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美國裝配式建筑對于我國建筑產業化的發展方向的啟示
來源: | 作者:pmocd0f9a | 發布時間: 2018-06-27 | 652 次瀏覽 | 分享到:
裝配式建筑應用狀況


 1.1 美國裝配式混凝土建筑——多層停車場


美國的多層立體停車場是預制混凝土結構應用最廣泛的建筑類型。



停車場常采用干法連接的預制剪力墻-梁柱體系,由預制剪力墻承擔全部的水平力,梁柱鉸接形成的排架部分只承擔豎向力。



豎向預制構件大多數情況一通到頂,有時也分層預制,然后在樓層標高采用螺栓連接戒灌漿套筒連接。



預制墻板的上下和左史均采用預埋件+后焊鋼板連接,預制柱不預制梁普遍采用牛腿擱置的做法(鉸接)。



預制雙T板的擱置節點一般是采用牛腿擱置戒倒T梁擱置的做法(簡支)。



干法連接的預制剪力墻-梁柱體系的停車場,常利用樓梯間交通核、分區隔墻和坡道側墻的位置,布置抗側力的預制剪力墻。



鳳凰城機場航站樓的屋蓋,采用了預制單T板實現大跨度。



南加州大學新校區教學辦公樓,采用PC結構+預制裝飾混凝土外墻板,其高品質的建筑外立面效果,依賴建筑設計+結構設計+工藝設計的緊密配合。



鳳凰城的一棟采用全預制混凝土剪力墻結構+預制空心板+預制外墻板的多層酒店建筑。


設計通過橫跨酒店兩單元為一跨, 布置無次梁的預制預應力空心板。


預制空心板的拼縫外露,拼縫倒角后只在凹口內角打膠迚行了封縫處理。



 1.2 裝配式高層住宅(公寓)建筑


在美國這樣充分市場化競爭的國家,
最終采用何種結構體系,取決于該體系在具體項目中的適應性和競爭力。


高層住宅中采用全預制混凝土結構的比例并不高,主要原因是在18層以上的高層建筑中,塔吊的吊裝能力受限且吊裝效率不高,采用預制混凝土體系缺乏市場競爭力。



 1.3 裝配式木結構建筑


  • 住宅建筑


美國的木結構建筑的市場占比大約為2/3左史,在低多層住宅中是主流。



住宅部品構件的生產和建設已經進入專業化設計和標準化、模塊化、通用化建造階段,建立了非常完善的產業化裝配建筑及其產品技術體系。



標準化體系由標準化戶型模塊及標準化交通核模塊共同構成,以統一的建筑模數為基礎,形成標準化的建筑模塊,促進了專業化構配件的通用性和互換性。


  • 公共建筑


除在低層住宅中廣泛應用外,木結構在公共建筑中也有所應用。


▲ 采用雙向木桁架的停車場


▲ 采用木桁架屋頂的大賣場


 1.4 裝配式鋼結構建筑


鋼結構建筑也是主要的建筑類型,在公共建筑和高層建筑中都有大量應用。



除了高層鋼結構外,還有另外三種鋼結構建筑形式,應用也比較廣泛:

(1)輕鋼結構建筑, 主要應用于低多層住宅;

(2)鋼-混凝土混合結構建筑; 

(3)模塊集成化鋼結構建筑。


 1.5 現澆混凝土高層建筑


高層或超高層的辦公、酒店或豪宅中,現澆混凝土板柱-剪力墻(戒核心筒)結構也是美國主要的結構體系之一。


在現澆的建造工藝中,爬架、工具式支架和模板、飛模、成型鋼筋等工業化施工措施被廣泛地應用。



 1.5 現澆混凝土高層建筑——飛模現澆


飛模可以借助塔吊從已澆筑完混凝土的樓板下吊運飛出轉移到上層重復使用,適用于大開間、大柱網、大進深的現澆鋼筋混凝土樓蓋施工,尤其適用于現澆板柱結構(無柱帽)樓蓋的施工。



 1.6 預制外墻板的應用


豐富變化的預制混凝土裝飾外墻是美國建筑物的一大特色,預制混凝土外墻板除了在預制混凝土結構中應用外,在鋼結構、現澆混凝土結構、鋼-混凝土混合結構中,也都有廣泛的應用。高層住宅中也普遍采用預制混凝土外墻板。


預制混凝土外墻板飾面可采用面磚、石材、彩色混凝土、清水混凝土、露骨料混凝土及圖案混凝土等類型外墻板,為建筑師提供了耐久性好且靈活多發的外墻材質選擇。



 1.7 PCI協會及其設計手冊


PCI協會原名“預應力混凝土協會”,直到1989 年才正式改名為“預制預應力混凝土協會”。


PCI長期研究預制混凝土與推廣裝配式預制建筑,該協會以“PCI 技術標準”制定頒發的《PCI設計手冊》 ,不僅在美國,而且整個國際上也是具有非常廣泛的影響力。從1971年的第一版開始,《PCI設計手冊》已經編制到第8版。


預制工廠

 1.8 洛杉磯CORESLAB預制工廠



占地面積:約255畝(從Google Earth測量)


產品應用:產品主要用于停車樓、商場、體育場館、超市、學校、研究機構、住宅、監獄、醫院、教堂、避難所、酒店、養老院、工業廠房、基礎設施等工程項目。


工廠簡介: Coreslab預制構件廠英文全稱是Coreslab Structures,成立于1975年,一直是美國和加拿大預制、預應力混凝土制品的主要生產商。它在北美擁有17個預制構件廠, 本次考察的是洛杉磯分廠,位于洛杉機東部偏南方位,距市中心約100公里。


 1.9 鳳凰城TPAC預制工廠



占地面積:約270畝(從Google Earth測量)


產品應用:產品主要用于監獄、學校、醫院、住宅、工業廠房、軍事基地、零售商場、停車樓、教堂、辦公樓、特種結構、體育場館、市政橋梁等工程項目。


工廠簡介: TPAC預制構件廠的歷史可追溯到1954年,成立之初是Superior Sand and Gravel Company的一個部門,后者于1961年已成為一個擁有強大預應力混凝土部門的聯合材料公司。 2015年TPAC被EnCon United收購,工廠位于鳳凰城西南角,距市中心不到10公里。


 2.0 薩克拉門托CTU預制工廠



占地面積:約74畝(從Google Earth測量)


產品類型:預制建筑混凝土墻板、結構樓板、預制剪力墻、預制梁、預制柱、雙T板、夾心俅溫墻板。


產品應用:產品主要用于商場、超市、監獄、工業廠房、劇院、教育機構、醫療機構、住宅、酒店、倉庫等工程。


工廠簡介: CTU預制構件廠主要為加州、俄勒岡州和內華達州服務,為這些州提供高質量的預制、預應力混凝土產品。 CTU是PCI建筑和結構預制產品認證工廠,擁有設計、管理、生產和現場安裝團隊。它位于薩克拉門托北面,距市中心約60公里。


 2.1 長線法模臺和定制鋼模具


預制工廠室內100多米長線法固定模臺,可生產大型預應力預制墻板(先張法)。


大型體育場館的看臺板,采用定制的大型固定鋼模具進行生產。


室外150米的長線法固定模臺,可生產大型預應力預制雙T板(先張法)。



 2.2 工廠固定模臺的生產場景


采用固定模臺的生產方式,但管理有序、高效,單工日完成的混凝土方量可達到3~4立方米。



 2.3 室外150米預應力長線臺


室外150米長的預應力長線臺,可生產各種類型的預制預應力梁構件,張拉端可適應預應力筋布置。



 2.4 最主要的預制構件產品


采用預應力長線法臺生產的預制雙T板、 擠壓成型的預應力空心板、固定模臺生產的大型外墻板是美國各預制工廠最主要的產品。



 2.5 其他非標準預制構件產品


除了雙T板、預應力空心板、預制外墻板等標準構件外,預制工廠也生產很多種非標準的產品。



 2.6 預制外墻裝飾板


各種裝飾面的預制外墻板,是各預制工廠的拳頭產品,質量非常優良、附加值高。



 2.7 預制工廠的大型轉運設備


美國預制工廠的構件普遍為大型構件(長、寬、重),構件的轉運設備很有特點:專業、靈活、高效。



 2.8 預制工廠的工藝設計團隊


每家預制工廠都具備有一支工藝設計團隊,類似于國內的構件深化設計團隊。


在項目設計階段,工藝設計就會積極跟建筑師和結構工程師溝通生產工藝問題,也會為建筑師提供很多有建設性的專業意見,確保了設計的可實施性和高完成度,也確保了裝配式建筑的高品質。


 2.9 預制工廠的配件、輔材和工具


預制工廠生產配套的預埋吊件、連接件、輔材、工具等都很成熟, 簡單、 實用、高效。


思考與建議

 2.10 預制混凝土建筑的應用范圍


美國的預制混凝土建筑主要應用在停車場、大型超市、體育館、工業廠房、酒店、監獄等類型的公共建筑中,上述建筑類型有著共同的特征,即:體型規則、標準化、 模塊化。


我國的住宅建筑大多為高層建筑,由于受傳統現澆的設計定勢以及市場個性化需求的制肘,建筑的標準化程度低, 導致預制構件種類繁多、奇形怪狀。而且目前“等同現澆” 的技術體系,使得預制構件出筋較多, 工廠生產和現場施工的效率普遍不高。


預制混凝土外墻板由于其優越的耐久性、多樣化的裝飾效果以及集成化工藝技術(保溫、裝飾、圍護、防水等), 在美國各類型的高層建筑中都得到廣泛應用。


未來我國的預制裝配式混凝土建筑,應該更多地關注其在公共建筑和工業建筑領域的應用。


 2.11 高層建筑的技術體系選擇


美國作為高度市場化的國家,長期市場競爭表明:在18層以上的高層建筑受限于塔吊的吊裝能力和機動性,采用預制裝配式混凝土結構體系缺乏競爭力(綜合反映了成本、工期、效率等方面的指標)。


鋼結構、鋼-混凝土混合結構、現澆混凝土結構已成為美國高層建筑的主流結構體系,高層鋼結構和鋼-混凝土混合結構中的水平構件常選用預應力空心板,高層現澆結構常結合飛模工藝采用現澆混凝土板柱-剪力墻(戒核心筒) 結構。


在高層混凝土建筑中采用預制裝配率高的結構體系,增量成本和建造效率始終是繞不過去的一個坎,如果純粹從技術經濟性角度來看,美國的技術體系路線值得我們借鑒。


 2.12 標準化設計體系和標準體系


美國發展裝配式建筑產業化,最可借鑒的經驗應該是設計體系標準化。


裝配式住宅相對于傳統設計區別在于更加需要建立一套相對完整的標準化設計體系。美國裝配式建筑大多數的標準化設計體系由標準化戶型模塊及標準化交通核模塊共同構成,以統一的建筑模數為基礎,形成標準化的建筑模塊,促進專業化構配件的通用性和互換性。


美國盡管有些地方仍在自行制定規范,但大多數美國境內的州、市和縣都選擇采用相關機構制定的行業規范和技術標準。這些規范不標準還作為聯邦地產在美國境外建造建筑時的依據,而世界上有很多國家也參考使用這些行業規范和技術標準: 

1) IBC技術標準;

2) ASTM技術標準;

3) ASCE技術標準; 

4) ACI技術標準; 

5) PCI 技術標準


 2.13 實用、高效的產業化道路

預制工廠占地面積大,一般為100~300畝之間,很大部分生產放在室外露天作業。

生產設備以大型固定模臺為主,沒有流水線生產設備,但150m先張法預應力長線臺基本是標配。


構件尺寸都比較大,主要應用于公建戒工業建筑項目,配套有完整的吊機和運輸設備。

生產的構件種類豐富,最通用的為:雙T板、預應力空心板、外墻裝飾保溫一體化板。

環保標準一般, 但管理有序、高效,單工日完成的混凝土方量可達到3~4立方米。


工廠生產配套的預埋吊件、連接件、輔材、工具等都很成熟,簡單實用。


來源:工程建設標準與實踐


 
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