從預(yù)制建筑結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用淺析中國住宅工業(yè)化的發(fā)展

■ 陳堯東 Chen Yaodong

0 引言

隨著德國“工業(yè)4.0”概念上升為國家戰(zhàn)略，德國住宅產(chǎn)業(yè)迎來批量化、個性化定制時代[1]，我國也加速了住宅工業(yè)化的發(fā)展進程。早在本世紀初，我國就開始鼓勵住宅產(chǎn)業(yè)由粗放型的現(xiàn)場施工向集約型、精密型的工廠生產(chǎn)轉(zhuǎn)型。2001年起，我國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部開始在產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度大、帶動能力強的龍頭企業(yè)中培育、發(fā)展具有先鋒實驗意義的國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地，集中力量探索住宅建筑工業(yè)化的生產(chǎn)方式，研究開發(fā)適用于住宅工業(yè)化的建筑體系和部品體系，建立符合我國住宅產(chǎn)業(yè)化特點的新型工業(yè)化發(fā)展道路，促進住宅生產(chǎn)、建設(shè)和消費方式的重大轉(zhuǎn)變。

近年來，為了加快我國住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展速度，鼓勵及推動住宅工業(yè)化的行業(yè)規(guī)范和標準陸續(xù)頒布實施。其中，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布了《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（2014年）》，推薦使用框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)等建筑結(jié)構(gòu)體系。優(yōu)先推廣適合工業(yè)化生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)體系有利于社會資源的優(yōu)化配置，有利于施工建造的高效組織和有效管理，還有利于通用化、標準化建筑部品、構(gòu)件的形成（建筑部品的通用化和標準化是住宅產(chǎn)業(yè)化的基本前提）[2]。此外，優(yōu)先推廣適合工業(yè)化生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)體系，還有利于加快形成設(shè)計標準化、生產(chǎn)工廠化、施工機械化的成熟建筑體系。因此，優(yōu)先推廣適合工業(yè)化生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)體系對我國住宅工業(yè)化發(fā)展具有重要意義。

1 國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地的發(fā)展情況

為了推進我國住宅產(chǎn)業(yè)化，政府通過建立產(chǎn)業(yè)化基地，培育和發(fā)展一批符合住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化要求的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度大、帶動能力強的龍頭企業(yè)，發(fā)揮其優(yōu)勢，集中力量探索住宅建筑工業(yè)化的生產(chǎn)方式。2001年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部批準建立“國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地”開始試行；2006年6月建設(shè)部下發(fā)《國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地試行辦法》（建住房[2006]150號）文件，開始正式實施。截至2015年7月3日，在全國已建立了62個國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地，包括34個開發(fā)企業(yè)聯(lián)盟型（集團型）、18個部品生產(chǎn)企業(yè)型和10個綜合試點城市型。

2 工業(yè)化住宅結(jié)構(gòu)體系及其特點

結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件的預(yù)制化是住宅工業(yè)化的最高境界，而預(yù)制裝配式混凝土及鋼結(jié)構(gòu)是我國重點推薦的工業(yè)化住宅建筑結(jié)構(gòu)體系[3]。與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)由于其現(xiàn)場施工周期短，資金回收快，經(jīng)濟效益高；構(gòu)件工廠化、標準化生產(chǎn)，質(zhì)量有保障[4]；施工廢料少，環(huán)境污染小等優(yōu)勢[5]，非常符合工業(yè)化生產(chǎn)方式的要求。

2.1 常用的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系

目前，工業(yè)化住宅建筑中常用的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系主要有預(yù)制框架結(jié)構(gòu)、預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)和預(yù)制框架剪力墻結(jié)構(gòu)3大類（表1）。

2.1.1 預(yù)制框架結(jié)構(gòu)

預(yù)制框架結(jié)構(gòu)是工業(yè)化住宅建筑中應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)體系之一。與預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)相比，其梁、柱等構(gòu)件為線性構(gòu)件，自重較輕，現(xiàn)場吊裝更方便，節(jié)點連接處工程量小，且預(yù)制率較高，可達70%以上。框架結(jié)構(gòu)無承重墻體，室內(nèi)空間布置更靈活，有利于實現(xiàn)個性化空間的改造。

2.1.2 預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)

預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)比較適合高容積率的保障性住宅建筑。其優(yōu)點是室內(nèi)規(guī)整，無梁柱外露。全預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)體系工業(yè)化程度高，對于小戶型的保障性住宅的室內(nèi)空間和功能布置影響小。但該體系也存在剪力墻單塊自重大，節(jié)點處工程較多、連接比較復(fù)雜，戶型內(nèi)部無法后期調(diào)整，無法實現(xiàn)可變住宅等缺點。

表1 工業(yè)化住宅結(jié)構(gòu)體系特點

2.1.3 預(yù)制框架剪力墻結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)整合了框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，是在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，增強框架結(jié)構(gòu)的剛度及抗震能力，同時在一定程度上保留了框架結(jié)構(gòu)室內(nèi)空間的自由度，以滿足不同建筑功能的要求。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)

除預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)外，鋼結(jié)構(gòu)（表1）由于其諸多優(yōu)勢，也非常適合工業(yè)化住宅。鋼結(jié)構(gòu)住宅工業(yè)化建造主要有以下優(yōu)勢：①可基本達到預(yù)制裝配化建造；②具備建造智能化自動制造流水線的能力；③已形成若干種符合建筑工業(yè)化制造特征的建筑體系，如輕型工業(yè)廠房的輕鋼門式剛架體系建筑、螺栓球節(jié)點網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系建筑；④已完成多種建筑部品的商業(yè)化生產(chǎn)，如墻面、樓面、屋面等。

3 國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地的創(chuàng)新探索

3.1 萬科集團

圖1 各類工業(yè)化開工量占比（%）

萬科是目前中國最大的住宅產(chǎn)業(yè)化開發(fā)企業(yè)。自2007年被批準為“國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地”起，截至2014年，萬科完成工業(yè)化項目15 137萬m2，住宅產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品在總體開工量中的占比達68.7%，其中，預(yù)制占比27%、裝配式內(nèi)墻占比100%、免抹灰占比87%（圖1）。2012年，萬科集團完成了全國第一棟高層全預(yù)制裝配式保障房住宅——南京上坊保障房PC住宅樓（圖2，圖中紅色構(gòu)件為鋼斜撐）的建造工作。該工程為了提高結(jié)構(gòu)的抗震性能及預(yù)制率，采用新型預(yù)制框架-鋼支撐結(jié)構(gòu)體系，取消了需現(xiàn)澆的剪力墻，代之為鋼斜撐，既保證了結(jié)構(gòu)的抗震性能，又提高了結(jié)構(gòu)的預(yù)制化率；在高層住宅建筑中實現(xiàn)了主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件柱、梁、板的全部預(yù)制裝配整體化，其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件（樓梯、陽臺、女兒墻等）全預(yù)制化，預(yù)制率約達75%。此外，萬科開發(fā)的VSI-PC住宅體系不斷改進發(fā)展成熟，VSI-S型住宅體系已實現(xiàn)全預(yù)制化。

3.2 山東萬斯達

圖2 南京上坊保障房PC住宅樓結(jié)構(gòu)體系預(yù)制構(gòu)件拼裝效果圖

圖3 濟水上苑17號樓施工現(xiàn)場

山東萬斯達建筑科技股份有限公司是一家致力于建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的高新技術(shù)企業(yè)，于2013年被住建部授予“國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地”，主要從事裝配式建筑、結(jié)構(gòu)部品及其制造工藝、施工技術(shù)的設(shè)計研發(fā)。2015年承建的濟水上苑17號樓項目（圖3），其地下室及地上1～2層采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，3層及以上采用鋼筋混凝土預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)，樓面為PK預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板，外墻為預(yù)制混凝土夾心保溫墻板，室內(nèi)承重墻為預(yù)制剪力墻，非承重墻為輕質(zhì)墻板，預(yù)制率達80%。

3.3 遠大集團等在鋼結(jié)構(gòu)方面的探索

國內(nèi)眾多企業(yè)均在鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)化住宅領(lǐng)域展開積極探索，如北新集團、天津二建、長沙遠大集團、浙江杭蕭鋼構(gòu)股份有限公司等。其中，北新集團作為最早的國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地，最早將薄板鋼骨輕鋼體系引入到住宅建筑中，并以此體系為核心，不斷加以研發(fā)改進，形成了目前集主體設(shè)計、樓板設(shè)計，屋面設(shè)計，墻板生產(chǎn)、現(xiàn)場施工為一體的技術(shù)，在低多層建筑中已有較多的應(yīng)用。2015年，遠大集團承建的高達200m的長沙“小天城”（圖4），僅用了19天便完成了主體工程的施工建造。該建筑為57層超高層，大樓主體結(jié)構(gòu)均由鋼架構(gòu)成，材料工廠預(yù)制達93%，比常規(guī)建筑節(jié)能80%，真正實現(xiàn)了標準化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配式安裝、信息化管理的新型工業(yè)化建造方式。

圖4 長沙“小天城”施工現(xiàn)場

4 結(jié)語

隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，我國住宅的工業(yè)化程度取得了長足進步，建筑部品、構(gòu)件越來越豐富，建筑結(jié)構(gòu)體系實現(xiàn)了預(yù)制化并滿足抗震要求，預(yù)制率不斷提高，成熟的工業(yè)化住宅體系不斷涌現(xiàn)，并得到應(yīng)用，如VSI住宅體系、輕鋼結(jié)構(gòu)體系等。但是，從我國住宅工業(yè)化的整體發(fā)展來看，現(xiàn)階段還處在試點階段。要推動住宅工業(yè)化持續(xù)往前發(fā)展，需要設(shè)計、生產(chǎn)、施工三方面協(xié)同并進，除了繼續(xù)探索發(fā)展適用于工業(yè)化住宅的建筑結(jié)構(gòu)體系外，還需持續(xù)推動以下工作：①推動結(jié)構(gòu)構(gòu)件、部品的標準化，豐富標準件的種類，提高通用性和可置換性；②加快建立工業(yè)化住宅建筑的設(shè)計、施工、部品生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的標準體系；③加快發(fā)展住宅建筑工程的預(yù)制和裝配技術(shù)，提高住宅工業(yè)化技術(shù)的集成水平；④支持集設(shè)計、生產(chǎn)、施工于一體的工業(yè)化基地建設(shè)，繼續(xù)開展工業(yè)化住宅建筑的試點示范。

參考文獻：

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[3]陳振基．我國住宅工業(yè)化的發(fā)展路徑[J]．建筑技術(shù) ,2014(45)．

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