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装配式混凝土建筑在中国发展历程

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装配式混凝土建筑在中国发展历程

    纵观我国装配式建筑的发展历程,可以看到在学习苏联的过程中,曾一度“轰轰烈烈”,却又因多种原因“戛然而止”,停滞不前;可以看到装配式建筑应用由多层砖混向高层住宅不断探索;可以看到建筑工业化发展理论由“三化”、“四化、三改、两加强”逐步发展至新“四化”、“五化”、“六化”,对装配式建筑的认识不断深入;更可以看到不同时期,全国典型城市的建筑工业化的发展特点。

    1. 发展初期

    我国装配式混凝土建筑发展初期时间为1950至1976年,在这一时期我国装配式混凝土建筑全面学习苏联,应用领域从工业建筑和公共建筑,逐步发展到居住建筑。

    20世纪50年代,我国完成了第一个五年计划,建立了工业化的初步基础,开始了大规模的基本建设,建筑工业快速发展。在全面学习苏联的背景下,我国的设计标准,包括建筑设计、钢结构、木结构和钢筋混凝土结构设计规范全部译自俄文,直接引用。

    工业建筑方面,苏联帮助建设的153个大项目大都采用了预制装配式混凝土技术。各大型工地上,柱、梁、屋架和屋面板都在工地附近的场地预制,在现场用履带式起重机安装。当时工业建筑的工业化程度已达到很高的水平,但墙体仍为小型黏土红砖手工砌筑。

    居住建筑方面,城镇建设促进了预制装配式技术的应用。各种构件中标准化程度最高的当属空心楼板。初期使用简单的木模,在空地上翻转预制,待混凝土达到一定强度后再把组装成的圆芯抽出。当时的预制厂的投资很低,技术落后,手工操作繁多,效率和质量低下。百十来千克的混凝土成品用人力就可以抬起就位,无须吊装设备。后来多个大城市开始建设正规的构件厂,典型的如北京第一和第二构件厂(后来发展成为榆构公司),用机组流水法以钢模在振动台上成型,经过蒸汽养护送往堆场,成为预制生产的示范。此时全国混凝土预制技术突飞猛进发展,全国各地数以万计的大小预制构件厂雨后春笋般出现,成为住宅装配化发展的物质基础。东欧的预制技术也传至我国,北京市引进了东德的预应力空心楼板制造机(康拜因联合机),在长线台座上一台制造机完成混凝土浇筑和振捣、空心成型和抽芯等多个工序。这实际上是后来美国SP大板的雏形。20世纪70年代由东北工业建筑设计院(现中国建筑东北设计研究院有限公司)设计了挤压成型机(也称行模成型机)在沈阳试制成功,开创了国内预应力钢筋混凝土多孔板生产新工艺,后在柳州等地推广应用。

    除柱、梁、屋架、屋面板、空心楼板等构件大量被应用外,墙体的工业化发展同样是这一时期的重要特点,主要代表是北京的振动砖墙板、粉煤灰矿渣混凝土内外墙板、大板和红砖结合的内板外砖体系;上海的硅酸盐密实中型砌块和哈尔滨的泡沫混凝土轻质墙板。这些技术体系从墙材革新角度入手,推动了当时的装配式建筑。

    2. 发展起伏期

    发展起伏期大体上从1976年到1995年,在这个时期装配式建筑经历了停滞,发展、再停滞的起伏波动。

    (1)1976至1978年。经过建筑工业化初期的发展,20世纪70年代中国城市主要是多层的无筋砖混结构住宅,以小型黏土砖砌成的墙体承重而楼板则多采用预制空心楼板。水平构件基本没有任何拉结,简单地用砂浆铺坐在砌体墙上,墙上的支承面不充分,砌体墙无配筋,出现了一系列问题。之后,北京、天津一带已有的砖混结构统统用现浇圏梁和竖向构造柱形成的框架加固。全国划分了抗震烈度区,颁布了新的建筑抗震设计规范,修订了建筑施工规范,规定高烈度抗震地区废除预制板,采用现浇楼板;低烈度地区在预制板周围加现浇圈梁,板的缝隙灌实,添加拉筋。很多民用建筑的预制厂改为生产预制梁柱、铁路轨枕、涵洞管片、预制粧等工业制品。

    (2)1978至20世纪80年代初。改革开放以后,在总结前20年建筑工业化发展的基础上,住宅建设政策研究的先行者林志群、许溶烈先生共同提出“四化、三改、两加强”,即房屋建造体系化、制品生产工厂化、施工操作机械化、组织管理科学化,改革建筑结构、改革地基基础、改革建筑设备,加强建筑材料生产、加强建筑机具生产。和老“三化”相比,更加注重体系和科学管理,但重点还是集中在结构、建材、设备上。随后我国建筑工业化出现了一轮高峰,各地纷纷组建产业链条企业,标准化设计体系快速建立,一大批大板建筑、砌块建筑纷纷落地。但随着大规模上马,市场需求快速增长,工业化构件生产无法满足建设需要,出现构件质量下滑,另外配套技术研发没有跟上,防水、冷桥、隔声等影响住宅性能的关键技术均出现问题,加之住房商品化带来了多样化需求的极大提升,使得一度红火的建筑工业化又逐渐陷于停滞。

    (3)20世纪80年代初至1995年。国外现浇混凝土被介绍到我国,建筑工业化的另一路径(即现浇混凝土的机械化)出现。砖石砌体被抛弃后,用大模板现浇配筋混凝土的内墙应运而生,现浇楼板的框架结构、内浇外砌和外浇内砌等各种体系纷纷出现。从80年代开始,这类体系应用极为广泛,因为它解决了高层建筑用框架结构时梁柱和填充墙的抗震设计复杂的问题,而现浇的配筋内横墙、纵墙和承重墙或现浇的筒体结构则形成了刚度很大的抗剪体系,可以抵抗较大的水平荷载,因此提高了结构的最大允许高度。外墙则采用预制的外挂墙板。这种建筑结构体系将施工现场泵送混凝土的机械化施工和外挂预制构件的装配化高效结合,发挥了各自的优势,因而得到了很快的发展。

    在某些情况下,无法解决外墙板的预制、运输或吊装,可以采用传统的砌体外墙,这就是内浇外砌体系。20世纪90年代初至2000年前后,由于城市建设改造的需要,北京大量兴建的高层住宅基本上是内浇外挂体系。而起初的内浇外挂住宅体系是房屋的内墙(剪力墙)采用现浇混凝土,而楼板则用工厂预制整间大楼板(或预制现浇叠合楼板),外墙是工厂预制混凝土外墙板。开始是单一的轻骨料混凝土,后来为提高保温效果,逐渐改为中间层用高效保温材料,采用平模反打工艺,墙板外饰面有装饰的条纹,这种内浇外挂墙板承受20%~ 30%的地震水平荷载。

    3. 发展提升期

    发展提升期大体上从1996年到2015年。

    (1)2002年国家颁布行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2002,按北京地区抗八度地震设防要求,混凝土预制构件的应用受到许多制约,建筑高度不超过50m(—般为16层或18层以下)。后来城市用地日趋紧张,住宅高度不断提高,开发商建造二十层以上高层住宅的比例逐年增加。由于预制混凝土楼板、预制外墙板节点处理的问题较为复杂,为了进一步提高建筑整体性,现浇混凝土楼板逐渐取代了预制大楼扳和预制承重的混凝土外墙板结构。

    (2)预拌混凝土工业发展推动混凝土技术进步。大模板现浇混凝土建筑的兴起,推动了中国预拌混凝土工业的发展。工厂化的发展使预拌混凝土在我国大、中城市(尤其是东部地区)的年生产能力达到3000万m3以上,部分大城市的预拌混凝土产量已达到现浇混凝土总量的50%以上。搅拌站的规模趋于大型化、集团化,装备技术、生产技术和管理经验趋于成熟,泵送技术的使用开始普及,混凝土的强度等级有所提高,掺合料和外加剂的技术飞快发展。随着施工现场湿作业的复苏,现浇技术的缺点日以彰显,即使使用钢模,支模的手工作业还是很多,劳动强度大,特别是养护耗时长,施工现场污染严重。

    (3)劳动力市场发生变化。这一时期,从事体力劳动的人力资源紧张,建筑业出现了人工短缺现象。业内人士逐渐意识到,长期以来以现场手工作业为主的传统生产方式不能再继续下去了,装配式建筑的发展重新引起了关注。

    (4)开始重视质量和效益的提升。除了关注装配式建造方式外,社会各界开始关注减少用工、提升质量和减少浪费等课题。在新形势下,装配式建筑的优势明显,但是装配式结构体系整体性能差,不能抵御地震破坏的阴影仍然笼罩在建筑界。为了有别于过去的全装配式,出现了一个新的体系,在2008年前后得到了一个新的名称一一装配整体式结构。最早形成法规文件的是深圳市住房和建设局2009年发布的深圳市技术规范《预制装配整体式钢筋混凝土结构技术规范》SJG18-2009。装配整体式结构的特点是尽量多的部件采用预制件,相互间靠现浇混凝土或灌注砂浆连接措施结合,使装配后的构件及整体结构的刚度、承载力、恢复力特性、耐久性等类同于现浇混凝土构件及结构。

    (5)装配整体式结构发展出不同的分支。一种使用现浇梁柱和现浇剪力墙,另一种把剪力墙也做成预制的或半预制的。前者可称为简单构件的装配式,只涉及标准通用件和非标准通用件,不涉及承重体系构件;后者则做到了承重构件的预制,预制率有很大提升。

    (6)上海、北京等地积极探索。经过两年时间的编写,上海市2010年发布了由同济大学、万科和上海建科院等单位联合编制的《装配整体式混凝土住宅体系设计规程》DG/TJ 08-2071-2010,其中对装配整体式混凝土结构的定义是:“由预制混凝土构件或部件通过钢筋、连接件或施加预应力加以连接并现场浇筑混凝土而形成整体的结构。”这种结构体系是对50年前装配式建筑体系的一种提升,是经过多次痛苦的地震灾害后的总结,也基本适应了新时期高层装配式建筑发展的需要。

    北京万科开展了首个装配整体式混凝土体系住宅的实践。第一步,万科于2007年首先跟北京榆构共同建立了产业化研发中心。第二步是科研论证,进行了大量的学术研讨,包括委托工程院的院士,清华大学、建研院等科研院所做了大量抗震试验。第三步是建设实验楼,在榆树庄构件厂里盖了一栋真正意义上的工业化住宅。2008年,万科开始启动两栋工业化住宅,这也是新时期真正意义的工业化住宅楼。

    全国各省市积极出台政策,在保障性住房建设中大力推进产业化,装配式建筑试点示范工程开始浦现。以北京为例,北京在2014年提出要实现保障房实施产业化100%全覆盖,并以公租房为切入点,全面建立以标准化设计、建造、评价、运营维护为核心的保障性住房建设管理标准化体系,建立标准化设计制度、专家方案审核制度、优良部品库制度等,实施产业化规模已超过1000万m2,其中结构产业化、装配式装修均实施的全装配式住宅已经达到145万m2规模;北京由简到难,分类指导,全面使用水平预制构件,并于2015年10 月出台政策,提出保障性住房中全面实施全装修成品交房,并大力推行装配式装修。

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