黑龙江省建工构件有限公司(生产体系简介)

龙江建工2019-11-07 12:49:45

一、建筑产业现代化的目的和意义

近年来中国每年竣工的城乡建筑总面积约20亿m2,其中城镇住宅超过6亿m2,是当今世界最大的建筑市场。中共“十八大”提出“坚持走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路,推动信息化和工业化深度融合、工业化和城镇化良性互动、城镇化和农业现代化相互协调,促进工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展。”2014年3月中央、国务院发布《国家新型城镇化规划(2014-2020年)》,提出常驻人口城镇化率要从2012年的52.6%提高到2020年的60%左右。因此,我国工程建设规模在今后相当长一段时间内仍将处于较高水平。

长期以来,我国建筑业主要采用现场施工为主的传统生产方式,这种生产方式工业化程度不高、设计建造比较粗放、建筑产品质量不稳定、建设效率比较低、劳动力需求量大、材料损耗和建筑垃圾量大、资源和能源消耗较大,不能满足建筑节能、环保和建筑业转型升级的可持续发展要求。

为了解决以上问题,实现建筑产业转型升级,提高建筑工程质量和建设效率,提高材料的使用效率,减少资源和能源消耗,减小劳动力需求,实现建筑产业现代化是必经之路。建筑产业现代化的目的和意义主要体现在:

(1)建筑行业节能减排的需要。中国面对新型城镇化、新农村建设以及各层次保障性住房建设的巨大任务,需要持续大量兴建房屋建筑。

建筑业是我国最大的单项能耗行业。据不完全统计,我国建筑能耗已从上世纪70年代末期占总能耗量的10%上升到2006年的25%以上,这一比例可能进一步攀升至35%以上。建筑业的节能减排问题已成为影响我国国民经济增长方式转变和国民经济可持续发展的主要矛盾。

建筑业也是我国最大的资源、能源消耗行业。我国钢筋、水泥产量多年位居世界第一,其中水泥的用量占全世界的50%,钢材的用量占40%,大量的资源需求对环境产生很大的负荷。装配式工业化建筑体系的应用可有效节约钢筋、混凝土两大主材用量,缓解原材料生产、加工、交通运输、电力供应等方面的巨大压力。发展建筑产业现代化,实现建筑工业化、产业化是解决目前我国建筑业能耗过高、粗放经营的重要途径。

(2)建筑业创新发展的需要。改变建筑设计、建造和运营管理模式,提高建筑科技含量、性能和质量,需要有制度创新和技术创新。工业化建筑面临的重要工作是将施工阶段的问题提前至设计、生产阶段解决,将设计模式由“面向现场施工”转变为“面向工厂生产和现场施工”的新模式;构件的工业化生产和装配,便于实现设计模数化、标准化、集约化,从而实现资源节约、提高效率、降低建造成本;通过信息技术的支撑,新型工业化建筑将不再是传统的二维设计和粗放施工,而是通过建立3D、4D模型,实现各专业协同设计、构件数字化加工、数字化施工管理、全生命周期运行维护管理等,全面优化建筑全生命周期资源配置,提高建筑设计、施工、管理的技术含量和科学性,提高建筑工程质量和建筑性能。

改变建筑建造方式的核心是标准化、工业化和信息化。建筑工业化和产业化在日本、美国、欧洲、新加坡等发达国家和地区起步较早,并且产业化程度也很高。我国的装配式建筑尚处于初级阶段,与发达国家差距很大。需要学习国外先进的建造模式,结合中国国情研究开发装配式工业化建造技术,大力促进住宅部品的标准化、工业化生产和安装,促进我国建筑生产方式的根本转变。

(3)解决建筑市场劳动力资源短缺的需要。随着国民经济的持续快速发展,人们对劳动环境、待遇、生活环境和质量提出了更高要求。我国正在逐渐向老龄化社会发展,适龄劳动力的数量在逐渐减少,2012年适龄劳动人口首次同比下降了约350万人,劳动力成本在大幅度不断上升;随着我国90后一代教育程度的提高,年轻人不再愿意从事建筑工地繁重的体力劳动,加速了建筑市场劳动力资源的短缺。“民工荒”、劳动力资源短缺和高额的劳动力成本即将威胁到传统的建造模式和我国建筑行业的可持续健康发展。工业化建筑可有效缓解建筑工程建设与劳动力缺口之间的矛盾、降低劳动力需求,有效改善劳动环境。

(4)有效保证工程质量、节约资源和降低成本的需要。工业化建筑的各种构配件在工厂标准化、大规模生产,模具可多次重复使用,水资源可循环利用;结构构件可方便地采用高强钢筋、高性能混凝土、预应力技术、工业化成型钢筋技术等,减少构件截面尺寸,节约钢筋、混凝土材料用量;可完成结构、保温、装饰装修等一体化生产,真正实现“交钥匙工程”,有效缩短施工周期和投资回收周期,节省建设成本;可有效降低现场施工噪声及垃圾排放,减轻交通运输压力和垃圾处理成本;结构构件及建筑部品的工业化生产和安装,可有效提高建筑质量,减少安全隐患,降低全寿命周期的使用维护成本。

总之,建筑产业现代化是建筑产业转型升级的必然趋势,是实现建筑工业化、产业化及建筑节能减排的重要途径。实现建筑产业现代化,可提升设计、施工的质量,有利于提高建筑产品品质和建设效率,有利于减少劳动力数量需求和改善工人劳动条件,有利于提高材料的使用效率和节约资源、能源消耗,有利于减少现场施工对场地和环境条件的依赖,有利于减少建筑垃圾、减少施工对环境的不良影响,有利于提高建筑功能和结构性能,能够逐步满足建筑业“四节一环保”的可持续发展要求。

二、产业化技术体系分析

目前我国建筑业主要采用现场施工为主的传统生产方式,这种生产方式工业化程度不高、设计建造比较粗放、建筑产品质量不稳定、建设效率比较低、劳动力需求量大、材料损耗和建筑垃圾量大、资源和能源消耗较大,不能满足建筑节能、环保和建筑业转型升级的可持续发展要求。为了解决以上问题,实现建筑产业转型升级,提高建筑工程质量和建设效率,提高材料的使用效率,减少资源和能源消耗,减小劳动力需求,实现建筑产业现代化是必经之路。

建筑产业现代化是以建筑业转型升级为目标,以技术创新为先导,以现代化管理为支撑,以信息化为手段,以新型建筑工业化为核心,对建筑的全产业链进行更新、改造和整理,实现传统生产方式向现代工业化生产方式转变,从而全面提升建筑工程的质量、效率和效益。

三、产业化技术体系分类

建筑产业现代化结构技术体系包含的范围比较广。以全部或者部分工业化的方式建造的新型结构体系,都可以称为建筑产业现代化结构技术体系。目前研究及应用较多的包括以下几类。

建筑产业现代化结构技术体系

装配式混凝土结构

装配式盒子结构

钢结构

混合结构

轻型墙体建筑技术

保温模板结构一体化技术

组合结构技术

建筑产业化结构技术分类列表:

建筑产业化预制件分类:

               建筑产业化预制件分类

第一类

非砌筑类型的建筑内、外墙板

第二类

满足建筑装饰用的制品

第三类

预制钢筋混凝土构件,包括楼梯、叠合楼板、阳台、雨蓬等

第四类

预制主体结构构件,包括框架柱、框架梁和次梁、抗震墙板、连梁等

第五类

钢结构和轻型钢结构用的构配件

第六类

其他符合标准化设计、工厂加工、现场安装条件的建筑部品在调整产业布局,完善资源配置。


四、PC预制构件生产工艺流程

1、PC构件生产的一般工艺流程为:首先,脱模后的空模具经滚轮架线和码垛机运输到指定位置进行模具清理,经清理机除去混凝土残渣等杂物后,空模具被运送到模具划线机工作位置,模具划线机根据构件特征信息进行数控划线工作以确定侧模、窗模以及预埋件等的安装位置。之后,经滚轮架线空模具依次被移至指定位置,进行侧模的安装和和脱模剂的喷涂,为后续的浇筑工作进行准备。在混凝土浇筑前,需要根据构件型号在模具上布置满足要求的钢筋以及吊环等埋件。在混凝土的振捣和浇筑设备上,空模具经混凝土浇筑和振捣后,被转运道下一工作位置进行构件表面压平修饰。压平修饰后,模具被运送到码垛机等待下一步的蒸汽养护工作。码垛机将运送来的待蒸养构件按照一定的次序依次送入立体蒸养室进行蒸汽养护。在一定的温度和湿度条件下,达到蒸养时间的构件连同模具被码垛机运送到模具脱模设备上进行脱模,至此,构件的生产完成一个循环。生产线工艺流程图如下图所示。 

PC工业化住宅生产线

2、PC构件环形生产线的组成

依据生产工艺流程PC构件生产线由若干工位组成,包括:模具清理工位、模具划线工位、模具安装工位、侧模安装工位、喷脱模剂工位、钢筋埋件工位、混凝土浇筑振捣工位、表面修饰工位、蒸养工位、脱模工位。

在脱模划线机工作之前,首先空模具要在模具清理工位上进行混凝土残渣清理工作,为模具划线做准备;模具划线工位通过数控模具划线机根据图纸要求将构件的外轮廓及特征用划线的方式划到钢制模板上,为下一步模具安装提供安装基准;侧模安装工位将根据所画线条基准安装模具条,为混凝土浇筑做准备。

3、预制构件的生产方式

(1)、固定模式

 这是一种传统的制造预制构件方法,模台固定于地面,工人或设备围绕工作台生产,生产灵活性大,兼容性较好、适合各种不同形状的构件。

(2)、模台绕固定线路循环运行,通过各个工作与专用设备,生产效率较高。

五、国内外装配式技术体系的发展及应用概况

1、国外的发展及应用概况

1891年,巴黎Ed. Coigent公司首次在Biarritz的俱乐部建筑中使用装配式混凝土梁。二战结束后,装配式混凝土结构首先在西欧发展起来,然后推广到美国、加拿大、日本等国。发达国家住宅生产的工业化,早期均采用专用体系,虽然加快了住宅建设速度,提高了劳动生产率,但也暴露出住宅千人一面,缺乏个性的缺点。为此,在专用体系的基础上,各国又先后积极推行了通用体系,以部件为中心组织专业化、社会化大生产,形成许多各自独立又互为依存的工业部门。

西方发达国家大都经历了住宅工业化、标准化的过程,由低级到高级、由集团住宅体系发展到全社会化、全行业化的通用化住宅部品的过程,建立了彼此协调、互相制约、共同繁荣的生产机制。比如在美国,住宅用构件和部品的标准化、系列化、专业化、商品化、社会化程度很高,几乎达到100%。现在美国有三十多家专门生产单元式建筑的公司。在美国同一地点,相比用传统方式建造的同样房屋,只需花不到50%的费用就可以购买一栋工业化组装式住宅。

第二次世界大战以后,欧洲诸国为了加快住宅建设速度而发展了装配式住宅。西欧及北欧各国,在60年代中期预制装配式住宅的比重占18%-26%,之后,随着住宅问题的逐步解决而逐渐下降。东欧及苏联等国直到20世纪80年代装配住宅的比例还在上升,如东德1915年占30%,1975年占68%,1978年上升到80%;波兰1962年占19%,1980年上升到80%;前苏联1959占1.5%,1971年占37.8%,1980上升到55%。欧洲国家的预制装配结构技术从60年代到70年先后由专用体系向通用体系发展,构件通用程度扩大到公共建筑。住宅层数、户型、体型以及外墙饰面作法等也灵活多样。在统一模数制下,参数形成系列,用大型模板可以灵活改变构件的长度及宽(高)度。

日本在装配式混凝土结构方面的研究和应用比较领先,又是地震多发国家,人口密度和居住条件与我国比较接近。60年代中期,日本住宅工业化有了长足发展,混凝土构配件生产形成独立行业,住宅部品化供应发展很快。日本政府围绕住宅生产与供应,将各有关企业的活动加以“系统化”协调,重点做了两个方面的引导:一是政策上从调整产业结构角度提出发展设想:二是生产方式上引导,重点在住宅产业工业化和技术方面,建立了“住宅生产工业化促进补贴制度”。标准化是推进住宅产业化的基础。日本首先制订了《推动住宅产业标准化五年计划》,开展材料、设备、制品标准、住宅性能标准、结构材料安全标准等方面的研究工作,依靠各有关协会加强住宅产品的标准化工作,并对房间、建筑部件、设备等尺寸提出了建议。此后分别制订了《住宅性能标准》、《住宅性能测定方法和住宅性能等级标准》以及《施工机具标准》、《设计方法标准》等。目前日本各类住宅部件(构配件、制品设备)工业化、社会化生产的产品标准十分齐全,占标准总数的80%以上,部件尺寸和功能标准都已成体系。1973年建立工业化住宅准入制度,标志着作为体系建筑的装配式住宅起步。2001年时,日本年新建竣工的装配化住宅约3000万m2。日本民间成立了装配式房屋协会,建立了比较完善的装配式结构体系和标准规范体系,如《预制钢筋混凝土结构的设计与施工》等等,为行业健康发展起到重要作用。

日本住宅产业化的研究是从1955年日本住宅公团成立时开始,并以住宅公团为中心展开的。住宅公团的任务就是执行战后复兴基本国策,解决城市化过程中中低层收入人群的居住问题。从50年后期至80年后期,历时约30年,形成了若干种较为成熟的混凝土结构住宅体系。这些体系即可以用传统现浇工法,也可以采用装配式的工业化方法施工。

2、国内的发展及应用概况

我国混凝土预制构件行业已有50多年的发展历史,也曾有过辉煌,为中国的建筑事业做出过不可磨灭的贡献。例如,北京市的大板装配住宅建筑,从1959年至1984年底共建成172.6万m2,其中高层(12-13层)48.9 万m2,多层223.7万m2,并建了16层试验住宅一栋,面积为7069 m2。但从20世纪90年代之后,我国预制构件行业面临很大的困难:市场疲软、产品滞销、竞争加剧、很多构件厂倒闭等。因使用功能和质量问题(如接缝处建筑功能差,保温、隔热、隔声性能差,内装单一、粗糙,质量低下,户型简单、开间小等)、结构问题(房屋结构整体性较差、连接节点薄弱、预制混凝土构件节点钢筋易锈蚀等)、成本效益问题、构件运输与城市交通的矛盾以及现浇结构的长足发展(建筑业体制、农村劳动力大量进城、现浇技术进步)等,传统的装配式建筑在我国的应用比例不断下降。

装配式混凝土结构在香港和台湾地区一直都有着不错的发展。在香港已经应用了30 多年,香港房屋委员会在公租房屋(简称公屋)建设中大力推行预制结构,主要生产预制混凝土墙体为主的预制混凝土构件。香港的住宅工业化程度也很高,在过去的20年时间里,住宅建筑中PC率(预制构件占钢筋混凝土用量的体积百分比)已由最初的17%逐步增加到30%,个别项目达到65%。1988年,香港提出建造和谐式公屋,即在建造中广泛应用预制楼梯、预制卫生间、预制厨房、预制外墙板、半预制楼板等组件,旨在满足不断增长的公共住宅需求。香港公屋主要采用后安装预制墙板和先安装预制墙板两种预制混凝土结构体系。在台湾地区,主要是引进日本的技术并加以消化、改造和创新,主要采用装配式混凝土框架结构体系,并大量应用混凝土外挂墙板。在钢框架结构中,也较多的应用了混凝土外挂墙板。

目前,我国预制构件面临的主要挑战:(1)高层建筑和大跨结构的兴起,结构抗震设计要求高,建筑使用功能的多样化引起结构非标准化尺寸和不规则形状增多等建筑市场的变化,使得形状尺寸划一的预制构件装配式结构受到限制;(2)商品混凝土和混凝土运输机械及泵送技术的发展,使得现浇整体结构大有取代装配式的趋势;(3)大量涌现的小型预制构件厂整体素质较差,预制构件质量不能保证;(4)由于对抗震性能的不准确理解,部分省、市出台了限制使用预制楼板的政策。因此,预制构件行业只有扬长避短,根据技术发展的需要作适当的调整和改进,吸收和发展国外的先进技术,开发新工艺和新产品,才能直面市场、迎接挑战、占领市场。

20世纪末至21世纪初的十年期间,由于我国建筑(尤其是住宅)产业化方针政策的推动和住宅技术发展的需求,住宅科技进步加速发展,建筑工业化生产研究实践又进入了一个新的发展时期。政府在住宅产业化的新技术、新产品、新材料的推广应用方面已取得了明显成效。目前在我国的一些大城市以及沿海地区,随着城市化和工业化的不断发展,出现了对装配式混凝土结构的强烈需求。因此,近十年来,我国在装配式建筑混凝土结构技术方面的研究逐渐升温,多家单位开展了技术研究,并在万科集团、南通建筑工程总承包有限公司、宇辉集团、上海瑞安集团等的开发项目中开展了工程应用。

六、国内成型的产业化技术

装配式混凝土包括装配整体式结构和全装配式结构,对于技术方面而言,国内装配整体式结构的技术比较完善。该结构在国内得到充分的应用。

装配整体式结构是装配式结构的一种特定类型,预制件与预制件除了预制钢筋的连接方式同必须采用混凝土后浇的方式使整个结构达到一个完整的整体。可以采用和现浇结构相同的方法进行整体设计,其最大适用高度与现浇结构基本相同。当主要受力预制构件之间的连接,通过柔性连接或其他不需要浇筑混凝土的干式节点连接方式连接时,节点及接缝构造措施的性能与现浇结构不同,会形成具有自身规律和特性的装配式混凝土框架结构。此时,结构的总体刚度与现浇混凝土结构相比有所不同,此类结构不属于装配整体式结构。根据我国目前的研究工作水平和工程实践经验,对于高层建筑,《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1-2014仅涉及了装配整体式混凝土框架结构。

1、装配整体式结构PC构件及预留钢筋连接方式

PC构件连接方式

预留钢筋连接方式

节点连接

非节点连接

预留后浇带连接

钢筋套筒连接技术

钢筋浆锚连接技术




全套筒连接

半套筒连接

螺旋箍筋约束浆锚搭接连接

金属波纹管浆锚搭接连接

装配整体式混凝土结构PC构件的连接方式

装配整体式混凝土结构PC构件的连接方式可以采用节点连接和非节点连接。

1)节点连接是指梁与柱在节点区的连接和节点边缘的连接。优点:构件的制作运输安装方便,节点浇筑后可保证建筑的整体性。缺点:节点区位于受力的关键部位,节点区的混凝土浇筑量较大,且对钢筋连接及后浇筑的质量有严格要求。一般采用梁端弯锚钢筋在梁柱节点处搭接锚固,现场配置节点区箍筋及梁上部纵筋后现浇混凝土的方法,如图所示:

节点浇筑混凝土区域  

  

节点连接示意图

2)非节点连接是指梁与梁的连接、柱与柱的连接。非节点连接:是采用节点预制。这种连接方式可减少节点受力,在地震中破坏非节点拼接区域,使拼接区域产生变形,震后保证结构整体性,方便震后维修。

梁柱节点区域是框架结构中最重要的受力部位,为了保证节点浇筑质量、避免节点处钢筋复杂的环境以及吊装时梁端弯锚筋与柱筋的碰撞,可将梁柱节点与梁一体化预制,形成单节点梁如图或双节点梁;也可将边柱或角柱的梁柱节点与柱一体化预制,形成带节点柱如图;也可将梁柱节点单独预制,竖向预留贯通孔,水平预留梁筋如图:

底部预留后浇区的装配整体式剪力墙的连接方式是在考虑到以受弯破坏为主的剪力墙两端钢筋对弯矩贡献大、中部钢筋对受弯贡献小的理论之后,结合降低套筒使用量的要求而设计得到的。

这种在预制剪力墙底部预留后浇区,后浇区内竖向分布钢筋采用传统的搭接连接,仅在预制部分的两端采用套筒灌浆连接的装配整体式剪力墙方式。底部预留后浇区的预制剪力墙的连接构造及拼装示意图如图所示。 

2、产业化技术体系中预留钢筋的连接技术

1)、钢筋套筒灌浆连接技术

预制构件的连接技术是装配式结构关键的、核心的技术。其中,钢筋套筒灌浆连接接头技术是主要推荐的接头技术,也是形成各种装配整体式混凝土结构的重要基础。套筒灌浆接头所使用的套筒一般由球墨铸铁或优质碳素结构钢铸造而成,其形状大多为圆柱形或纺锤形。灌浆料是一种以水泥为基本材料,配以适当的细骨料以及少量的混凝土外加剂和其它材料组成的干混料,加水搅拌后具有大流动度、早强、高强、微膨胀等性能。国内外已有很多种套筒灌浆接头,且其形式多种多样,但按套筒的形式,总体上可分为全套筒灌浆接头和半套筒灌浆接头两大类。半套筒灌浆接头:这类接头在预制构件端接头一般采用直螺纹方式连接钢筋,现场装配端采用灌浆方式连接。

全套筒灌浆接头:性能可靠、适用性广、安装简便,是目前使用最广泛的一类套筒灌浆接头形式。缺点对套筒要求质量比较高,要求灌浆充分,由于预留孔洞过多现场施工复杂。

半套桶灌浆接头:减少现场灌浆次数,有利于提高工程质量。缺点由于直螺纹连接所需要的锚固长度小于灌浆连接端所需的钢筋锚固长度,半套筒灌浆接头尺寸较小,对使用的套筒材料有较高的要求,且对预制端连接钢筋型号要求较严,成本较全套筒灌浆接头高。如图:

2)、钢筋浆锚搭接连接技术

是将预制构件的受力钢筋在特制的预留孔洞内进行搭接的技术。构件安装时,将需搭接的钢筋插入孔中内至设定的搭接长度,通过灌浆孔和排气孔像孔洞内灌入灌浆料,经灌浆料凝结硬化后,完成两根钢筋的搭接。其中包括螺旋箍筋约束浆锚搭接连接、金属波纹管浆锚搭接连接,以及其他采用预留孔洞插筋后灌浆的间接搭接连接方式。

螺旋箍筋约束浆锚钢筋搭接连接工艺流程为,在预制构件底部预留足够长度的带螺纹的孔洞,预埋钢筋和预留孔洞共同至于预埋的螺旋箍筋内,后浇筑混凝土剪力墙,带混凝土硬化后拔出预留套管,将待锚钢筋插入预留孔洞后由灌浆孔注入灌浆料,完成连接如图。预留孔洞内壁表面为波纹状或螺旋状等粗糙界面,增强灌浆料和预制件的界面粘结性能。沿孔洞长度方向布置的螺旋筋能有效约束灌浆料与被连接钢筋,该连接技术的主要参数包括钢筋搭接长度和螺旋箍筋的直径、箍距。

(螺旋箍筋约束浆锚钢筋搭接连接示意图)

金属波纹管浆锚搭接连接主要应用于预制剪力墙竖向钢筋连接。该技术的原理为在预埋钢筋附件预埋金属波纹管,波纹管上端弯折出预制构件,在波纹管内插入待插钢筋后注浆完成连接,该技术中金属波纹管较薄,在连接中仅起到预留孔洞的模板作用,但直径较大被连接的钢筋分别位于管内、外,对于钢筋与混凝土的接触咬合的约束作用有限。但对拔管的时间有严格的控制。

七、装配整体式技术特点

装配整体式混凝土结构的连接部位抗弯能力较强,在地震作用下,弹塑性变形一般出现在结构构件上(即预先设定的塑性铰处)。采用装配整体式连接的预制结构设计思想与现浇结构基本一致,只要保证连接构造满足要求,结构构件的设计可以按照现浇混凝土结构的设计准则进行。国内外以往建造的预制混凝土结构大都属于这一类连接方式。由于等同现浇结构在地震中依靠构件截面的非弹性变形耗能能力,因此能够达到与现浇混凝土框架结构基本相同的抗震能力。大量的理论、试验研究和实际震害经验也表明,这些预制装配式混凝土结构具有良好的整体性能,具有足够的承载力、刚度和延性,总体表现如同现浇结构。同时根据《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1-2014给出了装配整体式结构的其适用高度。

装配整体式结构房屋的最大适用高度(m):

结构类型

非抗震

设计

抗震设防烈度

6

7

8度

(0.2g)

8度

(0.3g)

装配整体式框架结构

70

60

50

40

30

装配整体式框架-现

浇剪力墙结构

150

130

120

100

80

装配整体式剪力墙结构

140(130)

130(120)

110(100)

90(80)

70(60)

注: 房屋高度指室外地面到主要屋面的高度,不包括局部突出屋顶部分。

1、国内成型的产业化技术及实例

装配式混凝土包括装配整体式结构和全装配式结构,对于技术方面而言,国内装配整体式结构的技术比较完善。

装配整体式结构在国内已经得到充分的应用。

具体实例包括: 

装配整体式实例:南京万科十五层全预制装配框架公租房

装配整体式实例:沈阳建筑大学研究生公寓楼

2、装配整体式结构类型

结构形式

框架结构

剪力墙结构

框架—剪力墙结构

其他装配式混凝土结构





定义




由预制柱、预制梁、预制楼盖板、预制楼梯等结构构件构成

主要预制构件为预制剪力墙、预制叠合楼板、预制楼梯等,结合局部后浇的边缘构件、圈梁及水平后浇带,形成装配整体式剪力墙结构体系。

在装配式框架结构中增设现浇剪力墙或者预制剪力墙,即形成装配式框架-剪力墙结构体系,广义上也包括装配整体式框架-核心筒体系




其他满足装配式条件的结构


预制件连接方式



节点连接

非节点连接


套筒灌浆连接、浆锚搭接连接、预留后浇区搭接连接

预制框架-现浇剪力墙,与框架结构相同。预制框架-预制剪力墙正在研究中。

梁柱节点铰接或者半刚接的混凝土框(排)架结构、预制墙板与双T板组成的结构



特点及优缺点

框架结构的主要特点是连接节点单一、简单,连接可靠性易得到保证,等同现浇的设计概念;布置灵活,装配率可以达高水平,适合工业化发展。

装配整体式剪力墙结构适用于住宅建筑,尤其是便于标准化、模数化的保障性住房,因此,其研究与发展最为迅速。


防震系数高,框架满足纵向受理,剪力墙提高水平荷载




具体结构具体分析

装配整体式框架结构一般由预制柱、预制梁、预制楼盖板、预制楼梯等结构构件组成。构件的连接可以采用后浇整体式、预应力拼接等形式,也有采用带节点和梁柱构件的预制框架形式,是将传统工法和预制装配式工法适度结合并优化的产物。但因运输不便目前较少应用。

我国的新型装配式混凝土框架结构体系主要参照日本和台湾的技术,包括鹿岛、前田、润泰等公司的技术体系,同时结合自身需要进行取舍并形成新的结构体系。框架梁柱节点可与梁一同整体预制,或者节点区现浇;拼接面设置在梁、柱跨中或者梁、柱与节点的交界面;在拼接面处,梁、柱的纵向受力钢筋主要采用套筒灌浆连接、焊接等工艺。外围护结构通常采用预制混凝土外挂板,楼面体系主要采用预制叠合楼板,楼梯为预制楼梯。已经建成的项目如沈阳春河里17#楼、南京万科江宁上坊保障房项目等。

另外,还有引进法国的世构(scope)体系结构技术,采用现浇或多段预制混凝土柱、预制预应力混凝土叠合梁、板,通过钢筋混凝土后浇部分将梁、板、柱及节点连成整体的新型框架结构体系。也有采用型钢辅助连接的框架体系,通常采用预制框架柱、叠合梁、叠合板或预制楼板,通过梁、柱内预埋型钢螺栓连接或焊接,并结合节点区后浇混凝土,形成整体结构。

钢筋混凝土框架结构是最适合进行预制装配化的结构形式。框架结构的装配式工法发展较早,有多种装配整体式方案,是将传统工法和预制装配式工法适度结合并优化的产物(如图)。装配式混凝土框架因为具有空间自由度高、技术成熟、建造速度快、构件生产精细化程度高、防火防水和耐久性好、易于使用高强和高性能材料、结构装修一体化、建造过程不易受环境影响等优点,而受到开发商和业主的青睐。目前,装配式框架结构是日本超高层混凝土结构工业化方法的主要形式。 

装配式混凝土框架结构的优点主要有:1)结构具有良好的整体性和抗震性能,运用合理的防水技术可以杜绝外墙的渗漏;2)建筑空间布置灵活,较易实现大空间,适用于多层、小高层及高层建筑,在城市住宅开发中更适合大规模建设需求;3)采用预制梁、柱配合现浇节点,取代传统现浇梁柱,可以节省80%左右的模板,现场施工人员大量减少,湿作业少,效率高;4)施工受天气影响不大,质量便于控制;5)门窗框、水电预埋以及外墙面装饰与构件一体化,提高了施工速度,改善了工程质量。

缺点:1)构件通过连接件连接,现场存在较多灌浆孔,灌浆质量不容易控制,现场抽检困难,因此,需要进一步改进连接方式,以更可靠的保证结构安全;2)施工难度较高,施工技术要求较高,对构件的标准化生产和现场安装精度要求很高;3)按照目前我国有关规范要求,其房屋高度受到较大限制。这些不足之处也是装配式混凝土结构共同具有的。

装配整体式混凝土框架结构,当主要受力预制构件之间的连接,如:柱与柱、梁与柱等预制构件之间,通过后浇混凝土和钢筋套筒灌浆连接等技术进行连接时,可足以保证装配式结构的整体性能,使其结构性能与现浇混凝土基本等同。

装配式混凝土框架因为具有空间自由度高、技术成熟、建造速度快、构件生产精细化程度高、防火防水和耐久性好、易于使用高强和高性能材料、结构装修一体化、建造过程不易受环境影响等优点,而受到开发商和业主的青睐。目前,装配式框架结构是日本超高层混凝土结构工业化方法的主要形式。

装配式整体式混凝土框架结构中,需要搭配使用一些预制混凝土非结构构件,主要包括:非承重墙板、阳台板、空调板、装饰构件等。这是预制混凝土在建筑工程中最早的应用形式,目前仍被广泛应用。

(南京万科十五层全预制装配框架公租房)

装配整体式框架结构一般应用于各类高、多层建筑;低、多层建筑中可以尝试应用全装配式框架结构,如厂房、仓库、停车场等。

八、装配整体式剪力墙结构

剪力墙结构以其在居住建筑中空间布置灵活和无梁、柱外露等特点得到市场的广泛认可。支撑国内装配整体式剪力墙结构迅速发展的主要技术为装配整体式剪力墙的连接技术,在此基础上,通过引进欧美、日本等国家的先进技术并不断的消化、吸收,形成了多种应用于我国的装配整体式剪力墙结构形式。

1、内浇外挂剪力墙技术

特点

1、内浇外挂,外墙挂板不承受主体结构的传力;

2、挂板对整个结构而言只是荷载,节点只承受板自重;

3、挂板通过钢筋与主体结构浇注锚固;

4、挂板通常带外装修。

优点

1结构受力关系明确,主体剪力墙或者框架,挂板只是荷载;

2外墙整体性能得到提升,防水、耐久性、保温、呼吸性、气密性;

3外墙施工比全现浇或者填充墙施工简化;

4连接安全可靠,耐久性好,无需后期维护;

5连接节点不需要特殊连接件,节约成本;

6室内没有突出的部位,对内装修有利,节约空间;

7可以在挂板安装过程中调整误差,不会造成误差累计;

8抗震性满足大部分要求,既有剪力墙/框架抗震,又有板缝消震。

缺点

1、需要与现浇施工同步,必须带外脚手架,若是带外装修的板,造成外装饰面保护困难;

锚固混凝土需要养护,受天气影响。

结论

该体系是香港成熟的体系,优势非常明显。适合在抗震设防等级不高(8度及以下)地区100米以下的住宅或者商业楼宇使用。


2、叠合墙板剪力墙结构技术

特点

1、采用叠合板做成楼板和墙板,现场现浇施工完成结构的连接;

2、基本只涉及结构施工,不解决保温、装修与结构一体化的问题;

3、工业化流水线、自动化生产构件,人工少,生产效率高;

4、现场施工时主要是临时支撑杆件,节约模板程度高;

优点

1、构件生产实现了机械化、自动化甚至是智能化;2、现场施工模板减少,与全现浇相比混凝土、钢筋作业量减少;3、板和墙均为预制件,可以组织出一套高效的施工工艺;4、施工完成面结构主要是预制件的模板面,平整度好,对后期装修有利,结构交工时给人的观感会非常好;5、不需要单独的连接件,连接部位没有突出的尺寸,与全现浇相似;5、可以在挂板安装过程中调整误差,不会造成误差累计。

缺点

1、预制承重叠合墙的受力关系存疑,关键解决“共同受力”问题;

2、现场湿作业量大,受天气影响大,施工污染、劳动条件改善不明显;

结论

该体系是从德国引进的成熟体系,在一定条件下实施还是不错的,但是对中国市场的适应性可能要差一些,尤其是短期内还存在比较大的障碍。

3、装配整体式剪力墙套筒灌浆连接技术

特点

1、全剪力墙结构,外部剪力墙后浇“缝合”,预制外墙参与结构受力;

2、外墙板可以复合保温、外装修功能;

3、除预制外墙板,外墙上的飘窗、阳台板、装饰板等也用预制件,简化了外墙后期施工(主要是保温和外装修);

4、根据情况已经采用了叠合板、楼梯等预制件,简化了水平支撑。

优点

1、主体剪力墙结构与全现浇接近,结构受力关系复杂,需要专业分析和计算;

2、外墙建筑性能得到一定提升,防水、耐久性、保温、呼吸性、气密性;3、减少了现浇外墙后装修(及保温)施工,节约工期、材料、人工等;4、连接部位没有突出的尺寸,与全现浇相似,后期装修有利;

5、可以在挂板安装过程中调整误差,不会造成误差累计;

6、抗震性满足现有规范要求。

缺点

1、需要与现浇施工同步,而且安装程序复杂,功效降低;

2、锚固混凝土需要养护,受天气影响;

结论

该体系是北京万科牵头,在目前标准和规范的框架下,为适应中国特色(结构体系、抗震要求、居住习惯、施工习惯)而创立的,相比全现浇结构有很大进步(主要是外墙建筑性能和工业化施工进步)。而且这是一种在目前全现浇施工体系下的改良,容易被设计、施工单位和将来的客户所接受。万科也积极领头,持续实践,有利于推动这套体系的应用和进步。

分类

全截面采用钢筋套筒灌浆连接:纵向钢筋贯穿整个截面后,在与其他预制件通过钢筋套筒灌浆连接

边缘构件钢筋采用套筒灌浆连接,竖向分布钢筋间隔连接或等效连接:通过计算后预制剪力墙截面的钢筋分为贯穿整个截面的纵向筋(一般设置在剪力墙俩端)和不贯穿截面的纵向筋。贯穿整个截面的纵向筋在与其他预制件通过套筒灌浆相连接。减少套筒用量,节省成本。

全截面竖向钢筋等效连接 综合以上两点

 

4、部分预制装配整体式剪力墙套筒灌浆连接技术 

特点 

1、部分预制剪力墙结构,分为两(单)侧预制、中部现浇和中部预制、两侧现浇两种,现浇部分竖向钢筋采用传统连接方式(机械连接、搭接或焊接)。

2、外墙板可以复合保温、外装修功能; 

3、除预制外墙板,外墙上的飘窗、阳台板、装饰板等也用预制件,简化了外墙后期施工(主要是保温和外装修); 

4、根据情况已经采用了叠合板、楼梯等预制件,简化了水平支撑。

5、《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014也对墙角的构造措施做了规定,即转角墙的边缘构件需要单侧或两侧做不小于300mm的现浇段。

优点 

1、部分预制剪力墙结构与全现浇接近,结构受力关系复杂,需要专业分析和计算; 

2、外墙建筑性能得到一定提升,防水、耐久性、保温、呼吸性、气密性; 3、减少了现浇外墙后装修(及保温)施工,节约工期、材料、人工等; 4、连接部位没有突出的尺寸,与全现浇相似, 后期装修有利; 应用范围较广

5、翼墙和转角受力处现浇有助于结构的整体性,提高隔音性能

6、可以在挂板安装过程中调整误差,不会造成误差累计; 

7、抗震性满足现有规范要求。 

缺点 

1、 需要与现浇施工同步,而且安装程序复杂,功效降低; 

2、 锚固混凝土需要养护,受天气影响; 

结论 

,在目前标准和规范的框架下,为适应中国特色(结构体系、抗震要求、居住习惯、施工习惯)而创立的,相比全现浇结构有很大进步(主要是外墙建筑性能和工业化施工进步)。而且这是一种在目前全现浇施工体系下的改良,容易被设计、施工单位和将来的客户所接受。国家也积极指导,持续实践,有利于推动这套体系的应用和进步。 

 

5、双板剪力墙

特点

1增加了多重螺旋箍筋,边缘构件区域约束构件约束效应增强,试件承载能力大幅提升

2在预制剪力墙内增加(预制)边缘构件区域,并采用多重螺旋箍筋叠合连接的方式,螺旋箍筋包括矩形和圆形两种形式

3、工业化流水线、自动化生产构件,人工少,生产效率高;

优点

1、双板剪力墙通过增加边缘构件的构造措施,提高了构件的抗震性能;由于增加了多重螺旋箍筋,边缘构件区域约束构件约束效应增强,试件承载能力大幅提升

2、双板剪力墙通过增加边缘构件的构造措施,提高了构件的抗震性能;

缺点

1、预制承重叠合墙的受力关系存疑,关键解决“共同受力”问题;

2由于仅在现浇层内连接,抗震性能有待提高,不宜直接用于高层剪力墙结构。


(双板剪力墙预制边缘构件做法示意)

(双板剪力墙)

6装配整体式剪力墙浆锚搭接连接技术 

特点

1、采用预留孔道和钢筋后插锚固解决剪力墙竖向连接问题;

2、全面采用叠合楼板、预制内墙等;

3、没有复合保温和内装修;

4、现场仍然大量湿作业。

优点

1、节约了套筒成本;

2、构件定型化,生产效率较高;

3、不需要单独的连接件,连接部位没有突出的尺寸,与全现浇相似;

4、可以在挂板安装过程中调整误差,不会造成误差累计。

缺点

1、浆锚连接的可靠性需要进一步验证;

2、锚固钢筋用量增加,成本增加;

3、适用范围多在60米以下建筑,技术不够成熟,施工难度大,专利技术不可复制套用。

结论

有利于降低成本。


7、底部预留后浇区的预制装配剪力墙结构体系

特点 

在预制剪力墙底部预留后浇区,后浇区内竖向分布钢筋采用传统的搭接连接,仅在预制部分的两端采用套筒灌浆连接的装配整体式剪力墙方式。底部预留后浇区,后浇区内的混凝土浇筑成为了施工难题,其解决办法是在预制墙体内预留孔洞,预制墙体在现场就位后通过孔洞顶端向底部后浇区内浇注混凝土,自上而下的灌注产生了强大的压力确保了后浇区内混凝土的密实程度,并且可以和其它后浇部位、上层叠合楼板现浇层一同施工。

优点 

1、大大降低了套筒的使用量,降低了综合成本。

2、更接近于现浇剪力墙

3、预留区搭接连接施工难度小,对精准度要求较低。

缺点 

1、 这种拼接方式增加了一定的现浇量,需要保障预留区的浇筑质量。

2、 根据“预制部件”特点,需要注意的是预制部品在堆放、运输以及安装过程中,可能需要“预制腿”来临时承担预制部品本身的重力荷载,在设计时需要针对预制部分底部的“预制腿”进行独立计算。

3、 另外,“预制腿”部位除承重需要外,还要注意此部位的防裂、防撞等方面的构造措施。

4、 “预制腿”部位由于体积较小,在生产如采用振捣台振捣,须在预制部件完成整体振捣后检查“预制腿”局部混凝土是否已满足振捣要求,如不满足则增加人工振捣工序。生产完成后堆放、运输以及安装时,对“预制腿”部分均要注意加强防护,防止“预制腿”的损伤。

5、 底部预留的后浇区的现场浇筑要保障质量,使预留区浇筑密实,以保证预制部件、后浇区以与下部的墙体连接可靠。

结论 

与采用套筒灌浆连接、浆锚搭接连接或金属波纹管连接方式的装配整体式剪力墙相比,更接近于现浇剪力墙,可视为等同于现浇剪力墙。预留区搭接连接施工难度小,套筒使用数量少,降低了成本,对精度要求较低。

九、装配整体式框架-剪力墙结构

目前比较成熟的装配式混凝土结构有框架体系和剪力墙体系两种,框架体系主要适用于公建和住宅,但整体抗侧刚度不够,适用高度受限制;剪力墙体系主要适用于住宅,但开间小,布局使用受限制。而框架-剪力墙结构是由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。由于在框架结构中布置一定数量的剪力墙,因此可以形成刚度大,建筑最大适用高度较高,同时又有灵活自由使用空间的结构,可以满足不同建筑功能的要求。与装配式剪力墙结构相比减少了钢筋连接套筒及灌浆料的用量,连接节点构造简单,大大降低了工程的成本和施工的难度,比较适合装配式工法,因此具有很大的市场发展前景。

在装配式框架结构中增设现浇剪力墙或者预制剪力墙,即形成装配式框架-剪力墙结构体系,广义上也包括装配整体式框架-核心筒体系与框架结构或剪力墙结构相比,框架-剪力墙结构是线材和面材的组合,特别是剪力墙被梁和柱隔断,造成受力钢筋连续装配难度大。。由于研究成果有限,目前推荐应用的是预制框架-现浇剪力墙(筒体)结构体系。

1)装配整体式框架预制--剪力墙现浇结构:此种结构一般由预制柱、预制叠合梁、预制叠合板等构件组成,剪力墙现浇。其中梁、柱构件较为单一、规整,容易实现构件的标准化、规格化,可降低模具费用。

螺旋箍筋柱的预制框架-现浇剪力墙结构体系,标准层结构平面布置图如图所示。其中剪力墙(包括连梁、剪力墙上框架梁与暗梁)现浇;预制多螺旋箍筋柱与剪力墙接触面进行凹凸不小于6mm的粗糙处理,且沿竖向每隔200mm设置一组剪力键;在预制柱内预留与剪力墙中水平分布筋的直径间距均相同的U形钢筋,将其与现浇剪力墙水平分布筋焊接,在剪力墙与预制柱连接的端部采用封闭箍筋,并适当提高体积配箍率,如图所示:

当框架柱与剪力墙抗剪验算不满足时,可增设抗剪补强钢筋如图所示。预制次梁与现浇剪力墙之间按铰接处理,次梁端面做成粗糙面,设置抗剪键,底部纵筋弯锚在墙内,顶部纵筋端部设置螺栓锚头,如图所示:

框架—剪力墙梁柱节点预制形式

梁柱节点区域是框架结构中最重要的受力部位,为了保证节点浇筑质量、避免节点处钢筋复杂的环境以及吊装时梁端弯锚筋与柱筋的碰撞,可将梁柱节点与梁一体化预制,形成单节点梁(如图所示)或双节点梁;也可将边柱或角柱的梁柱节点与柱一体化预制,形成带节点柱(如图所示);也可将梁柱节点单独预制,竖向预留贯通孔,水平预留梁筋(如图所示)。

十、技术体系总结:

以上可以看出不论是预制件的连接方式还是预留钢筋的连接方式都是装配式结构的核心技术。对于装配式建筑的质量保证就相当于对于预制件与预制件间的连接和预留钢筋与钢筋的连接的质量监督。所以尽快掌握、熟悉并且运用国内完善的连接技术是重中之重。