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美国装配式建筑深度考察,这才是建筑产业化的 返回列表页>>
发布时间:2018-06-21
 

装配式建筑应用状况

 

 1.1 考察行程的选择

结合中国国情,为了解美国抗震地区的建筑工业化发展以及预制混凝土建筑技术应用,本次考察专门选择了环太平洋地震带的美国西部城市作为考察地。

考察行程: 洛杉矶、凤凰城、图森、萨克拉门托、旧金山

 1.2 装配式混凝土建筑——多层停车场

美国的多层立体停车场是预制混凝土结构应用最广泛的建筑类型。

停车场常采用干法连接的预制剪力墙-梁柱体系,由预制剪力墙承担全部的水平力,梁柱铰接形成的排架部分只承担竖向力。

竖向预制构件大多数情况一通到顶,有时也分层预制,然后在楼层标高采用螺栓连接戒灌浆套筒连接。

预制墙板的上下和左史均采用预埋件+后焊钢板连接,预制柱不预制梁普遍采用牛腿搁置的做法(铰接)。

预制双T板的搁置节点一般是采用牛腿搁置戒倒T梁搁置的做法(简支)。

干法连接的预制剪力墙-梁柱体系的停车场,常利用楼梯间交通核、分区隔墙和坡道侧墙的位置,布置抗侧力的预制剪力墙。

凤凰城机场航站楼的屋盖,采用了预制单T板实现大跨度。

南加州大学新校区教学办公楼,采用PC结构+预制装饰混凝土外墙板,其高品质的建筑外立面效果,依赖建筑设计+结构设计+工艺设计的紧密配合。

凤凰城的一栋采用全预制混凝土剪力墙结构+预制空心板+预制外墙板的多层酒店建筑。

设计通过横跨酒店两单元为一跨, 布置无次梁的预制预应力空心板。

预制空心板的拼缝外露,拼缝倒角后只在凹口内角打胶迚行了封缝处理。

 1.3 装配式高层住宅(公寓)建筑

在美国这样充分市场化竞争的国家,最终采用何种结构体系,取决于该体系在具体项目中的适应性和竞争力。

高层住宅中采用全预制混凝土结构的比例并不高,主要原因是在18层以上的高层建筑中,塔吊的吊装能力受限且吊装效率不高,采用预制混凝土体系缺乏市场竞争力。

 1.4 装配式木结构建筑

  • 住宅建筑

美国的木结构建筑的市场占比大约为2/3左史,在低多层住宅中是主流。

住宅部品构件的生产和建设已经进入专业化设计和标准化、模块化、通用化建造阶段,建立了非常完善的产业化装配建筑及其产品技术体系。

标准化体系由标准化户型模块及标准化交通核模块共同构成,以统一的建筑模数为基础,形成标准化的建筑模块,促进了专业化构配件的通用性和互换性。

  • 公共建筑

除在低层住宅中广泛应用外,木结构在公共建筑中也有所应用。

▲ 采用双向木桁架的停车场

▲ 采用木桁架屋顶的大卖场

 1.5 装配式钢结构建筑

钢结构建筑也是主要的建筑类型,在公共建筑和高层建筑中都有大量应用。

除了高层钢结构外,还有另外三种钢结构建筑形式,应用也比较广泛:

(1)轻钢结构建筑, 主要应用于低多层住宅;

(2)钢-混凝土混合结构建筑; 

(3)模块集成化钢结构建筑。

 1.6 现浇混凝土高层建筑

高层或超高层的办公、酒店或豪宅中,现浇混凝土板柱-剪力墙(戒核心筒)结构也是美国主要的结构体系之一。

在现浇的建造工艺中,爬架、工具式支架和模板、飞模、成型钢筋等工业化施工措施被广泛地应用。

 1.6 现浇混凝土高层建筑——飞模现浇

飞模可以借助塔吊从已浇筑完混凝土的楼板下吊运飞出转移到上层重复使用,适用于大开间、大柱网、大进深的现浇钢筋混凝土楼盖施工,尤其适用于现浇板柱结构(无柱帽)楼盖的施工。

 1.7 预制外墙板的应用

丰富变化的预制混凝土装饰外墙是美国建筑物的一大特色,预制混凝土外墙板除了在预制混凝土结构中应用外,在钢结构、现浇混凝土结构、钢-混凝土混合结构中,也都有广泛的应用。高层住宅中也普遍采用预制混凝土外墙板。

预制混凝土外墙板饰面可采用面砖、石材、彩色混凝土、清水混凝土、露骨料混凝土及图案混凝土等类型外墙板,为建筑师提供了耐久性好且灵活多发的外墙材质选择。

 1.8 PCI协会及其设计手册

PCI协会原名“预应力混凝土协会”,直到1989 年才正式改名为“预制预应力混凝土协会”。

PCI长期研究预制混凝土与推广装配式预制建筑,该协会以“PCI 技术标准”制定颁发的《PCI设计手册》 ,不仅在美国,而且整个国际上也是具有非常广泛的影响力。从1971年的第一版开始,《PCI设计手册》已经编制到第8版。

 

预制工厂的考察回顾

 2.1 洛杉矶CORESLAB预制工厂

占地面积:约255亩(从谷歌 Earth测量)

产品应用:产品主要用于停车楼、商场、体育场馆、超市、学校、研究机构、住宅、监狱、医院、教堂、避难所、酒店、养老院、工业厂房、基础设施等工程项目。

工厂概况: Coreslab预制构件厂英文全称是Coreslab Structures,成立于1975年,一直是美国和加拿大预制、预应力混凝土制品的主要生产商。它在北美拥有17个预制构件厂, 本次考察的是洛杉矶分厂,位于洛杉机东部偏南方位,距市中心约100公里。

 2.2 凤凰城TPAC预制工厂

占地面积:约270亩(从谷歌 Earth测量)

产品应用:产品主要用于监狱、学校、医院、住宅、工业厂房、军事基地、零售商场、停车楼、教堂、办公楼、特种结构、体育场馆、市政桥梁等工程项目。

工厂概况: TPAC预制构件厂的历史可追溯到1954年,成立之初是Superior Sand and Gravel Company的一个部门,后者于1961年已成为一个拥有强大预应力混凝土部门的联合材料企业。 2015年TPAC被EnCon United收购,工厂位于凤凰城西南角,距市中心不到10公里。

 2.3 萨克拉门托CTU预制工厂

占地面积:约74亩(从谷歌 Earth测量)

产品类型:预制建筑混凝土墙板、结构楼板、预制剪力墙、预制梁、预制柱、双T板、夹心俅温墙板。

产品应用:产品主要用于商场、超市、监狱、工业厂房、剧院、教育机构、医疗机构、住宅、酒店、仓库等工程。

工厂概况: CTU预制构件厂主要为加州、俄勒冈州和内华达州服务,为这些州提供高质量的预制、预应力混凝土产品。 CTU是PCI建筑和结构预制产品认证工厂,拥有设计、管理、生产和现场安装团队。它位于萨克拉门托北面,距市中心约60公里。

 2.4 长线法模台和定制钢模具

预制工厂室内100多米长线法固定模台,可生产大型预应力预制墙板(先张法)。

大型体育场馆的看台板,采用定制的大型固定钢模具进行生产。

室外150米的长线法固定模台,可生产大型预应力预制双T板(先张法)。

 2.5 工厂固定模台的生产场景

采用固定模台的生产方式,但管理有序、高效,单工日完成的混凝土方量可达到3~4立方米。

 2.6 室外150米预应力长线台

室外150米长的预应力长线台,可生产各种类型的预制预应力梁构件,张拉端可适应预应力筋布置。

 2.7 最主要的预制构件产品

采用预应力长线法台生产的预制双T板、 挤压成型的预应力空心板、固定模台生产的大型外墙板是美国各预制工厂最主要的产品。

 2.8 其他非标准预制构件产品

除了双T板、预应力空心板、预制外墙板等标准构件外,预制工厂也生产很多种非标准的产品。

 2.9 预制外墙装饰板

各种装饰面的预制外墙板,是各预制工厂的拳头产品,质量非常优良、附加值高。

 2.10 预制工厂的大型转运设备

美国预制工厂的构件普遍为大型构件(长、宽、重),构件的转运设备很有特点:专业、灵活、高效。

 2.11 预制工厂的工艺设计团队

每家预制工厂都具备有一支工艺设计团队,类似于国内的构件深化设计团队。

在项目设计阶段,工艺设计就会积极跟建筑师和结构工程师沟通生产工艺问题,也会为建筑师提供很多有建设性的专业意见,确保了设计的可实施性和高完成度,也确保了装配式建筑的高品质。

 2.12 预制工厂的配件、辅材和工具

预制工厂生产配套的预埋吊件、连接件、辅材、工具等都很成熟, 简单、 实用、高效。

 

考察后的思考与建议

 3.1 预制混凝土建筑的应用范围

美国的预制混凝土建筑主要应用在停车场、大型超市、体育馆、工业厂房、酒店、监狱等类型的公共建筑中,上述建筑类型有着共同的特征,即:体型规则、标准化、 模块化。

我国的住宅建筑大多为高层建筑,由于受传统现浇的设计定势以及市场个性化需求的制肘,建筑的标准化程度低, 导致预制构件种类繁多、奇形怪状。而且目前“等同现浇” 的技术体系,使得预制构件出筋较多, 工厂生产和现场施工的效率普遍不高。

预制混凝土外墙板由于其优越的耐久性、多样化的装饰效果以及集成化工艺技术(保温、装饰、围护、防水等), 在美国各类型的高层建筑中都得到广泛应用。

未来我国的预制装配式混凝土建筑,应该更多地关注其在公共建筑和工业建筑领域的应用。

 3.2 高层建筑的技术体系选择

美国作为高度市场化的国家,长期市场竞争表明:在18层以上的高层建筑受限于塔吊的吊装能力和机动性,采用预制装配式混凝土结构体系缺乏竞争力(综合反映了成本、工期、效率等方面的指标)。

钢结构、钢-混凝土混合结构、现浇混凝土结构已成为美国高层建筑的主流结构体系,高层钢结构和钢-混凝土混合结构中的水平构件常选用预应力空心板,高层现浇结构常结合飞模工艺采用现浇混凝土板柱-剪力墙(戒核心筒) 结构。

在高层混凝土建筑中采用预制装配率高的结构体系,增量成本和建造效率始终是绕不过去的一个坎,如果纯粹从技术经济性角度来看,美国的技术体系路线值得大家借鉴。

 3.3 标准化设计体系和标准体系

美国发展装配式建筑产业化,最可借鉴的经验应该是设计体系标准化。

装配式住宅相对于传统设计区别在于更加需要建立一套相对完整的标准化设计体系。美国装配式建筑大多数的标准化设计体系由标准化户型模块及标准化交通核模块共同构成,以统一的建筑模数为基础,形成标准化的建筑模块,促进专业化构配件的通用性和互换性。

美国尽管有些地方仍在自行制定规范,但大多数美国境内的州、市和县都选择采用相关机构制定的行业规范和技术标准。这些规范不标准还作为联邦地产在美国境外建造建筑时的依据,而世界上有很多国家也参考使用这些行业规范和技术标准: 

1) IBC技术标准;

2) ASTM技术标准;

3) ASCE技术标准; 

4) ACI技术标准; 

5) PCI 技术标准

 3.4 实用、高效的产业化道路

预制工厂占地面积大,一般为100~300亩之间,很大部分生产放在室外露天作业。

生产设备以大型固定模台为主,没有流水线生产设备,但150m先张法预应力长线台基本是标配。

构件尺寸都比较大,主要应用于公建戒工业建筑项目,配套有完整的吊机和运输设备。

生产的构件种类丰富,最通用的为:双T板、预应力空心板、外墙装饰保温一体化板。

环保标准一般, 但管理有序、高效,单工日完成的混凝土方量可达到3~4立方米。
 

工厂生产配套的预埋吊件、连接件、辅材、工具等都很成熟,简单实用。

 

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