華北地區(qū)預制裝配式高層住宅設計研究

申志強 孔素平

（1.—— —2.河北科泰建筑設計有限公司065000）

1 引言

本文首先對預制裝配式建筑的定義、國內現(xiàn)狀、自身特點等方面進行了全方位的梳理與分析。在此基礎上聚焦于華北地區(qū)高層預制裝配式住宅這一特定類型，進行具體研究。通過與傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工方式在技術、經濟、安全、環(huán)保等方面的對比，得出了預制裝配式建筑的優(yōu)點與不足為我們今后的節(jié)點構造設計實踐提供技術參考，逐步實現(xiàn)建筑業(yè)的產業(yè)化升級。

2 預制裝配式住宅相關概念及分類

預制裝配式住宅是指以工業(yè)化的生產方式生產住宅，是住宅產業(yè)化的產物。它強調的是住宅標準化、工業(yè)化和商品化三大屬性[1]。它是新興的綠色環(huán)保節(jié)能型建筑技術，也是住宅產業(yè)化的核心技術。根據2016年5月1日發(fā)布實施的《工業(yè)化建筑評分標準》（GB/T46219-2016）中的規(guī)定：體積裝配率是指通過預制構件化建設的建筑不包括地下部分僅在出地面以上部中分一次結構和一次外圍護墻板內預制構件所有使用的混凝土體積立方數(shù)占整棟建筑地上混凝土體積立方數(shù)的比值。根據結構形式分類為預制裝配式混凝土結構、預制裝配式鋼材結構和預制裝配式木材結構。

（1）預制裝配式混凝土結構（Prefabricated Concrete）住宅，簡稱PC住宅。其特色是以工廠加工的預制混凝土構件為基本模塊單元，經過現(xiàn)場搭建及固定從而形成的混凝土整體結構。這種類型的住宅符合了當下的發(fā)展方向，具有木材結構及鋼材結構無法比擬的優(yōu)點。

（2）預制裝配式鋼材結構住宅。預制鋼材結構具有材料材質均勻、受力穩(wěn)定、適合于大跨度及超高層類型建筑結構安全度高、工廠預制率高加工速度快、現(xiàn)場施工工期短、可回收并二次利用，可拆遷異地重建等諸多優(yōu)點等特點，在建筑中應用的優(yōu)勢日顯突出。到目前為止國內北上廣深等經濟發(fā)達地區(qū)已經建設了大量高層甚至超高層住宅建筑并陸續(xù)投入使用且效果良好。

（3）預制裝配式木材結構住宅。有別于我國傳統(tǒng)的原木單層住宅，現(xiàn)代的木材結構建筑分是設計模數(shù)化、施工設備化為基礎；以加工工廠化、安裝裝配化的方式進行建設；集設計、生產、施工貫通為一體的相應了節(jié)約資源同時保護環(huán)境的國家政策方針。

3 預制裝配式高層住宅國內發(fā)展歷史

自20世紀50年代我國就已經開始了著手預制裝配式建筑的探索工作。但受到當時的建設能力和經濟水平的制約，一直處于研究階段，實際項目處于停滯不前狀態(tài)[2]。進入80年代后，已有不少項目中采用了預制屋面板、預制墻板、預制梁等裝配式構件，但還存在構件承載力小、跨度短、整體穩(wěn)定性差等缺點。使用四五年后就開始出現(xiàn)了屋面滲水的問題。在90年代，我國成立了預制裝配式建筑發(fā)展中心，在國家政策的鼓勵和市場的作用下，很多房地產企業(yè)開始自覺的參與到預制裝配式住宅技術的探索中去。例如萬科集團在全預制裝配式混凝土技術方面做出了較為突出的貢獻。

2017年，住建部印發(fā)了《“十三五”預制裝配式建筑行動方案》，指出到2020年，全國預制裝配式建筑占新建建筑的比例達到15%以上，其中重點推進地區(qū)達到20%以上。2025年前實現(xiàn)預制裝配式建筑占新建建筑面積比例達到30%以上。按照國家規(guī)劃，到2020年，我國要基本形成適應建筑產業(yè)現(xiàn)代化的市場機制和發(fā)展環(huán)境、建筑產業(yè)現(xiàn)代化技術體系基本成熟，形成一批達到國際先進水平的關鍵核心技術和成套技術，建設一批示范城市、產業(yè)基地、技術研發(fā)中心，培育一批龍頭企業(yè)。

4 預制裝配式住宅建筑優(yōu)點及缺點

（1）預制裝配式住宅建筑與傳統(tǒng)的非預制裝配式住宅建筑從構件設計、加工、安裝各方便都有著本質的區(qū)別。更符合我國的綠色發(fā)展觀和科學發(fā)展觀，是一條住宅建筑可持續(xù)發(fā)展之路[3]。具體優(yōu)點如下：

①有利于提高建設速度。由于采用了大量的預制構件可以在一個或者數(shù)個工廠內提前進行加工，無需等待工地現(xiàn)場搭建圍擋、工棚等基層設施時即可展開工作。并且可以根據建筑每層的受力構件生產周期及加工難易程度的不同，采用的是多軌制的生產方式加工制作。可以將同一類型的構件集中生產以減少生產線及模具的調整頻率。僅可以極大地提高現(xiàn)場施工的機械化程度、節(jié)省時間。

②有利于減輕空氣污染。從2010年起，霧霾問題嚴重影響了華北地區(qū)人民的生產和生活。由于預制裝配式建筑的工廠加工精度高誤差小，并且在后期拆除時的回收效率較高，這將極大的改善環(huán)境污染和能源的消耗。

③有利于提高工程質量。預制裝配式構件均是在專業(yè)化工廠內由專業(yè)技工的制作完成的，工廠內中的環(huán)境如溫度、濕度、粉塵等都可以得到很好的控制。技工對構件模具、加工方式的熟練程度都大大的優(yōu)于現(xiàn)場施工方式，能最大限度地避免現(xiàn)場施工中的人物誤差。

（2）雖然預制裝配式建筑具有以上提到的種種優(yōu)點，但作為新興形式，仍存在很多缺點及不足。

①國家缺少統(tǒng)一的設計標準。現(xiàn)在部分地方政府出臺了適應本地的地方標準，能夠滿足從項目設計、審批、工程施工到項目驗收的要求，但因此類標準僅適應于本地區(qū)，無法再全國推廣，生產的構件也適用范圍小，無法產生規(guī)模效益，導致構件成本過高反過來影響了預制裝配式建筑的推廣。因此出臺國家級別的行業(yè)標準與規(guī)范是當務之急是建筑工業(yè)化、產業(yè)化、規(guī)模化道路上必須解決的一個問題。

②建造成本過高。預制混凝土構件的建筑與以往內骨架外砌體墻相比，會使用更多的鋼筋和更高標號的水泥。同時由于構件體型和總量較大，需要特種車輛及大型起重設備才可搬運。

③國內構件生產廠家偏少，且引進的國外技術不一，造成產品通用性差。分攤成本困難。隨著我國構件加工企業(yè)的增多及技術的不斷提升生產規(guī)模的不斷擴大，這一現(xiàn)象將會得到不斷改善。

5 預制裝配式住宅在華北地區(qū)設計的特殊性

華北地區(qū)屬于大陸性季風氣候，南部淮河流域處于向亞熱帶過渡地區(qū)四季分明，年平原年均溫在8～15℃，年總輻射量為4600～5800MJ/（m·年），年日照時數(shù)北部為2700h，南部為2200h左右。當?shù)亟邓坎粔虺渑妫杏谙募荆邓觌H變化甚大。基于以上特點該地區(qū)的預制裝配式混凝土高層住宅主要解決的問題一個是夏季的防曬、防雨水滲漏、遮陽等問題；一個是冬季的防凍、防結露、防冷橋問題。通過構造節(jié)點的不斷深化更新能夠更好的滿足這些要求。

6 總結

當前我國己進入全面建設小康社會的新的發(fā)展時期，華北地區(qū)作為全國重點發(fā)展地區(qū)，城市建設需要具有新的時代特點，滿足新型工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的需求。

預制裝配式住宅的發(fā)展對國民經濟和社會發(fā)展作用巨大，符合我國提出的科學發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展方向，符合國家的發(fā)展目標及方向。預制裝配式住宅因其技術特點適于京津冀地區(qū)的現(xiàn)狀，又是推行住宅產業(yè)化的關鍵技術，因此對于其歷史發(fā)展的探究具有現(xiàn)實意義。