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行业热点丨装配式建筑简述及优秀项目赏析

文化交流
2019-04-08

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在2018年12月24日召开的全国住房和城乡建设工作会议中,住建部提出了2019年十项工作重点,其中之一即是“以发展新型建造方式为重点,深入推进建筑业供给侧结构性改革。大力发展钢结构等装配式建筑,积极化解建筑材料、用工供需不平衡的矛盾,加快完善装配式建筑技术和标准体系”。

一、装配式建筑简介

随着我国城市化进程的不断深入,为了满足持续发展的需要,各个城市不断推动工程实践。其中,装配式混凝土结构是建筑工业化的一种重要结构形式,在我国正逐渐被广泛应用。在使用过程中,通过不断对其设计流程与施工工艺进行优化和提高,我国建筑工程水平得到了提升,建筑行业得到了更好的发展。

根据住建部规划,到2025年,装配式建筑在新建筑中占比要达到50%以上。传统建筑直接在工地上浇筑施工的方式被称作现浇整体式。而装配式建筑则是先在工厂里生产预制构件,然后运到工地上组装而成,就像搭积木一样。目前,装配式建筑在欧美和日本已经非常成熟,我国尙处于起步探索阶段。

预制装配式混凝土结构可分为装配式混凝土结构与装配整体式混凝土结构。

装配式混凝土结构——是由预制混凝土构件或部件通过焊接、螺栓等连接方式装配而成的混凝土结构。这种建筑的优点是建造速度快,受气候条件制约小,节约劳动力,并可提高建筑质量。

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。它结合了现浇整体式和预制装配式两者的优点,既节省模板,降低工程费用,又可以提高工程的整体性和抗震性,在现代土木工程中得到越来越多的应用。

装配式建筑的优点:

(1)施工方面

² 污染少——由于预制装配式混凝土结构的构件在预制厂标准化生产,因此可有效地降低施工现场的建筑垃圾、粉尘、噪音,符合绿色施工的要求。

² 无需木模——当今国内的建筑工地大部分采用现浇结构,采用现浇结构消耗大量木制模板,而预制装配式混凝土结构在预制厂生产时,由于标准化程度高,用钢模代替木模。  

² 整洁卫生——现浇混凝土结构在现场浇筑,需要搭建大量的支撑以及脚手架,使得施工现场凌乱、危险。而预制装配式混凝土结构在预制厂统一浇筑、养护,达到强度之后,再运输到现场装配。因此,使用预制施工法无需在现场搭建支撑与脚手架,能够保证现场整洁卫生。

² 安全——采用现浇工法进行施工,存在多种安全隐患。例如:脚手架、支撑繁多,管理不善,易导致其倒塌;现场养护的混凝土未达到规定强度而倒塌等。这些事故不仅造成财产损失,甚至会出现人员伤亡等重大事故。而采用预制工法的预制装配式混凝土结构则不会有这方面的安全隐患。

(2) 质量方面

² 构件整体性好——现浇结构在浇筑较长的柱子时,为了防止混凝土水化热过大,需要分段浇筑,这样会使得柱子的整体性变差。然而预制混凝土柱在预制厂预制时是水平浇筑的,整根长柱一体成型,能保证构件的整体性。  

² 混凝土强度有保证——在预制厂中预制的构件,混凝土强度等级一般会高出设计强度等级一个级别,原因在于: 首先,预制厂在制作构件时,不像现场施工那样,需要将混凝土泵送到较高的楼层,因此预制厂中混凝土塌落度不需要太高,其中所加的水就相对减少,混凝土强度等级就会比现场浇筑的高;其次,预制厂浇筑完构件后,就将构件进行蒸汽养护,保证混凝土质量,而施工现场养护混凝土即无法提供蒸汽养护的优良条件,又受到天气的影响,养护质量无法与预制厂相比;再次,由于施工管理的纰漏,可能导致现场浇筑时偷工减料等问题的出现。

(3) 工期方面

² 现场工作量小——应用预制工法施工,制作,养护构件等工作都在预制厂中进行,施工现场进行的工作仅仅是将预制厂预制好的构件进行吊装、装配、节点加固,主体结构成型后进行装修、水电施工等工作,工作量远小于现浇工法施工。

² 同步工程效率高——预制工法施工可以做到上下同步施工,当建筑上部结构还在装配构件时,下部结构就可以同时进行装修、水电施工等工作,效率高的甚至可以投入使用。  

² 无需拆装脚手架与支撑——预制工法施工在施工时一般无需安装脚手架和支撑,这不仅使现场卫生整洁,更重要的 是省去拆装脚手架和支撑的时间,大大节省了工期。  

² 不受季节限制——由于预制混凝土构件在预制厂统一标准化生产、养护,仅需运输到施工现场吊装,装配即可,因此季节因素对预制施工法的影响小。

局限性:

(1)经费方面

u 成本较高:装配式建筑的工程造价与传统式建筑工程造价相比要高很多,建筑物的预埋件等使用量相对传统技术有很大的使用量的增加。

u 运费增加:如果构件生产工厂距离施工现场太远的话,运输成本将会提高。

(2)质量方面

u 装配式建筑的整体性和刚度较弱一些,抗震冲击性较现浇建筑稍微差一些。

(3)实施方面

u 由于生产设备的限制,尺寸较大的构件在生产上有一定的难度。

u 虽然目前国家在大力推广,但目前装配式建筑在建筑总高度和层高上限制很大。

二、重庆市设计院装配式成果介绍

我院作为重庆市建筑产业现代化联盟成立牵头单位和联盟秘书处成员单位兼设计施工组组长单位,自2012年联盟成立以来,与建筑产业现代化的起步、建设与发展密切相关,起着举足轻重的作用。

作为重庆市首批建筑产业现代化示范基地,我院现有重庆市首批建筑产业现代化专家库专家19名,约占全市设计行业专家比例12%。近年来,我院在装配式建筑的应用及推广、重大工程技术问题研究等方面开展了一系列相关工作,主导开展了一系列相关标准以及图集的编制工作。

我院参与了多项标准和图集的编制工作:其中国家标准《装配式混凝土建筑技术标准》2017.06.01正式实施,地方标准《装配式混凝土住宅建筑结构设计规程》(DBJ50-193-2014)、《装配式住宅建筑设备技术规程》(DBJ50/T-186-2014)、《装配式混凝土住宅楼梯图集15J04》(DJBT-084)已经正式试行。同时开展了多项科研研究,如《产业化住宅构件拆分技术与结构设计关键技术研究》、《重庆市装配式混凝土建筑技术应用实施指南》等。现正在编制的地方图集有3项:《重庆市装配式住宅结构组装图集》(主编单位)、《重庆市装配式建筑特殊单立管同层检修排水系统安装图集》(主编单位)、《装配式混凝土住宅混凝土抗震墙》(主编单位),其中《装配式混凝土住宅混凝土抗震墙》已完成通过评审会进入报批阶段工作。

并积极参与建筑产业化示范项目建设:如应用于重庆市解放碑威斯汀酒店、重庆市科技馆的结构设计中,充分运用装配式混凝土钢结构及构件;承担重庆市建筑产业现代化示范工程项目:重庆建筑工程职业学院迁建项目二期工程等项目的设计;担任重庆市博纳中心顾问单位等。其中市建筑产业化示范项目重庆建筑工程职业学院迁建项目二期项目,本项目共计2.7万平方米,标准层楼梯采用装配式,预制率6%,内墙板采用轻质条板,装配率约65%,该项目于2017年8月已完成施工。

1、标准、图集编制、科研研究成果

标准编制:

国家标准《装配式混凝土建筑技术标准》GB/T51231-2016地方标准《装配式混凝土住宅建筑结构设计规程》DBJ50-193-2014地方标准《装配式住宅建筑设备技术规程》DBJ50/T-186-2014

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图集编制:

《装配式混凝土住宅楼梯图集15J04》(DJBT-084)《重庆市装配式住宅结构组装图集》(主编单位/已编制)《重庆市装配式建筑特殊单立管同层检修排水系统安装图集》(主编单位/已编制)《装配式混凝土住宅混凝土抗震墙》(主编单位/已完成通过评审会进入报批阶段工作)

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科研研究:

《产业化住宅构件拆分技术与结构设计关键技术研究》(2012年重庆市建设科技项目)《重庆市装配式混凝土建筑技术应用实施指南》(《实施指南》全面覆盖装配式混凝土建筑建设从前期项目策划、设计、构件生产、到施工及质量验收等全过程,为重庆装配式建筑的发展提供有力的技术支持,指导开发、设计、施工和监理单位组织实施装配式建筑。)

2、设计成果展示

我院在众多项目设计中运用了装配式设计,其中比较有代表性的有重庆解放碑威斯汀酒店和重庆市科技馆等。 

重庆解放碑威斯汀酒店地处解放碑金融商务街中段,是金融街七个组团中第一个启动项目,是集五星级酒店、5A甲级写字楼、奢侈名品商业为一体的高端城市商务综合体。使该项目得以扬名的是该项目独创性地将酒店大堂设置在51层,使之成为西部地区第一个高度在200米以上的景观大堂,让客人在入住前就能饱览重庆两江的城市山水风光。

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科研研究:

《产业化住宅构件拆分技术与结构设计关键技术研究》(2012年重庆市建设科技项目)《重庆市装配式混凝土建筑技术应用实施指南》(《实施指南》全面覆盖装配式混凝土建筑建设从前期项目策划、设计、构件生产、到施工及质量验收等全过程,为重庆装配式建筑的发展提供有力的技术支持,指导开发、设计、施工和监理单位组织实施装配式建筑。)

2、设计成果展示

我院在众多项目设计中运用了装配式设计,其中比较有代表性的有重庆解放碑威斯汀酒店和重庆市科技馆等。

重庆解放碑威斯汀酒店地处解放碑金融商务街中段,是金融街七个组团中第一个启动项目,是集五星级酒店、5A甲级写字楼、奢侈名品商业为一体的高端城市商务综合体。使该项目得以扬名的是该项目独创性地将酒店大堂设置在51层,使之成为西部地区第一个高度在200米以上的景观大堂,让客人在入住前就能饱览重庆两江的城市山水风光。

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该项目总建筑面积约18.8万平方米,地上54层,地下6层,总高245.3米。项目于2009年8月正式动工,主楼于2011年底完工。

主体结构采用型钢框架—钢混筒体结构,在结构的33层和49层即(设备层和避难层)设置了加强层。加强层一般采用设置腰桁架或者伸臂桁架,结构可以根据具体情况,仅设置一种或者同时设置以上两种构件,本工程的加强层采用仅设置伸臂桁架形式。因为该项目为超高层建筑结构,采用装配式钢结构伸臂桁架构件,对整体结构来说,能够明显改善结构的受力状态,有效减少结构侧移,增大结构抗侧移刚度;对于现场施工来说,因为伸臂桁架是工厂定制后运输到现场后再进行吊装,因此可大大减少现场施工工期,减小现场施工难度,特别是在人员密集的地段,更能符合绿色施工的节地、节能、节材、节水和环境保护等要求,降低对环境的负面影响。

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重庆科技馆,为重庆市委、市政府确定的全市十大社会文化事业基础设施重点工程之一,是面向公众的现代化、综合性、多功能的大型科普教育活动场馆。

重庆科技馆同时具备学术交流、科普报告、科普影视放映、科普展品研制、青少年科技制作、科普大篷车等内容和功能,是社会公众特别是广大青少年儿童学习科学知识的殿堂,是传播科技文明和社会先进文化的重要场所。 

重庆科技馆是实施“科教兴渝”战略和提高公民科学文化素养的基础科普设施。重庆科技馆位于长江与嘉陵江交汇处的重庆江北嘴中央商务区(CBD)核心区域,于2006年1月7日奠基,2006年10月动工建设,2009年9月9日建成开馆。该馆占地面积37亩,建筑面积4.83万平方米(其中,展览教育面积为3万平方米)。

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主体结构采用框架结构(带少量剪力墙)。为了保证屋面下大空间要求,则屋顶采用钢结构桁架体系。根据组成桁架杆件的轴线和所受外力的分布情况,桁架可分为平面桁架和空间桁架。本工程采用装配式平面桁架,其优点是杆件主要承受拉力或压力,可以充分发挥材料的作用,节约材料,减轻结构重量;对于现场施工来说,因为钢结构桁架是工厂定制后运输到现场后再进行吊装,因此可大大减少现场施工工期,减小现场施工难度,特别是钢结构属于绿色建筑结构,具有低碳、节能、绿色环保,可重复利用等特点。

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三、市重点项目赏析——綦江区的中科大厦

位于綦江区的中科大厦项目2017年9月开工,2018年10月封顶,建筑面积约4万平方米,是我市2018年首批装配式建筑综合示范项目,也是国家装配式建筑科技示范工程。

该项目由中科大业建筑科技有限公司采用EPC工程总承包模式建设,独创钢管约束外框架—核心筒结构体系,集成应用了预制清水混凝土外墙、预应力叠合楼板、轻质灌浆墙板、整体式卫生间等部品部件,装配率达到83%,申报发明专利12项。项目全过程应用BIM技术+智能化管控平台,实现全生命周期可视化管理;采用参数化、标准化、模块化设计,全部1852块预制外墙构件仅用27个规格的模具,通过少规格、多组合赋予建筑外立面韵律美。据测算,该项目减少混凝土用量48%,减少现场用工65%,减少建筑垃圾80%,缩短工期三分之一,降低工程成本5%,建筑品质大幅提升。

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