建筑的文化精神，对于提升预制装配式建筑创作的文化品位，彰显预制装配式建筑的文化魅力，具有积极的促进作用。

首先，以时间为轴，先来研究一下装配式建筑的发展历史。建国初期，也就是20世纪50年代，国内借鉴前苏联的经验，开始在全国建筑业推行标准化、工业化、机械化，大力发展预制构件和预制装配建筑，提出了自己的建筑工业化之路。从70年代初到80年代中期，预制混凝土构件生产经历了大发展时期，同时也建成了大量的装配式住宅。到80年代末，全国已有数万家构件厂，全国预制混凝土年产量达2500万立方米。工厂化的新发展使商品混凝土得到了很大的发展，为现浇混凝土时代提供了条件。

1980年以后，国内逐步引进日本、澳洲、加拿大的轻钢结构低层住宅。1990年以后，随着住宅产业现代化的进步和建筑钢结构促进政策，钢结构住宅的研究和实验建造开始启动。2000年以后，更多知名钢铁企业和地产商都投入很大力量开发和研究钢结构住宅，更多示范工程在建和投入使用，更多的产业促进政策，使人们逐渐认识了钢结构住宅。

城市化进程加速，城市居民改善居住条件的需求巨大，于是兴起了一波新的建造住宅的热潮，此时的建造技术有所提高，建材也更多的应用了水泥、钢筋混凝土等材料。由于需求量剧增，人们纷纷期盼早些搬进楼房，对工期的要求提高了，但对建筑外观的要求几乎没有，当时的人们对建筑外观的要求远不及对其基本居住功能的渴望，预制装配式建筑符合当时的要求。

而我国钢结构住宅比起发达国家，起步晚了约三十年左右。欧、美、日等国家已占市场份额的主导地位50%~85%，中国钢结构住宅产业化规模和生产制造效率相距甚远，市场占有份额低下，不到1%。起初在国家的倡导下，推动钢结构住宅研究的是钢铁集团，由于冶炼及轧制技术的进步，钢铁产量趋于过盛，而只是钢结构公共建筑的用钢量毕竟是很有限的，建筑用型钢制品希望能通过钢结构住宅打开销路，逐渐得到市场的认可，钢铁企业希望通过开拓广阔的民用住宅市场来打开销路。随后，各大地产商也开始研究钢结构住宅，与混凝土构件的装配式建筑相比，这是一块新的领域，与传统的以钢筋混凝土材料的各种结构形式为主的民用住宅大大不同，地产商们在想往绿色建筑及产业化进程中看中的是钢结构住宅的明显的综合优势，包括但不限于设计可与工厂预制同步进行、型钢品种多、宜采购宜加工、建造工期短、建筑过程节能减排、现场施工技术成熟稳定、抗震性能好、尤其适用于高层和超高层建筑等等。

那么，在刚刚起步时建造的预制装配式建筑都有哪些呢，70年代出现了混凝土预制墙板与预制楼板全装配式住宅，这种建筑居住效果不好，几乎装配式建筑的所有缺点它都具备，外墙缝隙渗水、保温隔音差、抗震性能不好等等。80年代，出现了内浇外挂式住宅，最早的装配式高层建筑，可建到20层，内浇外挂就是内墙用大模板以及混凝土浇筑，墙体内钢筋网，外墙挂预制混凝土复合墙板，配以构造柱和圈梁。为了大批量的生产制造，这种建筑的外立面也是千篇一律的，外墙板也会随着老化而开裂、破损、脱落、漏水。

装配式建筑发展到目前的阶段，基本可以分为预制混凝土装配式、钢结构、现浇混凝土加钢结构、现浇混凝土加预制混凝土构件这几类。砌体结构，目前已经很少被使用，主要是层数的限制。前些年市场上出现了一些特殊的砌块，并出具了计算手册，说明可以建造到10层以上，但并没有得到推广。

其他的几种结构形式也都存在着自身的待解决的问题和局限性，但比起砌体结构，在结构体系和建筑适用性上也都各有优点，首先分析以混凝土材料为主的装配式建筑。

其实预制装配式这个词应该专属于混凝土结构，因为钢结构本身就是预制的，建造时要装配的。现浇混凝土结构是目前在设计和施工上最常用的结构形式，除了超高层几乎无所不能。在住宅上最常用的就是剪力墙或者框架剪力墙，7度区最大适用A级高度120米，8度区100米，可以满足大多数建筑规划要求。钢筋和混凝土这种材料搭配也是目前被认为是“最佳拍档”，因其生产简易操作简单入门难度低，最主要的造价和施工成本低，所以大家也都希望能用混凝土材料来完成预制装配式的建筑。而且，原始的混凝土使用过程确实与时下提倡的节能减排，降噪降耗相悖，传统的钢筋混凝土的建造过程是，钢筋从生产地被长途运输到施工现场，在不具有精细加工条件的施工场地由钢筋工人制作成适用于不同尺寸的套箍，或剪裁绑扎成各种长度的受力钢筋，按照图纸安装绑扎成型，支上模板，由商品混凝土进行浇筑。

基于这些问题，人们不约而同的想到了预制混凝土构件现场装配，工厂预制节省了大量时间，在设计过程中把构件逐步预制出来，达到使用强度，并且还可以将保温、外装饰等一起预制，在工厂里生产的质量保证率要比工地高得多。

但是，这么多快好省的方法又是最佳拍档，为什么不能直接大规模的使用呢，首先就是装配上有些问题，早在1980年就已经有了这种预制装配式建筑，砌体结构的楼板很长时间都在使用预制板，还有一少部分建筑是全装配式的，据设计师说，当时，全装配式的建筑在施工时对吊装的精度要求很高，为保证预制构件的连接强度和现浇等强，预留的钢筋相互需要锚入，然后在预留的空心中灌浆，使其成为整体，即使这样，他的整体性较之全现浇的建筑还是会打折扣。抗震设计提出的整体性能要求，在预制装配式建筑中似乎很难体现，节点的处理方法现在又有了进一步的发展，但是原理是一样的，目前在这一领域还没有新的思路，所以装配式建筑还没有往超高层发展。

看过唐山大地震电影的朋友可能还会记得，坍塌的水泥板下压着两个孩子，这个水泥板就是预制混凝土楼板，俗称的预制板，由于板边与墙体不是现浇整体，地震中，这个位置对容易出现破坏，结果就是楼板整体的从连接处滑落，这是结构设计最不希望看到脆性破坏。在结构设计中，要将连接处的连接强度做到大于构件本身的强度，也就是设计中常说的强节点、弱构件，进一步就是强减力弱弯矩，作用是发生地震时能够让人们有足够的时间撤离，发生的破坏是延性破坏。

再者，既然是预制构件，就要有预制模具，如果每个楼都有个性化设计，不同的户型、开间、外立面等，需要制作的模具就太多了，模具的制作既是资金成本也是时间成本，把这个时间加进整个工期里恐怕就与装配式建筑的初衷相背离了，所以，以往的预制构件都是模数制的，设计时需要遵从模数，建筑内部、外形不免千篇一律。

钢结构也是工厂预制，装配，但却不存在这些问题，钢结构的加工和安装技术已经成熟应用多年，在国际和国内读有了丰富的成功经验，钢结构构件可以用轧制成品，也可以用板材加工成型，国家针对钢结构设计和施工的规范规程图集也已经广泛应用多年了。

钢结构住宅在结构上的优势最为明显，利用钢材强度高的特点，设计可采用大开间布置，使建筑平面能够合理分隔，灵活方便，创造开放式住宅。在空间使用率上，钢结构的断面小，与混凝土结构相比可增加5%的建筑有效使用面积。相同建筑面积和高度的建筑，钢结构自重最轻，一方面大大节省了对地基的处理费用和时间，节省基础的用材，轻自重还使其的抗震性能更好。钢材的特点是具有较大的延性，在发生变形时，弹性形变可以消耗掉更多的地震或造成变形的能量，保证建筑物的安全性。在施工方面，钢结构构件可以实行工厂化生产，现场安装，由于现场作业量小，对周围环境污染少，同时机械化程度高，加快了施工速度。工厂大批量生产提高了工业化程度，并且能将节能、防水、隔热、门窗等集合于一体，成套应用，并将设计、生产、施工一体化，提高住宅产业化水平。另外，钢结构拆除后，钢材可实现100%的回收利用，是真正的绿色建筑。

但是钢结构住宅的推广还是遇到了些疑难问题，众所周知钢材不耐高温，根据建筑防火规范要求需要喷涂防火涂料或者封包防火板，公建尚可接受，民用住宅没有吊顶，装修也是每户有自己的想法，即使精装交房也不免会拆改。钢材耐腐蚀性能差，所以主体结构在做外装饰之前要除锈和喷涂防锈漆，并且要定期检查维护，民用建筑很难做到这点。钢结构的柔性大，而二次结构都是刚性材料，二者的结合存在问题，产生结构位移时内隔墙与主结构就会因相对位移差产生裂缝，外饰面的各种建材也会发生开裂或脱落。

关于钢结构住宅，除了对整体建筑结构体系的研究之外，很多问题还需要节点的精细设计来完成，比如防火、防腐、管道穿梁、建材的选择等，还有最关键的造价问题。对于钢结构住宅，钢结构材料表用量表单、层间位移、双向周期等能反应其抗震性能的具体数据，钢结构节点处理和结构形式的具体阐述，这些才是能够考量高层钢结构安全性、合理性、适用性、经济性、可行性的关键因素。

近年来，有公司从国外引进了现浇混凝土核心筒结构，经过与中国规范的结合并改进，也进行了试点建造，此技术的核心是钢结构与混凝土的结合，抗震主体是住宅的核心筒，为混凝土现浇结构，此核心筒要承受整体结构的水平地震力和水平风力，钢结构的预制部分以焊接的方式连接于核心筒上，并采用了特殊的弹性支座释放了竖向位移，最大的高度可到20层。

总之，装配式建筑有他不可替代的优势但也有缺陷待完善。我国是地震多发的国家，在住宅建筑的抗震设计方面就需要进行不断的完善。装配式混凝土结构在设计时，由于其构件呈现为一种互相连接的状态，因而对它的抗震性能方面的设计就需要使用更加复杂的方法以及技术。空间问题是建筑的核心，灵活分隔、满足各种居住需要也是必须要具备的要素。建筑外立面是体现城市风貌，街区人文景观的重要载体，应各有特点，程现多样化的丰富设计，不能千篇一律。

在未来很长一段时间内，中国经济仍将以较快的速度持续发展，高速发展的经济必然会对建筑产品产生持续的、较大的需求。同时，随着科学技术的高速发展及人们对生活品质提出越来越高的要求，未来社会需要在一定时间内获得更多的高品质的建筑产品。面对这样一种巨大的、持续的需求和开放的建筑市场，我国建筑业面临的机遇与挑战并存。逐步实现建筑工业化，是迎接挑战，抓住机遇的必要途径。

在全面建设小康社会的今天，住宅产业是一个符合时代要求的，具有很大生命力的，市场前途很广阔的产业。无论从国际建筑业的发展经验，走过的道路以及目前的状况可以看出这一点。

随着住宅产业成为我国经济发展的增长点，住宅产业化发展将是住宅业发展的必由之路，而住宅产业化的前提是具备与产业相配套的新技术、新材料、新体系，这些都是我们不断探究和突破的课题。