當前住宅主體結構PC體系優劣分析與建議

■ 李 杰 Li Jie

1 概述

我國五六十年代及七八十年代均大批運用過預制鋼筋混凝土P C（Prefabricated Concrete）建筑技術，但由于抗震及滲漏兩大問題未徹底解決，被迫下馬。1999年國務院頒發《關于推進住宅產業現代化提高住宅質量的若干意見》（國辦發〔1999〕72號文），鼓勵進行住宅產業化，但至今效果不顯著。我國雖然多年來一直是世界第一大建筑市場，但建筑生產仍是“放下鋤頭，拿起砌刀”的粗放型模式，是典型的“三高一低”（高投入、高能耗、高污染、低效率）的制造方式，與國際先進產業化技術相差甚遠。

住宅產業化PC技術未能推廣主要原因仍是二大障礙未沖破：一是技術問題（主要是預制結構技術及其集成），二是成本問題。

近幾年來，隨著市場人工費猛漲（木工已達300元/天，超過白領）、綠色環保要求高等因素，不少有遠見的企業（含房地產開發、施工企業、構件公司、設計院、科研單位等）對住宅產業化進行了技術探索和研究，取得了一定的進展。本文囊括性地對國內外住宅產業化結構體系主要體系進行剖析，分析未能推廣的原因，供同行們參考。

2 國內住宅結構外墻結構產業化PC技術體系分析

2.1 先安裝后現澆的框架內澆外掛PC體系

外墻預制PC外墻板，PC板上部與現澆RC（Reinforcement Concrete）梁、兩側邊與現澆RC柱錨固（圖1、2），PC下邊懸空，戶內梁、柱、樓板均為現澆，PC不參與主體結構承重設計計算。該結構施工工期為5～6d/層，PC板重2～6t/塊不等，厚度為150～180mm，寬為600～6 500mm/塊，高為2 950mm左右（層高﹣20板厚）。戶內做內保溫（一般為聚苯板EPS/XPS）。

此結構適應框架體系，利用現澆柱、梁把PC板錨固好，連接節點均為現澆。可實現外墻100%預制，整層預制率可達30%～45%，成本增量為380～500元 /m2。

體系缺點：框架體系室內存在柱、梁，不符合客戶需求。該PC不適應高層剪力墻結構體系。若18層高層為框架，則柱子大小達900×1 000左右，占室內空間很大。造價高，客戶性價比不高。

2.2 先現澆后掛板的框架內澆－外掛PC體系

現澆主體結構全部完成后，再在外墻后掛PC板，基本同2.1體系，極似后掛玻璃幕墻板。后掛PC板下方與樓板之間為后澆混凝土（圖3），PC上部用角鐵與主體結構相連（圖4）。外墻預制可達100%，整層樓預制率可達為70%以上，內保溫體系。不參與主體承重，造成大樓含鋼量增加60%。PC不參與主體承重設計計算。

體系缺點：同2.1，且占用空間大，PC板拼縫內的防水難處理。

2.3 不參與主體結構承重的剪力墻PCF體系

剪力墻外墻分為二部分，朝外部分為預制PCF（Prefbricated Concrete Form），朝內部分為現澆，疊合組成剪力墻（圖5），PCF僅起到外墻模板作用（圖6），外墻厚度為：85厚PCF+200厚現澆RC+55厚EPS內保溫+12厚石膏板=352。外墻可實現PCF/PC率100%，整層預制率40%～55%。PCF不參與主體承重設計計算。一般做聚苯板內保溫。成本增加400～550元/m2。PCF板大小同上，適應剪力墻體系。

體系缺點：不適應框架體系，PCF不參與主體承重，存在浪費，為“產業化而產業化”之嫌。整樓含鋼量增加約10%，縮小室內空間30mm左右。成本增加較多，客戶性價比不高。

2.4 參與主體結構承重的剪力PCF墻體系

基本同2.3體系，但80~85厚PCF中有30厚參與主體結構承重設計計算（圖7），此PCF外墻厚度：85厚PCF（含面磚）+170厚RC +55厚EPS內保溫+12厚石膏板=322(圖8)。傳統結構外墻厚度：20厚內粉刷+200厚RC+25厚外墻粉刷+55厚外保溫+10厚面磚=320，故外墻占用空間僅相差2mm，厚度幾乎無差別。此體系剪力墻RC 部位豎向鋼筋由雙向，減為豎向1排鋼筋，比不承重PCF體系節約鋼筋10%。成本增加350～400元/m2。

體系缺點：80厚PCF僅有30厚參與承重，不是100%，且嚴重依賴RC剪力墻。比不承重的PCF有改進，但改進不十分突出。

2.5 非主體承重的外墻夾心保溫PC體系

和2.1近似，但把外墻PC板中間加一層保溫層（一般為XPS板）(圖9），外墻基本構造為(圖10)：內側200厚PC板+30~90厚保溫材料（一般為XPS板）+60厚PCF板，內與外板通過玻璃纖維增強塑料RFP(Fiber Reinforced Plastics)連接件連接。PC板不參與主體承重設計計算。邊緣構件（暗柱）為現澆。費用增加400～800元/m2。

體系缺點：實際傳力路徑不清晰，內外連接件存在局部冷橋現象且造價高。外側PCF僅為一塊保護板，損失室內空間約50厚。若外墻滲漏，處理難度大。不適應高層剪力墻體系。整樓增加含鋼量約10%以上，成本增加，客戶性價比不高。

2.6 作為主體結構承重的套筒連接型外墻夾心保溫PC體系

外墻剪力墻除暗柱部位現澆外，其余外墻全為預制（圖11），PC板一般構造為：180～200厚鋼混凝土（參與主體承重）+30～90厚夾心保溫＋60厚外葉鋼混凝土板，內外板通過RFP連接。承重PC墻體上、下連接為套筒半注漿模式（套筒上半截在工廠預制PC板時與鋼筋螺紋連接完畢，套筒下半截現場吊裝后再灌漿。為減少套筒上下眼對準的操作難題，剪力墻內鋼筋傳統為2排豎向鋼筋減少為1排，增大鋼筋大小，預制剪力墻內僅為一排灌漿套筒連接鋼筋（圖12）。外墻預制率可達90%（暗柱現澆），成本增加500～700元 /m2。

體系缺點：施工難度較大，承重受力不明晰，還在摸索階段。局部冷橋難處理，局部需做外保溫。外墻一旦滲漏難處理。成本增加，客戶性價比不高。

2.7 作為主體結構承重的鋼筋連接型外墻夾心保溫PC體系

基本同2.6，僅把套筒取消，預制剪力墻的上、下PC板連接改為鋼筋焊接形式（圖13、14）。

體系缺點：施工難度大，焊接量大，工效低，且局部存在冷橋。一旦滲漏難處理。成本增加，客戶性價比不高。

2.8 無保溫的夾心式混凝土剪力墻PC體系

剪力墻兩側不用常規模板施工，而是預制兩塊50～60厚PCF板當作模板（圖15），內外PCF板用鋼筋連接成為一個“火柴盒”，空心夾板，邊緣構件（暗柱）全現澆（圖16），內保溫。成本增加約200~300元/m2。預制率可達35%以上。

體系缺點：存在兩塊PCF，增加造價、浪費室內空間，實質上主體承重結構未實現產業化。成本增加，客戶性價比不高。

2.9 外保溫與預制板一體化PC體系

同2.3體系相似，主要區別是PCF板預制時，將外墻外保溫板與PCF板現澆在一起（圖17、18），無需再做內保溫，增加成本約300～400元/m2，外墻PCF預制率可達100%。

體系缺點：邊緣構件等仍存在大量現澆，梁與柱的節點連接難度較大。外保溫久后存在開裂、脫落的危險。

2.1 0 整體勁性混凝土PC體系

柱、梁為預制工字鋼勁性結構，疊合樓板（圖19、20），框架體系，先梁柱節點工字鋼焊接后，再節點與樓板現澆，預制率達80%以上。現場模板量僅為傳統的3%，節約現場人工80%，增加成本約400元/m2。

體系缺點：僅適應框架結構體系，不適應剪力墻體系，施工難度大，且造價高。預制外墻板難以統一。成本增加，客戶性價比不高。

2.1 1 能抗震的框架混凝土全裝配式PC體系

外墻、柱、梁、疊合樓板為全預制PC，僅梁柱節點及疊合樓板上半部分整澆（圖21），預制率可達80%。成本增加1 800～2 500元/m2。柱上、下連接采用套筒注裝，梁與梁鋼筋連接采用套筒注漿或局部焊接。

體系缺點：造價太高，僅能少量試點。主要適合框架體系，剪力墻體系難度十分高，且與國家規范不完全符合，須逐一論證。

2.1 2 非抗震框架混凝土全裝配式PC體系

外墻、內墻、柱、梁樓板等均為預制PC（圖22），僅梁柱節點及樓板上半部分整澆，預制率85%以上。增加成本700～800元/m2。鋼筋連接主要為搭接，局部焊接。

體系缺點：不符合國家抗震設計規范，不能建造商品房，只能運用在非抗震地區，不適用我國大陸。

3 發達國家住宅產業化結構主要做法

3.1 日本

高層住宅均為框架結構，梁、柱、墻、疊合樓板均為預制PC（圖23），梁、柱鋼筋的連接為注漿套筒（圖24），僅節點及樓板上層混凝土為現澆，預制率達75%以上。人工費占建筑造價70%左右，采用PC主要為節約人工、減小成本。PC樓造價比傳統的低。日本為高地震國家，房屋均需抗震，但為柔性抗震設計體系，但我國為剛性抗震設計體系，高層一般為混凝土剪力墻或鋼結構，設計體系不一樣，且人工費低，PC造價高，故不能照搬過來。

3.2 歐洲、美國、新加坡等地區

歐美住宅多為1～3層的別墅，高層住宅偏少，多為木、鋼結構，構件制作分工細、廣，社會模數化、商品化程度極高，且歐洲、新加坡等大多數非抗震區，如樓梯間為預制板（圖25、26），但不滿足抗震要求，故亦不適合我國大陸。

4 我國發達地區住宅產業化結構主要做法

4.1 臺灣

預制率、節點處理（圖27、28）等類似日本模式，故不能照搬應用于大陸。

4.2 香港

高層為框架剪力墻結構，設計為不抗震結構，故暗柱少、配筋少。凸窗（圖29）、外墻（圖30）等多為預制，柱、梁等為現澆，鋼筋連接為搭接，預制率60%以上。由于該體系不抗震，故不適應內地。

5 當前癥結

我國多年來鼓勵推廣住宅產業化，但“雷聲大、雨點小”，主要是由于我國建筑設計規范（尤其是高層建筑結構規范、抗震設計規范）不吻合產業化、勞動力成本相對低廉、集成技術弱、社會標準化程度低等造成的。尤其是發達國家和我國發達地區建筑人工費為建筑造價的50%~70%，但我國人工費近年雖有所增加，但仍僅占28%左右，人工費單價在漲，材料費、機械費等也在漲，造成人工費占建筑造價的比例增長率不大。推廣產業化，人工費倒逼是關鍵。只要人工費占建筑建造成本40%以上，政府、企業不得不尋求能節約人工的產業化形式來建造，設計規范、社會標準化均會與時俱進，PC一定將會廣泛被迫推行。

當前PC預制結構形式不能推廣，其直接癥結是目前PC各種體系仍不能完美地同時解決形成下述6個問題：①滿足抗震；②施工方便；③成本適當；④能防滲漏；⑤保溫節能；⑥集成技術。

6 建議

(1)修改現行有關設計規范，使之與產業化推廣相適應。我國現行《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2002）、《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）不適應結構產業化的推廣，當前《裝配式混凝土結構技術規程》正在編制，期望有所技術突破。

(2)加大技術創新尤其是技術集成力度。培育大型科技攻關企業，扎實建立技術嚙合平臺，重點放在結構體系的研究。

(3)要多借鑒日本等產業化技術加以中國化，施行“拿來主義”，少走彎路。

(4)充分重視“民工荒”倒逼產業化技術進步工作。我國當前勞動力成本占我國工程造價的28%左右，近幾年出現招工難，勞動力成本不斷上升，每年上漲10%~20%，現在民工工資250~300元/天已司空見慣。多培訓建筑產業化工人，使傳統的耗工施工模式逐漸退出。

(5)加大住宅產業化益處的宣傳力度。目前環保壓力大，建筑材料、生產、施工、使用占全社會能耗的50%以上，實現環保節能的建筑產業化模式是利國利民的大事。

(6)初始推廣階段須有政策扶持。日本、我國香港地區等在推廣建筑產業化初始階段，利用稅收、財政等優惠政策鼓勵，目前北京、上海已出臺相關鼓勵產業化政策，但全國尚未普及。