装配式建筑的发展趋势及质量把控

2020-07-20熊玉铭

四川建筑 2020年2期

熊玉铭

(四川省第三建筑工程有限公司，四川成都 610051)

国务院先后出台《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》和《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，加大政策支持力度，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30 %。积极稳妥推广钢结构建筑。李克强总理提出决定大力发展装配式建筑，推动产业结构调整升级，以京津冀、长三角、珠三角三大城市群为重点推进地区，常住人口超过300万的其他城市为积极推进地区，其余城市为鼓励推进地区，因地制宜发展装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等装配式建筑。

四川省人民政府办公厅《关于大力发展装配式建筑的实施意见》，进一步明确2018～2020年推进装配式建筑发展阶段性工作目标和重点任务，强化措施保障，统筹推进全省装配式建筑发展。大力发展装配式混凝土结构和钢结构建筑，倡导有条件的景区、农村建筑推广采用现代木结构建筑，支持市政工程建设中应用装配式部品部件，到2020年，全省装配式建筑占新建建筑的比例达到30 %，成都、广安、乐山、眉山、西昌5个试点城市达到35 %，泸州、绵阳、南充、宜宾等100万以上人口城市达到30 %，其他城市达到20 %。到2020年，全省培育8个装配式建筑试点城市，培育5家集设计、生产、施工于一体的装配式建筑龙头企业，培育50个科研、生产、应用的装配式建筑产业示范基地，20个以上装配式建筑示范项目，充分发挥示范引领和带动作用。四川省政府同时出台了装配式建筑补贴政策，优先安排用地指标；安排科研经费；减少缴纳企业所得税；容积率奖励等。桥梁、铁路、道路、综合管廊、隧道、市政工程等建设中，除须现浇外必须全部采用预制装配式。

近年来，各省、市、自治区密集出台大力发展装配式建筑的政策可以预见，2019年度，装配式建筑会是各地建设工作的重点，未来市场前景广阔，装配式建筑不仅能让楼房建造得更加便捷，而且节能环保。

1 发展装配式建筑的趋势

(1)随着科技的进步，在人类的科学技术水平爆发式地推进发展下，建筑行业也必然将由劳动密集型产业向技术密集型转变。随着我国综合国力的上升，我们对建筑工程建设的要求只会越来越高。

(2)改革开放后，大批农业劳动力涌向城市，城市化发展较快，且人均寿命延长，人口总量迅速上升，居住问题日益突出。

(3)由于人民生活水平的提高，人口老龄化的出现，而年青人几乎不再从事传统的建筑体力劳动，劳动力将会变成一种昂贵的资源，劳动力成本会不断上涨，劳动力成本上升，必须由现场施工传统工艺向工厂化流水作业转型。

(4)国内建筑产能过剩，发展装配式建筑，是去产能、补短板的有力措施。

(5)传统的建筑工程现场施工会产生大量建筑粉尘、噪声、建筑垃圾等污染物，而工厂化生产，现场拼装将会大大减少建筑污染物，达到节能环保、绿色施工的效果。

2 装配式混凝土结构的发展史

早在17世纪欧洲就开始了建筑工业化之路，第二次世界大战后，由于劳动力资源短缺，欧洲更进一步研究探索建筑工业化模式，是预制装配式建筑的发源地。

1967年美国蒙特利尔67号住宅，在北美洲开启了预制装配式建筑的先河，经过多年发展，装配式混凝土建筑应用非常普遍，后来美国、和加拿大PCI组织制定了PC构件的规范和标准。北美的预制建筑主要包括建筑预制外墙和结构预制构件两大系列，预制构件的共同特点是大型化和预应力相结合，可优化结构配筋和连接构造，减少制作和安装工作量，缩短施工工期，充分体现工业化、标准化和技术经济性特征(图1)。

图1 美国早期的装配式建筑

日本和韩国借鉴了欧美的成功经验，在探索预制建筑的标准化设计施工基础上，结合东亚地质特点和功能要求，在预制混凝土建筑体系设计、预制结构体系整体性抗震和隔震设计、标准规范等方面进一步完善。在日本具有代表性2008年修建的两栋58层的东京塔，就是采用预制装配框架结构。

我国装配式混凝土建筑，借鉴了国外装配式的经验，目前预制装配式混凝土结构(简称PC结构)在国内占据了主导地位。其在工厂以构件为单位制作完毕后运至现场，通过套筒灌浆连接组装而成。在国家的号召下，各省也大力推动装配式建筑的发展，陆续有PK预应力混凝土叠合板等新型技术的出现。

3 装配式建筑的三种形式及优缺点

目前装配式建筑根据结构材料的选择，主要是装配式木结构、装配式钢结构、装配式混凝土结构。三种形式的装配式结构各有千秋，而采用何种形式应该因地制宜。

3.1 装配式木结构

装配式木结构广泛应用于景区、农村，但不适用于解决大量人口居住问题，建筑防火问题突出。

3.2 装配式钢结构

1885年，世界第一幢42 m高的摩天大楼在美国芝加哥问世，从此钢结构就以其轻质高强特点在大跨、超高、异形等复杂超限建筑大量使用。经过多年发展，主要有轻型钢结构住宅、钢结构厂房、钢结构高层建筑、钢结构场馆建筑、新型钢混结构五种装配式钢结构的类型。但钢结构造价较高，后期维护成本高，因此目前主要应用于超高层和公共建筑，对面大量广的住宅建筑还存在一定的应用局限性。

3.3 装配式混凝土结构

装配式混凝土结构工艺类型分有以下5 种类型：

(1)砌块建筑，用预制的块状材料砌成墙体的装配式建筑，适于建造3～5层民用建筑。

(2)大板建筑，由预制的大型内外墙板、楼板和屋面板等板材装配而成。板材建筑可以减轻结构重量，提高劳动生产率，扩大建筑的使用面积和防震能力，多适用于工业厂房建筑。

(3)箱式建筑，从大板建筑的基础上发展起来的一种装配式建筑，这种建筑工厂化的程度很高，现场安装快，盒子吊装完成、接好管线后即可使用，多适用于临时建筑。

(4)骨架板材建筑，由预制的骨架和板材组成，由柱、梁组成承重框架,再搁置楼板和非承重的内外墙板的框架结构体系。承重骨架一般多为钢筋混凝土结构，骨架板材建筑结构合理，可以减轻建筑物的自重，内部分隔灵活，适用于多层和高层的建筑。

(5)升板升层建筑，这种建筑是在底层混凝土地面上重复浇筑各层楼板和屋面板，竖立预制钢筋混凝土柱子，以柱为导杆，用放在柱子上的油压千斤顶把楼板和屋面板提升到设计高度。升板建筑一般柱距较大，楼板承载力也较强，多用作商场、仓库、工场和多层车库等。

4 装配式混凝土结构的特点及适用范围

(1)混凝土结构优越的耐久性和受力性能，在高层住宅方面有广泛的应用高前景。

(2)大量的结构构件由工厂车间生产加工完成，构件种类主要有：外墙板，内墙板，叠合板，阳台，空调板，楼梯，预制梁，预制柱等。相对于传统现浇建筑，装配式建筑可缩短施工周期20 %左右，节能达到50 %以上，节水50 %左右，劳动效率提高2～3倍。

(3)现场大量的装配作业，现场现浇湿作业量大大减少，绿色、节能、环保。

(4)设计的标准化和管理的信息化，构件越标准，生产效率越高，相应的构件成本就会下降，配合工厂的数字化管理，整个装配式建筑的性价比会越来越高。

(5)目前国内外装配式混凝土结构均以PC结构为主，PC结构在低层和多层建筑最为适用。

(6)高层建筑竖向承重构件不宜采用PC构件，要达到高装配率，其缺点是成本高、效率低；与传统现浇钢筋混凝土结构相比较，套筒灌浆连接的质量保证是关键；构件钢筋数量多，吊装对位困难。

5 装配式混凝土结构建筑质量控制要点

装配式建筑施工质量是工程质量和品质的有力保证，必须满足抗震要求、结构安全要求、使用功能要求、质量合格要求、观感质量等要求，在设计施工时需要控制好以下几个方面。

5.1 深化设计

深化设计前，应充分掌握装配式相关国标、规范，核查预制构件详图，确保满足规范要求，是否满足预制构件制作、工程量统计的需求和安装施工要求。预制构件制作施工详图应综合设计各专业和生产、施工的预留埋设要求绘制，当发现图中有冲突时，应及时指出需要改进之处，以便预制构件设计单位能及时修改调整。

5.2 预制构件生产

施工单位与生产厂家应根据图纸需求，生产前组织学习规范、图集，学习设计图纸及转化图纸，领会设计意图，及时参与预制构件生产计划的设计与调整，并做好图纸会审，编制方案并做好方案交底工作；再根据图纸选择及制作模具，并检查模具质量及细部尺寸制作是否满足设计要求；最后确定预制构件吊装顺序，各构件进行编号排序。

施工单位派专人驻加工车间，按施工图及时检查各批次PC构件加工成型质量、构件强度、截面尺寸，以免造成后期装配安装质量，PC构件出厂时检查构件质量证明文件及过程资料是否齐全。同时根据工地工期要求，与构件生产厂家及时沟通生产进度，做到随用随到，减少运输距离和二次搬运成本，确保不影响工程总进度。

5.3 施工现场组织策划

PC构件安装施工应该编写专项施工方案并进行专家论证，重点阐述构件吊装、安装的方式和质量安全保障措施，对施工组织部署的科学性、工序的合理性，施工方法选用的技术性、经济性和实用性进行科学的论证。

装配式建筑施工构件采用大型运输车辆运输，车辆运输构件多，重量重，装卸时间长，现场道路和机械布置，要充分考虑构件堆场和运输及装卸点，装卸点应在塔式起重机或汽车吊的塔臂覆盖范围内。

5.4 起重吊装

一般低层及多层建筑采用汽车吊，多层以上的建筑采用塔机，塔机选型要满足单个最大PC构件重量的起重量及覆盖面的要求。

PC构件吊装顺序：墙体→叠合梁→叠合板→楼梯→阳台→空调板。外墙吊装顺序为先吊外立面转角处外墙，通过转角处外墙作为其余外墙吊装的定位控制基准，PC板在两侧预制外墙吊装并校正完成之后再安装(图2)。

图2 外墙板吊装

5.5 PC构件安装

吊装前必须在相关预制构件上将各个截面的控制线提前放好，可节省吊装时间并利于质量控制。

叠合板吊装时，起吊时利用模数化吊装梁，起吊过程缓慢，确保叠合板平稳，安装时底部要做临时支架，支承点间距是1.5 m，每个开间支架设置2～3排。主体结构层施工时，支撑要设两层支撑架，一层叠合楼板结构完成施工后，现浇混凝土强度大于等于设计强度的70 %时，才可以拆除下一层支撑架。叠合板吊装预埋件脱落是在现场施工中经常遇到的问题，可以在吊装预埋件周围加固或者直接吊装叠合板桁架筋，这样不仅可以节省吊装预埋件，对叠合板的吊装安全有了保障，也可以根据现场情况灵活改变吊装点的位置。

预制楼梯板安装时，距离作业面500 mm处，稍停顿，根据楼梯板方向调整，就位时缓慢操作，避免楼梯板震折受损。待其基本就位后，根据控制线，采用撬棍微调校正位置，校正完后，进行焊接固定。

飘窗和空调板吊装采用吊耳、螺栓以及构件上的预留螺母进行连接。距离作业面300 mm位置处，按照位置线，慢慢移动构件就位，等到构件螺栓调节至穿墙孔洞位置处时，将定制U形水平咬合措施件套放在构件上，用溜绳牵引构件，使得螺栓插入墙板连接孔洞。

5.6 抗震柱设计和施工

抗震性能是装配式建筑安全质量的重要考量参数，通过设计减震柱，可使地震产生的能量全部被减震柱吸收掉，保护关键柱、梁不被破坏。施工过程中，除抗震设计施工外，还应注意节点连接情况，这是保证结构整体抗震性能的关键。结构连接一般采取等效现浇连接和装配式连接。等效现浇连接要求达到或超过现浇混凝土连接的抗震性能，常用的等效现浇节点包括后浇整体式和预应力拼接式两种；装配式连接和现浇混凝土连接力学性能不同，常用的装配式节点有焊接节点和螺栓连接节点。

5.7 现场安装质量检查验收

装配式结构预制构件原材料、预制构件安装工程、注浆工程检验批均按照每流水段为一个检验批进行检验。

现场安装质量检查重点检查套筒连接灌浆，灌浆前应在专职质量员及现场监理工程师的旁证下，模拟施工条件制作相应数量的平行试件，进行抗拉强度检验，并经检验合格后方可进行灌浆施工。灌浆操作全过程应由专职质量员及现场监理工程师负责现场监督，留存灌浆施工检查记录及影像资料。

6 装配式建筑还应注意和加强的工作

(1)广泛宣传装配式建筑基本知识，提高社会认知度，营造各方共同关注、支持装配式建筑和相关产业的发展。还需加大政策支持，结合节能减排、产业发展、科技创新、污染防治等方面政策，加大对装配式建筑的支持力度和使用的优惠政策，优化物流配送管理，提高效率，降低成本。

(2)还需强化建筑材料标准、部品部件标准、工程标准之间的衔接，完善装配式建筑防火抗震防灾标准，建立健全装配式建筑相关法律法规体系。修订定额及计价依据，装配式建筑评价标准和方法。逐步建立完善覆盖设计、生产、施工和使用维护全过程的装配式建筑标准规范体系。

(3)创新装配式建筑设计，统筹建筑、结构、机电设备、部品部件、装配施工、装饰装修，推行装配式建筑一体化集成设计。鼓励创新施工组织方式，推行绿色施工，推广绿色建材，提高绿色建材在装配式建筑中的应用比例。提升装配施工水平，建立部品部件质量验收机制，确保产品质量，提高部品部件的装配施工连接质量和建筑安全性能。

(4)组织科研人才队伍，加强BIM技术应用和信息管理，根据使用功能设计、优化部品部件，简化装配式建筑构件的安装。攻克装配式建筑构件连接锚固技术难题，确保装配式建筑防火抗震防灾技术安全可靠，通过有效的检测手段，清除结构安全隐患及构件的连接、防水、保温等方面的问题。