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裝配式建筑=混凝土結構?

   在很多建筑和房地產企業已經認同了裝配式建筑的發展前景和理念,但仍然需要面對發展方向和技術路線的選擇,是選擇鋼結構、混凝土結構還是木結構?

  在起步過程中,即使是建立了構件廠(飯館)、招聘了設計人員(服務員)、有了專業的研發和生產人員(廚師),也難免依賴傳統施工“輕技術、少管理”的“以包代管”經營管理模式,雖然具有熟練的中餐手藝,卻不知道該如何做出西餐。

  再加上裝配式建筑具有“技術前移、管理前置”的特點,需要把技術和管理進行融合,在習慣了傳統建筑產業鏈上下游相互割裂的情況下,各地眾多的企業陷入了“路徑選擇”的困境。本文將討論如何選擇發展道路問題。

  用鋼結構、混凝土結構、木結構都可以實現裝配式建筑,但不同的結構建成的房屋技術性能差異很大,為了滿足正常的使用功能,不同的裝配式建筑在結構、圍護、保溫、防水、水電配套等方面有很大的區別,不但“質量、進度、成本”的目標存在差別,而且所適合的市場發展方向也不同,因此,企業在進行建筑工業化轉型時,必須選擇適應市場應用方向的技術體系,建立新的經營管理模式。

  由于裝配式混凝土結構的原材料來源豐富,可以廣泛適用于工業和民用建筑,用混凝土制成的預制框架、預制剪力墻、預制排架三種結構形式,能夠滿足多層和高層的住宅、公寓、辦公、學校、醫院項目需求,甚至可以與鋼結構、木結構形成混合結構,逐漸成為了國內建筑工業化的主流市場發展方向,從全國的裝配式建筑發展情況看,新建預制構件廠的增速已經遠超過鋼結構和木結構。

  不同的裝配式混凝土結構體系的受力特點不同,框架結構、剪力墻結構、排架結構的裝配化生產施工方法差別很大。

  一般PC框架結構適用于公建性質的公寓、酒店、寫字樓等大開間的多高層建筑,生產施工的技術難度較大;PC剪力墻結構僅適用于小開間的高層住宅和低多層的大開間建筑,施工難度不大;PC排架結構(或鉸接連接的梁柱)一般適用于大空間廠房或多層公共建筑,施工簡單,但技術要求很高。根據項目需要,可以在同一個建筑中綜合運用PC剪力墻、PC框架、PC排架,也可以與現澆混凝土相結合。

  近十年來,國內新增加的大型混凝土預制構件廠超過200家,雖然每家的生產工藝、施工方法存在一定的差異,在《裝配式混凝土結構技術規程》JGJ1-2014發布后,裝配式混凝土建筑發展很快,其中,采用灌漿套筒剪力墻技術和面向住宅市場的企業超過70%,而面向公建和廠房的相對較少,在不同的生產工藝和施工方法面前,很多企業面臨著選擇,本文出發點主要是針對需要向裝配式混凝土結構方向轉型的企業提出一些個人看法和建議。

  鋼結構普遍以裝配式施工為主,在單層工業廠房、高層及超高層寫字樓和酒店中已經普及應用,在國內住宅領域中的發展也很快,只要解決好防火防銹以及內外墻板的保溫、隔音、防水性能。由于鋼結構工廠化生產、裝配化施工的固有特性,具有機械化程度高、尺寸精度好、容易裝配連接的優點,施工速度快、安裝質量好,惟一缺點是造價較高。隨著與混凝土結合成“組合結構”以及“混合結構”的應用研究,將進一步提高經濟性,發展前景會更加廣闊。鋼結構的設計、生產、施工連接技術相對成熟,一般的企業只需要掌握市場應用的方法,技術和管理難度相對來說并不算大。

  木結構建筑是利用天然材料制作的裝配式建筑,也是歷史最悠久的建筑形式之一,但由于木材一般為單向纖維,中國古代就有“橫頂千斤豎頂萬”的說法,木材縱橫向力學性能差異較大,再加上我國近代木材資源不足,制約了木結構的發展。隨著現代科技的發展,復合木材技術很好地解決了兩向力學同性問題,在一些現代建筑中得到了較好的應用,為裝配式木結構建筑打開了很好的思路,只要解決好防火防潮以及防蟲蛀問題,再加上加拿大和俄羅斯大量的木材資源不斷地國際化,相信在國內的應用發展也會上升到一個新高度。

  面對以上幾種裝配式建筑和不同的結構形式,到底孰優孰劣、應該誰輕誰重,需要如何發展?

  在各地政府、科研院所、專家學者和企業中產生了很大的爭議,甚至造成了裝配式混凝土、裝配式鋼結構、輕鋼木結構房屋三個市場領域相互質疑的局面。這與南北方的米飯面食之爭、山西河南的面條和饅頭之爭相似,現在還要加入舶來的西餐和麥當勞、肯德基等油炸快餐食品,市場局面非常復雜,在“眾口難調”的社會背景下,如果要滿足所有人的口味,除非每家餐館都做滿漢全席,這顯然是不現實的,正是市場的多樣性滿足了人們的不同需求。

  同理,到底哪種建筑形式和結構體系才是最好的?

  可以肯定的是“存在就有它的道理”。面對中國建筑市場之大,需求的多樣性,要想用一種模式或一種技術體系來壟斷市場,也是絕無可能的,從全社會角度,應該充分發揮各個企業的資源優勢,把每一種建筑形式都發展起來,分別滿足不同的建筑市場需求。

  在短期內,面對國內混凝土結構房屋需求量大的現狀,由于裝配式混凝土建筑適應面廣,其市場風險相對較小,因此,對于國內預制構件廠出現了爆發式增長的現象就不難理解了。

  即使是這樣,由于裝配式混凝土建筑的技術種類也是最多和最復雜的,在實現手段上還會有很大的差異,各個企業的做法大相徑庭,例如:是預制的多一點還是少一點(預制的程度不同)?是采用普通混凝土(RC)還是預應力混凝土(PC)?是采用預制混凝土的框架結構還是剪力墻結構?構件節點是采用干連接還是濕連接?鋼筋連接技術是采用灌漿套筒還是間接搭接?外墻掛板是采用先安裝法還是后安裝法?框架外墻掛板是點式連接還是線形連接?預制外墻要不要做夾心三明治?是引進技術和管理還是自主研發?這些問題經常在PC界引起大討論。

  這些技術路線的差異對于基建投資、生產安裝效率、造價成本、房屋性能的影響都比較大。不同的技術路線對于企業自身的技術能力要求也不同。

  根據大工業的特點,一旦投資完成就基本轉型,或者再次轉型會有較大的代價、得不償失。回望國內新建的預制構件廠,投資效益差異很大。因此對于裝配式混凝土結構的技術路線選擇都是企業投資前應該關心的問題。

  總體來說,每一種結構形式都有它的市場適應范圍,都有很好的市場價值,投資者應該充分考慮當地市場需求、投資能力、技術水平、未來前景等因素,進行綜合評估,選擇合理的技術路線和發展方向,以充分保證企業經濟效益和社會效益為出發點,因地制宜、因企而異,以立足長遠的心態來規劃和打算,不斷地沉淀技術和人才以增強市場競爭力,做出自身的特色,才能贏得市場。

  同時也應該看到,我國的裝配式建筑重新起步才10年的時間,還處于技術發展和市場應用不成熟的階段(不是指某項技術不可靠,而是應用經驗不成熟),不宜照搬照抄,一窩蜂式地“同質化競爭”可能導致市場災難,最終會給社會、企業和個人都帶來巨大的損失。

  混凝土結構的發展無外乎在預制和現澆兩個方向,對于現澆結構來說,鋼筋預先成型和商品混凝土配送已經成熟,主要應該發展新型的快裝早拆式模架,方便現場施工并節省人工措施,例如定型設計的大鋼模、鋁合金組合模板、支撐系統和提升室外架都是不錯的技術,以及國外的免模板現澆技術也是非常好的工法,值得消化吸收后推廣應用。

  預制混凝土則可以細分成“普通預制混凝土結構”和“預制預應力混凝土結構”。普通預制混凝土構件所組成的裝配式建筑和傳統現澆的混凝土建筑在受力性能和材料消耗方面相差不大,一般采用預制構件和局部現澆的手段連接成整體,無外乎采用普通鋼筋和普通混凝土制作成預制的梁、板、墻、柱、樓梯、陽臺,主要運用于住宅建設。

  從全國范圍的實踐來看,比傳統現澆能夠縮短20%的建設周期,但建安成本會增加10% ~ 20%左右,雖然預制的比例和生產工藝、安裝工法略有差別,但由于普遍預制率不高導致現場人工節約較少,再加上構件廠的投資巨大,經濟效益優勢都并不明顯,主要靠各地的鼓勵扶持政策贏得一些間接的效益,同質化競爭比較嚴重,這是目前國內的主流情況,還有很大的改進空間。

  預制預應力構件則有著本質的不同,它一般采用高強鋼筋和高強混凝土制作,由于預應力的存在減少了混凝土裂縫,使相同尺寸的構件比普通混凝土構件具有更好的剛度和承載力,因此可以使用較小的截面和更大的尺寸,從而節約材料用量,進一步減輕建筑自重,現場施工時可以節省大量的施工措施,目前已經在一些工廠、物流、商業項目中得到應用,建安成本可以與傳統相較持平,甚至更低,被證明具有較好的經濟性,但是由于國內裝配式建筑剛剛起步,掌握預制預應力技術的企業相對較少,目前的應用還并不多,在發達國家則比較普及。

  假設把普通預制混凝土比作一個酒瓶,預制預應力就好像是在瓶中裝滿了酒,會具有更高的價值,例如預制預應力空心樓板、預制預應力疊合樓板、預制預應力梁、預制預應力雙T板、預制預應力剪力墻等等,可以廣泛運用于公建、廠房、商場、辦公樓、酒店、停車庫、住宅、醫院、學校等建筑,并且可以和鋼結構組成混合結構,以干式施工為主,節約大量的模板和腳手架,施工速度更快、所用的人工更少,具有良好的經濟性與推廣價值,非常值得好好研究和系統學習,筆者相信預制預應力混凝土結構必將是國內下一階段的主要發展方向。

  在施工工法方面,總結國內外的經驗得到一個不爭的事實:在同樣多混凝土方量的前提下,預制構件的件數越少,施工速度越快、建造成本就越低。

  因此需要系統地研究如何把構件尺寸做大,才能真正降低工程成本,這需要預應力技術、大噸位吊車才能實現,更需要掌握預制預應力技術的設計、生產、施工人員做支撐,同時需要對構件之間的連接技術進行簡化,就可以大大節約材料和人工。目前國內裝配式混凝土建筑與傳統現澆相比,普遍存在構件尺寸小、布置很零碎,不但現澆的人員沒有減少,還加大了塔吊、增加了吊裝班組和一些特殊工器具,因此不具有良好的經濟性。

  除了建設過程的建安成本,我們還應該關注建筑的長期使用成本,在保證質量、安全、成本、進度的前提下,積極關注建筑的使用能耗和維護成本,從國外情況看,外墻的節能是非常重要的,我國對外墻的節能墻改工作也非常重視。

  在裝配式混凝土建筑領域,夾心三明治保溫墻板被公認為長期效益最好的技術,目前在我國已經開始普及,除廣東省外,各地的裝配式建筑普遍采用了夾心三明治保溫外墻,取得了一定的效果。需要強調的是,我國城市建筑普遍以高層建筑為主,相對國外的多層建筑來說,外墻質量缺陷和耐久性更加重要,否則維護代價會更高,因此《裝配式混凝土結構技術規程》JGJ1-2014只推薦了能夠釋放溫度應力的非組合夾心三明治外墻,對于組合受力的夾心三明治外墻需要慎重使用。

  筆者經常說“核心技術+ 市場資本+ 現代管理= 先進生產力”,先進生產力就是盈利能力,能力的培養需要時間和成本,必須要付出合理的代價,建筑業的轉型升級尤其困難,應該要有充分的思想認識和準備(一個人轉身容易,一個企業轉型很難),簡單抄襲難以形成核心競爭力,不斷地學習和提高才是長遠發展之道,照搬照抄看似起步最快,殊不知“智商稅”才是企業轉型最大的代價。

來源:上海思偉軟件

中國裝配式建筑產業聯盟——專家智囊團

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