主讲:郭学明
郭学明,中国混凝土与水泥制品协会装饰混凝土分会专家委员会主任,是中国最早研究和从事装配式建筑的人物之一。著有《装配式混凝土结构建筑设计、制作与施工》《GRC幕墙与建筑装饰构件的设计、制作与施工》《旅途上的建筑——漫步欧洲》《旅途上的建筑——漫步美洲》。
讲座的两大主题:日本钢结构装配式别墅简介、装配式混凝土建筑简介与设计要点。一起来看讲座精彩内容!
国家大力推广的装配式建筑并非一个新鲜的概念
关于装配式建筑,最先是20世纪一些著名建筑大师探索、提倡与实践,然后20世纪50年代末60年代初,瑞典保障房5年解决一半国民住宅,效率高、成本低的实践使政府主导大规模装配式建筑。随后北欧和欧洲其他国家效仿,包括美国和日本。20世纪80年代后新加坡、台湾、香港等高层建筑装配式。21世纪中国政府开始大力推广。
虽然装配式建筑的预制构件和现场组装这两个基本特点,因此能缩短建筑工期、提高效率和建筑质量,还能节约资源和成本......具有众多优点,但同时也有限制个性化、技术要求高、对建筑规模或体量的依赖等缺点。所以要正确认识装配式建筑的优缺点,并合理的进行选择和建造。
希腊帕特农神庙-石材装配式建筑
美国凤凰城图书馆-全装配式建筑
核心技术是连接
通过采用可靠的连接技术和必要的结构与构造措施,能使装配整体式混凝土结构与现浇混凝土结构的效能基本等同。
连接方式:
全装配式——干连接(焊接、螺栓连接)
装配整体式——湿连接(套筒灌浆、浆锚搭接、后浇筑混凝土连接、锚环+加钢筋连接、绳索+钢筋连接)
装配式混凝土建筑的八大设计要点
1. 关于设计的错误认识
尽管PC建筑的设计是以现浇混凝土结构为基础的,比较多的工作也确实是在常规设计完成后展开,但PC建筑设计既不是附加环节深化性质,也不是常规设计完成后才开始的工作,更不能由拆分设计机构或制作厂家承担设计责任或自行其是。
2. 限制条件,如:
•抗震设防烈度9度地区,PC建筑没有规范支持。
•工程所在地附近没有PC工厂,工地现场又没有条件建立临时工厂。
•预制工厂到工地的道路无法通过大型构件运输车辆,或途中有限重桥、限高天桥、限高隧洞等,对能否搞装配式或装配式构件的重量与尺度形成限制。
•PC工厂起重能力、固定或移动模台所能生产的最大构件尺寸等,是PC构件拆分的限制条件。
•现行行业标准规定,有些PC建筑最大适用高度比现浇混凝土结构低一些。剪力墙PC结构比现浇剪力墙结构低10~20米。
•装配式建筑不适宜形体复杂的建筑。
•立面造型复杂,或里出外进,或造型不规则,可能会导致模具成本很高、复杂造型不易脱模、连接和安装节点比较复杂。
•建筑立面有较多的外探大的悬挑构件,与主体结构连接比较麻烦,不宜搞装配式。
•模具周转次数少会大幅度增加成本。
3. 建筑风格的影响
如果是有规律的造型,预制比现浇更有优势,也有不适宜的风格,如:
•体量小的不规则建筑,如果没有复制性,又不是可以忽略造价因素的特殊建筑,不适宜搞装配式。模具周转次数太少,造价太高。
•连续无法用装配式实现。
•墙面直线型凸凹过多,又没有规律可言,预制比现浇就没有优势。直线型凸凹现场支模板相对简单,预制要制作很多模具得不偿失。
4. 结构体系的影响
欧洲、美国装配式建筑多层框架结构比较普遍,或全装配式,或湿连接节点较少,或暗柱板式构件,装配效率比较高。国内装配式结构体系以剪力墙结构为主。
剪力墙结构的优势:平板式构件为主,有利于实现自动化生产;模具成本相对较低。
装配式剪力墙结构目前存在的问题:剪力墙装配式的试验和经验相对较少;边缘构件较多的后浇筑区对装配式效率有较大的影响;建筑立面造型约束较多;结构连接的面积较大,连接点多,连接成本高;装饰装修、机电管线等受结构墙体影响较大。
5. 方案设计阶段关于装配式的设计内容
• 对限制条件进行分析
•在确定建筑风格、造型、质感时分析判断装配式的影响和实现可能性。
•在确定建筑高度时考虑装配式的影响。
•在确定形体时考虑装配式的影响。
•地方政府在土地招拍挂时设定了预制率的刚性要求,建筑师和结构设计师在方案设计时须考虑实现这些要求的做法。
6. 施工图设计阶段关于装配式的设计内容
建筑设计:与结构工程师确定预制范围,哪一层、哪个部分预制;设定建筑模数,确定模数协调原则;在进行平面布置时考虑装配式的特点与要求;在进行立面设计时考虑装配式的特点,确定立面拆分原则;依照装配式特点与优势设计表皮造型和质感;将各专业对建筑构造的要求汇总等等。
结构设计:与建筑师确定预制范围,哪一层、哪个部分预制;因装配式而附加或变化的作用与作用分析;对构件接缝处水平抗剪能力进行计算;因装配式所需要进行的结构加强或改变;因装配式所需要进行的构造设计;依据等同原则和规范确定拆分原则等等。
其他专业设计:内装、给水、排水、暖通、空调、设备、电气、通讯等专业须将与装配式有关的要求,准确定量地提供给建筑师和结构工程师。
7. 拆分设计原则与内容
拆分工作内容:确定现浇与预制范围、边界;结构构件拆分位置;确定构件连接方式;确定后浇筑区、接缝和构件尺寸;确定钢筋连接、加强与锚固构造等。
拆分原则:外墙构件考虑建筑功能和建筑艺术的要求;结构的合理性;接缝位置在应力最小部位;高层建筑套筒连接节点避开塑性铰;尽可能统一或减少构件规格;与相邻的构件拆分协调;符合制作、运输和安装环节的重量限制等等。
8. 构件制作图细目。制作清晰准确的各类图纸,有助于提高施工效率和质量。
中国发展装配式建筑的难点
1、粗放传统(设计、制作、施工)
•设计不细•各专业撞车•埋设习惯•后锚固方法•施工太粗•没有精装修,砸墙凿洞。
2、建筑风格的适应性
3、剪力墙的适应性
•没有经验•连接点多,难于减少连接点•后浇混凝土多•三边出筋一边套筒,自动化难于实现
4、外墙外保温
•增加成本•增加无效面积•增加重量
5、建筑层高与装饰习惯(不吊顶不架空)
•管线埋置在混凝土中•板缝无法解决•同层排水难于实现
6、比技术更重要的是意识、经验与管理
因此,以我国目前装配式建筑的发展要实现装配式优点还需要更成熟的技术、经验以及完善的管理措施。
以上知识在郭学明主编的书《装配式混凝土结构建筑设计、制作与施工》中均有详细讲解,该书从混凝土装配式建筑的发展现状、技术特点入手,结合国际先进技术和国内的发展状况,系统地介绍了装配式混凝土结构的材料特点、设计原则、制作要点及施工工艺流程,是当前我国从事装配式混凝土结构设计、施工人员的案头必备工具用书。特向大家推荐此书。
另外,郭学明的建筑类畅销书《旅途上的建筑——漫步欧洲》和《旅途上的建筑——漫步美洲》轻松有趣的写活了欧美建筑,兼具思想深度和艺术品味,也非常值得一看。