裝配式建筑的發(fā)展趨勢及質(zhì)量把控

熊玉銘

(四川省第三建筑工程有限公司，四川成都 610051)

國務(wù)院先后出臺《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》和《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，加大政策支持力度，力爭用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到30 %。積極穩(wěn)妥推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑。李克強(qiáng)總理提出決定大力發(fā)展裝配式建筑，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級，以京津冀、長三角、珠三角三大城市群為重點(diǎn)推進(jìn)地區(qū)，常住人口超過300萬的其他城市為積極推進(jìn)地區(qū)，其余城市為鼓勵推進(jìn)地區(qū)，因地制宜發(fā)展裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)等裝配式建筑。

四川省人民政府辦公廳《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的實(shí)施意見》，進(jìn)一步明確2018～2020年推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展階段性工作目標(biāo)和重點(diǎn)任務(wù)，強(qiáng)化措施保障，統(tǒng)籌推進(jìn)全省裝配式建筑發(fā)展。大力發(fā)展裝配式混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)建筑，倡導(dǎo)有條件的景區(qū)、農(nóng)村建筑推廣采用現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑，支持市政工程建設(shè)中應(yīng)用裝配式部品部件，到2020年，全省裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到30 %，成都、廣安、樂山、眉山、西昌5個試點(diǎn)城市達(dá)到35 %，瀘州、綿陽、南充、宜賓等100萬以上人口城市達(dá)到30 %，其他城市達(dá)到20 %。到2020年，全省培育8個裝配式建筑試點(diǎn)城市，培育5家集設(shè)計、生產(chǎn)、施工于一體的裝配式建筑龍頭企業(yè)，培育50個科研、生產(chǎn)、應(yīng)用的裝配式建筑產(chǎn)業(yè)示范基地，20個以上裝配式建筑示范項(xiàng)目，充分發(fā)揮示范引領(lǐng)和帶動作用。四川省政府同時出臺了裝配式建筑補(bǔ)貼政策，優(yōu)先安排用地指標(biāo)；安排科研經(jīng)費(fèi)；減少繳納企業(yè)所得稅；容積率獎勵等。橋梁、鐵路、道路、綜合管廊、隧道、市政工程等建設(shè)中，除須現(xiàn)澆外必須全部采用預(yù)制裝配式。

近年來，各省、市、自治區(qū)密集出臺大力發(fā)展裝配式建筑的政策可以預(yù)見，2019年度，裝配式建筑會是各地建設(shè)工作的重點(diǎn)，未來市場前景廣闊，裝配式建筑不僅能讓樓房建造得更加便捷，而且節(jié)能環(huán)保。

1 發(fā)展裝配式建筑的趨勢

(1)隨著科技的進(jìn)步，在人類的科學(xué)技術(shù)水平爆發(fā)式地推進(jìn)發(fā)展下，建筑行業(yè)也必然將由勞動密集型產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變。隨著我國綜合國力的上升，我們對建筑工程建設(shè)的要求只會越來越高。

(2)改革開放后，大批農(nóng)業(yè)勞動力涌向城市，城市化發(fā)展較快，且人均壽命延長，人口總量迅速上升，居住問題日益突出。

(3)由于人民生活水平的提高，人口老齡化的出現(xiàn)，而年青人幾乎不再從事傳統(tǒng)的建筑體力勞動，勞動力將會變成一種昂貴的資源，勞動力成本會不斷上漲，勞動力成本上升，必須由現(xiàn)場施工傳統(tǒng)工藝向工廠化流水作業(yè)轉(zhuǎn)型。

(4)國內(nèi)建筑產(chǎn)能過剩，發(fā)展裝配式建筑，是去產(chǎn)能、補(bǔ)短板的有力措施。

(5)傳統(tǒng)的建筑工程現(xiàn)場施工會產(chǎn)生大量建筑粉塵、噪聲、建筑垃圾等污染物，而工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場拼裝將會大大減少建筑污染物，達(dá)到節(jié)能環(huán)保、綠色施工的效果。

2 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展史

早在17世紀(jì)歐洲就開始了建筑工業(yè)化之路，第二次世界大戰(zhàn)后，由于勞動力資源短缺，歐洲更進(jìn)一步研究探索建筑工業(yè)化模式，是預(yù)制裝配式建筑的發(fā)源地。

1967年美國蒙特利爾67號住宅，在北美洲開啟了預(yù)制裝配式建筑的先河，經(jīng)過多年發(fā)展，裝配式混凝土建筑應(yīng)用非常普遍，后來美國、和加拿大PCI組織制定了PC構(gòu)件的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。北美的預(yù)制建筑主要包括建筑預(yù)制外墻和結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件兩大系列，預(yù)制構(gòu)件的共同特點(diǎn)是大型化和預(yù)應(yīng)力相結(jié)合，可優(yōu)化結(jié)構(gòu)配筋和連接構(gòu)造，減少制作和安裝工作量，縮短施工工期，充分體現(xiàn)工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性特征(圖1)。

圖1 美國早期的裝配式建筑

日本和韓國借鑒了歐美的成功經(jīng)驗(yàn)，在探索預(yù)制建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計施工基礎(chǔ)上，結(jié)合東亞地質(zhì)特點(diǎn)和功能要求，在預(yù)制混凝土建筑體系設(shè)計、預(yù)制結(jié)構(gòu)體系整體性抗震和隔震設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等方面進(jìn)一步完善。在日本具有代表性2008年修建的兩棟58層的東京塔，就是采用預(yù)制裝配框架結(jié)構(gòu)。

我國裝配式混凝土建筑，借鑒了國外裝配式的經(jīng)驗(yàn)，目前預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)(簡稱PC結(jié)構(gòu))在國內(nèi)占據(jù)了主導(dǎo)地位。其在工廠以構(gòu)件為單位制作完畢后運(yùn)至現(xiàn)場，通過套筒灌漿連接組裝而成。在國家的號召下，各省也大力推動裝配式建筑的發(fā)展，陸續(xù)有PK預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板等新型技術(shù)的出現(xiàn)。

3 裝配式建筑的三種形式及優(yōu)缺點(diǎn)

目前裝配式建筑根據(jù)結(jié)構(gòu)材料的選擇，主要是裝配式木結(jié)構(gòu)、裝配式鋼結(jié)構(gòu)、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)。三種形式的裝配式結(jié)構(gòu)各有千秋，而采用何種形式應(yīng)該因地制宜。

3.1 裝配式木結(jié)構(gòu)

裝配式木結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于景區(qū)、農(nóng)村，但不適用于解決大量人口居住問題，建筑防火問題突出。

3.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)

1885年，世界第一幢42 m高的摩天大樓在美國芝加哥問世，從此鋼結(jié)構(gòu)就以其輕質(zhì)高強(qiáng)特點(diǎn)在大跨、超高、異形等復(fù)雜超限建筑大量使用。經(jīng)過多年發(fā)展，主要有輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅、鋼結(jié)構(gòu)廠房、鋼結(jié)構(gòu)高層建筑、鋼結(jié)構(gòu)場館建筑、新型鋼混結(jié)構(gòu)五種裝配式鋼結(jié)構(gòu)的類型。但鋼結(jié)構(gòu)造價較高，后期維護(hù)成本高，因此目前主要應(yīng)用于超高層和公共建筑，對面大量廣的住宅建筑還存在一定的應(yīng)用局限性。

3.3 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工藝類型分有以下5 種類型：

(1)砌塊建筑，用預(yù)制的塊狀材料砌成墻體的裝配式建筑，適于建造3～5層民用建筑。

(2)大板建筑，由預(yù)制的大型內(nèi)外墻板、樓板和屋面板等板材裝配而成。板材建筑可以減輕結(jié)構(gòu)重量，提高勞動生產(chǎn)率，擴(kuò)大建筑的使用面積和防震能力，多適用于工業(yè)廠房建筑。

(3)箱式建筑，從大板建筑的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種裝配式建筑，這種建筑工廠化的程度很高，現(xiàn)場安裝快，盒子吊裝完成、接好管線后即可使用，多適用于臨時建筑。

(4)骨架板材建筑，由預(yù)制的骨架和板材組成，由柱、梁組成承重框架,再擱置樓板和非承重的內(nèi)外墻板的框架結(jié)構(gòu)體系。承重骨架一般多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，骨架板材建筑結(jié)構(gòu)合理，可以減輕建筑物的自重，內(nèi)部分隔靈活，適用于多層和高層的建筑。

(5)升板升層建筑，這種建筑是在底層混凝土地面上重復(fù)澆筑各層樓板和屋面板，豎立預(yù)制鋼筋混凝土柱子，以柱為導(dǎo)桿，用放在柱子上的油壓千斤頂把樓板和屋面板提升到設(shè)計高度。升板建筑一般柱距較大，樓板承載力也較強(qiáng)，多用作商場、倉庫、工場和多層車庫等。

4 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及適用范圍

(1)混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)越的耐久性和受力性能，在高層住宅方面有廣泛的應(yīng)用高前景。

(2)大量的結(jié)構(gòu)構(gòu)件由工廠車間生產(chǎn)加工完成，構(gòu)件種類主要有：外墻板，內(nèi)墻板，疊合板，陽臺，空調(diào)板，樓梯，預(yù)制梁，預(yù)制柱等。相對于傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑，裝配式建筑可縮短施工周期20 %左右，節(jié)能達(dá)到50 %以上，節(jié)水50 %左右，勞動效率提高2～3倍。

(3)現(xiàn)場大量的裝配作業(yè)，現(xiàn)場現(xiàn)澆濕作業(yè)量大大減少，綠色、節(jié)能、環(huán)保。

(4)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化和管理的信息化，構(gòu)件越標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)效率越高，相應(yīng)的構(gòu)件成本就會下降，配合工廠的數(shù)字化管理，整個裝配式建筑的性價比會越來越高。

(5)目前國內(nèi)外裝配式混凝土結(jié)構(gòu)均以PC結(jié)構(gòu)為主，PC結(jié)構(gòu)在低層和多層建筑最為適用。

(6)高層建筑豎向承重構(gòu)件不宜采用PC構(gòu)件，要達(dá)到高裝配率，其缺點(diǎn)是成本高、效率低；與傳統(tǒng)現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比較，套筒灌漿連接的質(zhì)量保證是關(guān)鍵；構(gòu)件鋼筋數(shù)量多，吊裝對位困難。

5 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量控制要點(diǎn)

裝配式建筑施工質(zhì)量是工程質(zhì)量和品質(zhì)的有力保證，必須滿足抗震要求、結(jié)構(gòu)安全要求、使用功能要求、質(zhì)量合格要求、觀感質(zhì)量等要求，在設(shè)計施工時需要控制好以下幾個方面。

5.1 深化設(shè)計

深化設(shè)計前，應(yīng)充分掌握裝配式相關(guān)國標(biāo)、規(guī)范，核查預(yù)制構(gòu)件詳圖，確保滿足規(guī)范要求，是否滿足預(yù)制構(gòu)件制作、工程量統(tǒng)計的需求和安裝施工要求。預(yù)制構(gòu)件制作施工詳圖應(yīng)綜合設(shè)計各專業(yè)和生產(chǎn)、施工的預(yù)留埋設(shè)要求繪制，當(dāng)發(fā)現(xiàn)圖中有沖突時，應(yīng)及時指出需要改進(jìn)之處，以便預(yù)制構(gòu)件設(shè)計單位能及時修改調(diào)整。

5.2 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)

施工單位與生產(chǎn)廠家應(yīng)根據(jù)圖紙需求，生產(chǎn)前組織學(xué)習(xí)規(guī)范、圖集，學(xué)習(xí)設(shè)計圖紙及轉(zhuǎn)化圖紙，領(lǐng)會設(shè)計意圖，及時參與預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)計劃的設(shè)計與調(diào)整，并做好圖紙會審，編制方案并做好方案交底工作；再根據(jù)圖紙選擇及制作模具，并檢查模具質(zhì)量及細(xì)部尺寸制作是否滿足設(shè)計要求；最后確定預(yù)制構(gòu)件吊裝順序，各構(gòu)件進(jìn)行編號排序。

施工單位派專人駐加工車間，按施工圖及時檢查各批次PC構(gòu)件加工成型質(zhì)量、構(gòu)件強(qiáng)度、截面尺寸，以免造成后期裝配安裝質(zhì)量，PC構(gòu)件出廠時檢查構(gòu)件質(zhì)量證明文件及過程資料是否齊全。同時根據(jù)工地工期要求，與構(gòu)件生產(chǎn)廠家及時溝通生產(chǎn)進(jìn)度，做到隨用隨到，減少運(yùn)輸距離和二次搬運(yùn)成本，確保不影響工程總進(jìn)度。

5.3 施工現(xiàn)場組織策劃

PC構(gòu)件安裝施工應(yīng)該編寫專項(xiàng)施工方案并進(jìn)行專家論證，重點(diǎn)闡述構(gòu)件吊裝、安裝的方式和質(zhì)量安全保障措施，對施工組織部署的科學(xué)性、工序的合理性，施工方法選用的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性進(jìn)行科學(xué)的論證。

裝配式建筑施工構(gòu)件采用大型運(yùn)輸車輛運(yùn)輸，車輛運(yùn)輸構(gòu)件多，重量重，裝卸時間長，現(xiàn)場道路和機(jī)械布置，要充分考慮構(gòu)件堆場和運(yùn)輸及裝卸點(diǎn)，裝卸點(diǎn)應(yīng)在塔式起重機(jī)或汽車吊的塔臂覆蓋范圍內(nèi)。

5.4 起重吊裝

一般低層及多層建筑采用汽車吊，多層以上的建筑采用塔機(jī)，塔機(jī)選型要滿足單個最大PC構(gòu)件重量的起重量及覆蓋面的要求。

PC構(gòu)件吊裝順序：墻體→疊合梁→疊合板→樓梯→陽臺→空調(diào)板。外墻吊裝順序?yàn)橄鹊跬饬⒚孓D(zhuǎn)角處外墻，通過轉(zhuǎn)角處外墻作為其余外墻吊裝的定位控制基準(zhǔn)，PC板在兩側(cè)預(yù)制外墻吊裝并校正完成之后再安裝(圖2)。

圖2 外墻板吊裝

5.5 PC構(gòu)件安裝

吊裝前必須在相關(guān)預(yù)制構(gòu)件上將各個截面的控制線提前放好，可節(jié)省吊裝時間并利于質(zhì)量控制。

疊合板吊裝時，起吊時利用模數(shù)化吊裝梁，起吊過程緩慢，確保疊合板平穩(wěn)，安裝時底部要做臨時支架，支承點(diǎn)間距是1.5 m，每個開間支架設(shè)置2～3排。主體結(jié)構(gòu)層施工時，支撐要設(shè)兩層支撐架，一層疊合樓板結(jié)構(gòu)完成施工后，現(xiàn)澆混凝土強(qiáng)度大于等于設(shè)計強(qiáng)度的70 %時，才可以拆除下一層支撐架。疊合板吊裝預(yù)埋件脫落是在現(xiàn)場施工中經(jīng)常遇到的問題，可以在吊裝預(yù)埋件周圍加固或者直接吊裝疊合板桁架筋，這樣不僅可以節(jié)省吊裝預(yù)埋件，對疊合板的吊裝安全有了保障，也可以根據(jù)現(xiàn)場情況靈活改變吊裝點(diǎn)的位置。

預(yù)制樓梯板安裝時，距離作業(yè)面500 mm處，稍停頓，根據(jù)樓梯板方向調(diào)整，就位時緩慢操作，避免樓梯板震折受損。待其基本就位后，根據(jù)控制線，采用撬棍微調(diào)校正位置，校正完后，進(jìn)行焊接固定。

飄窗和空調(diào)板吊裝采用吊耳、螺栓以及構(gòu)件上的預(yù)留螺母進(jìn)行連接。距離作業(yè)面300 mm位置處，按照位置線，慢慢移動構(gòu)件就位，等到構(gòu)件螺栓調(diào)節(jié)至穿墻孔洞位置處時，將定制U形水平咬合措施件套放在構(gòu)件上，用溜繩牽引構(gòu)件，使得螺栓插入墻板連接孔洞。

5.6 抗震柱設(shè)計和施工

抗震性能是裝配式建筑安全質(zhì)量的重要考量參數(shù)，通過設(shè)計減震柱，可使地震產(chǎn)生的能量全部被減震柱吸收掉，保護(hù)關(guān)鍵柱、梁不被破壞。施工過程中，除抗震設(shè)計施工外，還應(yīng)注意節(jié)點(diǎn)連接情況，這是保證結(jié)構(gòu)整體抗震性能的關(guān)鍵。結(jié)構(gòu)連接一般采取等效現(xiàn)澆連接和裝配式連接。等效現(xiàn)澆連接要求達(dá)到或超過現(xiàn)澆混凝土連接的抗震性能，常用的等效現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)包括后澆整體式和預(yù)應(yīng)力拼接式兩種；裝配式連接和現(xiàn)澆混凝土連接力學(xué)性能不同，常用的裝配式節(jié)點(diǎn)有焊接節(jié)點(diǎn)和螺栓連接節(jié)點(diǎn)。

5.7 現(xiàn)場安裝質(zhì)量檢查驗(yàn)收

裝配式結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件原材料、預(yù)制構(gòu)件安裝工程、注漿工程檢驗(yàn)批均按照每流水段為一個檢驗(yàn)批進(jìn)行檢驗(yàn)。

現(xiàn)場安裝質(zhì)量檢查重點(diǎn)檢查套筒連接灌漿，灌漿前應(yīng)在專職質(zhì)量員及現(xiàn)場監(jiān)理工程師的旁證下，模擬施工條件制作相應(yīng)數(shù)量的平行試件，進(jìn)行抗拉強(qiáng)度檢驗(yàn)，并經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行灌漿施工。灌漿操作全過程應(yīng)由專職質(zhì)量員及現(xiàn)場監(jiān)理工程師負(fù)責(zé)現(xiàn)場監(jiān)督，留存灌漿施工檢查記錄及影像資料。

6 裝配式建筑還應(yīng)注意和加強(qiáng)的工作

(1)廣泛宣傳裝配式建筑基本知識，提高社會認(rèn)知度，營造各方共同關(guān)注、支持裝配式建筑和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。還需加大政策支持，結(jié)合節(jié)能減排、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、科技創(chuàng)新、污染防治等方面政策，加大對裝配式建筑的支持力度和使用的優(yōu)惠政策，優(yōu)化物流配送管理，提高效率，降低成本。

(2)還需強(qiáng)化建筑材料標(biāo)準(zhǔn)、部品部件標(biāo)準(zhǔn)、工程標(biāo)準(zhǔn)之間的銜接，完善裝配式建筑防火抗震防災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)，建立健全裝配式建筑相關(guān)法律法規(guī)體系。修訂定額及計價依據(jù)，裝配式建筑評價標(biāo)準(zhǔn)和方法。逐步建立完善覆蓋設(shè)計、生產(chǎn)、施工和使用維護(hù)全過程的裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。

(3)創(chuàng)新裝配式建筑設(shè)計，統(tǒng)籌建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備、部品部件、裝配施工、裝飾裝修，推行裝配式建筑一體化集成設(shè)計。鼓勵創(chuàng)新施工組織方式，推行綠色施工，推廣綠色建材，提高綠色建材在裝配式建筑中的應(yīng)用比例。提升裝配施工水平，建立部品部件質(zhì)量驗(yàn)收機(jī)制，確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高部品部件的裝配施工連接質(zhì)量和建筑安全性能。

(4)組織科研人才隊(duì)伍，加強(qiáng)BIM技術(shù)應(yīng)用和信息管理，根據(jù)使用功能設(shè)計、優(yōu)化部品部件，簡化裝配式建筑構(gòu)件的安裝。攻克裝配式建筑構(gòu)件連接錨固技術(shù)難題，確保裝配式建筑防火抗震防災(zāi)技術(shù)安全可靠，通過有效的檢測手段，清除結(jié)構(gòu)安全隱患及構(gòu)件的連接、防水、保溫等方面的問題。

7 結(jié)束語

大力發(fā)展裝配式建筑是落實(shí)綠色、低碳、環(huán)保發(fā)展理念和推動建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級，建筑企業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑。要進(jìn)一步宣傳推廣應(yīng)用，規(guī)范市場，創(chuàng)新設(shè)計，攻克技術(shù)難關(guān)，讓廣大民眾住上節(jié)能環(huán)保、結(jié)構(gòu)安全、舒適滿意的住房。