全预制混凝土结构技术手册(1)
从1949年开始,中国工业体系一边倒,向前苏联学习。
我国的装配式建筑一开始也是学习前苏联技术,1959年首次在北京推广,1970年以后,在计划经济体制下,北京开发了大模板住宅。1976年唐山大地震后,北京又引进了南斯拉夫的预制建筑体系(基本还是属于社会主义阵营的技术),建造了很多大板楼。现在北京市仍然保存很多这种大板楼。
由于技术不成熟,这些大板楼漏水和抗震性能比较差,而且住宅不保温,唐山大地震时大板楼建筑倒塌严重。
因此在(19676年)改革开放之后,尤其是住房分配市场化之后,中国建筑界研发出一种高层现浇混凝土剪力墙住宅建筑体系,现在中国从南到北,从东到西,从北上广深到偏远小镇,所有的住宅几乎都是千篇一律,采用现浇混凝土剪力墙住宅建筑体系建造。
现浇混凝土剪力墙住宅建筑体系把中国建筑界(1976年)前30年在预制装配式建筑的研究努力和技术储备全部打回原点。
但是,全球范围内的预制预应力混凝土建筑研究并没有像中国建筑界这样停下脚步,而是大踏步地向前迈进。
也就是说,我们原来在预制预应力混凝土建筑领域就与别人差距很大。而我们又停止研究30年,别人仍然继续研究30年,那么我们与发达国家在预制预应力混凝土建筑领域的技术差距也就至少有60年以上。
2008年之前,我收集了大量钢结构、木结构、预制预应力混凝土建筑结构的技术资料。由于精力有限,以及当时预制预应力混凝土建筑的市场行情现状(10多年前,预制预应力混凝土建筑在中国基本没有任何市场),所以我只好把收集到的预制预应力混凝土建筑的所有技术资料束之高阁,放在深圳家中。
而是把所有精力放在了轻骨架(冷轧薄壁轻钢建筑、轻木建筑、SIP建筑等)建筑技术的研究和实践上。出版了8本专著,几十篇论文,以及数百万字的博客、微博,以及微信公众号文章,并在国内外实践并建造了几百栋冷轧薄壁轻钢建筑、轻木建筑、SIP建筑等。
2016年,党中央、国务院、全国人大共同发声,强力推进预制装配式建筑。
看似好像预制预应力混凝土建筑的春天来了?
但是,我却看到了一些非常不好的现象,而且似曾相识。在20世纪90年代中国建筑界发起的住宅产业化浪潮时,一些人就曾经玩弄过糊弄领导和老百姓的手法,例如各种偷换住宅产业化概念,现在又故伎重演。
官员、学者、专家们不是去钻研技术,而是玩弄起数字(装配率)游戏和偷换概念(把“等同现浇”和“全装修”与预制预应力混凝土建造技术混为一谈),糊弄领导和老百姓。
实际上,我们现在的预制预应力混凝土建筑技术是从“零”开始起步。而且是基础理论缺乏、实验方法缺乏、产业实践缺乏。而且还“闭关自守”,不思进取。
改革开放已经40多年,已经进入深水区,而且河上已经有桥,没有必要继续“摸着石头过河”,那会淹死人的。
发达国家已经在我们前面研究和实践预制预应力混凝土建筑60多年以上,已经在预制预应力建筑领域积累了无数的成功和失败的经验。
我们要充分利用这种“后发优势,弯道超车”。而不是“埋头苦干,从零开始”研发预应力混凝土建筑技术。
今后一段时间,我将逐渐把我多年来所收集的一些预制预应力混凝土建筑技术资料整理出来,供深圳和国内同行们参考。
全预制混凝土结构
技术手册
加拿大预制预应力混凝土协会
目录
一、全预制混凝土结构
二、长跨度停车库
三、住宅建筑
四、教育建筑
五、工业建筑
六、商业建筑
七、体育场馆和演出场馆
一、全预制混凝土结构
对于很多建筑项目来说,全预制混凝土建筑系统正在成为越来越流行的选择。把建筑学、结构预制、预应力混凝土部件结合起来建造整栋建筑。
可以采取多种设计方法,包括带有外挂板的预制柱和梁,或承重预制墙,以及双T板和空心楼板(SP板)。
建筑师:除了满足业主的目标,全预制混凝土系统还为建筑师提供了具体的优点,使得设计过程顺畅。
结构工程师:结构工程师认为学习采用预制混凝土结构进行设计并不困难。
承包商:普通承包商发现采用全预制混凝土部件使得他们在现场的工作更加容易,确保业主和设计师能够顺利完成短期项目和长期项目。采用预制建筑不需要过多的沟通协调。
(一)快速建造
采用全预制系统的开发商说,和钢结构比较,预制可以缩短项目周期6~8周,和现浇混凝土建造比较,则更加快速。在把一个新的建筑带进一个竞争激烈的市场,或在特别紧的时间内满足承租人居住需求,这种时间节省就显得特别重要。全预制系统的速度有助于保证项目进展顺利。
(二)进度优势
n在大量的建筑物中,预制合同可以实现一站式服务。
n在允许的情况下制造,或提前准备好预制件,可以节省时间,从而可以快速、有效、不受天气影响的建造。
n由于加拿大预制混凝土协会(CPCI)会员的工程部的帮助,设计预制系统就很容易了。
n冬天也可以竖立预制部件,时间进度可以安排的很紧凑。
n全预制系统可以让承包商快速建造起建筑围合,让内部装修承包商快速进场。
n因为预制部件不会燃烧,所以他们天然防火。对于钢结构,以及其他专业引起的后续维修来说,预制件内在的阻燃性避免了麻烦耗时的防火要求。
(三)美学多样性
预制混凝土板提供了广泛的风格。可以生产各种色彩、质感、外观的板,提供几乎无限范围的美学选择。预制板可以仿大理石、砖和石材,只需要很少的成本,就可以获得一个强有力的视觉冲击。
(四)高品质
加拿大预制混凝土协会(CPCI)会员根据加拿大标准协会(CSA)A23.4预制混凝土——材料和建造,提供预制混凝土部件认证。严格质量控制确保生产的部件均匀一致性生产。
(五)维修费用低
与采用其他材料的建筑相比,预制结构维修费用低。采用大板尺寸结构的建筑物,把节点数量减少到最低。
(六)有效定价
在预制建造过程中,能够较早的准确预计成本。在设计开发出现变更时,可以通过加拿大预制混凝土协会(CPCI)会员工程部更新的报价快速评估。承包商、业主和设计团队确保项目预算准确和可控。
(七)安全
预制结构保持现场干净,免除了建设区域交叉作业,改善了物流,提高了工人安全。通常不需要现场库存,由起重机直接从货车起吊预制部件进入建筑物预设位置。在建筑物上增加,或现有校园,以及在紧挨着商业中心的密集城市地区建造,整洁的现场特别至关重要,建造期间也可以保持正常的商业活动。
(八)内部设计灵活
长跨度预制混凝土系统有助于建筑物业主根据客户在未来的岁月中的需要进行改变。空心板(SP)和双T板跨度可达14~16米,配合典型的复合钢结构,与现浇系统相比,大大减少了内部钢柱数量。预制跨度可达21米,为改变内部布局提供了灵活性。增加很少的成本,预制就可以提供很高的承载能力。
(九)早期输入
加拿大预制混凝土协会(CPCI)会员可以提前提供精确的设计援助,帮助选择最有效的运输和竖立预制部件尺寸和形状,使得结构高效、成本最优。部件复制品减少了成本,并且有助于加快设计速度,保持设计灵活性。这些成本效率可以腾出更多的预算用于其他更加关键的设计领域。
(十)强化最终审批流程
预制者可以提供完成的样品,完整的样品,以及大规模的模型,确保设计概念变成现实。设计师可以检查窗户接口、节点连接,以及其它关键要素,确保外观可以接受,以及将来各工种之间的衔接。到工厂参观,讨论技术,审查外观,不需要没完没了的现场监理。
(十一)可持续设计
预制混凝土提供了许多好处,确保环境友好;能源和环境设计(LEED 加拿大)标准不断增长,非常流行。预制的能源效率、可再生能力、可重复使用,以及在预制工厂里和施工工地上最少的浪费,关键是满足了环境标准,从而赢得了客户信誉。
预制提供了一个对于建筑设计有价值的元素——热质量。预制有助于满足能源和环境设计(LEED 加拿大)标准,未来对设计师来说,热质量的好处将更加明显。
使用粉煤灰、矿渣,以及其它废材料,都有助于环境友好。预制的高耐久性产品建筑物具有的全寿命周期远远超过其他设计。
(十二)全天候施工
由于一年到头都可以预制生产和竖立,所以承包商可以按进度施工,不受坏天气影响,以减少了额外的“补助金”。
(十三)高效的安装
因为预制混凝土件是在环境受到控制的预制工厂里,采用高质量的材料预制的,所以设计非常精确地满足所需规格。减少了现场调节,以最小的付出产生平稳的安装过程。
(十四)所有都在一个组件里
全预制混凝土系统允许混合了多种材料和行业的建筑板承担结构功能。兼有建筑和结构功能的建筑板提供了有效的建筑物横向支撑系统。空心板(SP板)可以支撑楼面系统,并提供建筑外部修饰的窗户。预制的电梯井和楼梯核心筒可以支撑楼面系统,而且提供安全的防火围合。
(十五)综合制图
全预制混凝土系统确保一次采购全部芯/壳设计。加拿大预制混凝土协会(CPCI)会员可以设计和支持整个系统,提供全套图纸,让建造过程更加高效。当采用由不同的供应商来控制的混合系统时,需要协调各个专业,全预制混凝土系统就避免了这些麻烦。
(十六)形状和设计
定制生产预制/预应力部件,以匹配设计要求。在加拿大预制混凝土协会(CPCI)会员预制工厂里熟练的制造独特的形状、尺寸和特殊的技术要求。形状和尺寸的重复将大大提高使用预制部件的经济性。
(十七)预制结构部件
对于想在一个结构系统里获得完全开放的跨度、阻燃、节能和精美设计的业主和建造商来说,预制混凝土梁、柱和楼梯就是一个理想的解决方案。
预制梁既可以是带有单层柱的连续梁,也可以是带有多层柱的单跨度梁。采用标准形式可以加快制造进程。
在预制工厂里生产光滑品质的装修面既省钱,也让设计师在完工的建筑物里裸露结构(清水混凝土,译者注)。
(十八)Pc-3D
现在可以采用PC-3D软件建模全预制项目。该软件允许制造商、设计师和顾问快速开发和可视预制结构的许多方面。建造、方法、布局、详图、加固,以及安装过程都能够在模型里快速可视。生产单独预制件需要的图纸,以及安装布置图都可以由软件直接生成。
项目可以在BIM软件的虚拟世界里“预制建造”。几何形状、详图和节点都可以开发。设计问题也可以在制造和安装之前容易的识别和解决。潜在的项目困难也可以在模型里检查出来,并在出建造图之前解决掉。PC-3D模型自身可以排除掉可能出现的不正确连接、几何冲突,并为评估、生产和安装提供有用的信息数据库。
所有显示的连接都只能用于概念设计
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