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裝配式建筑簡介

裝配式建筑是以構(gòu)件工廠預制化生產(chǎn)，現(xiàn)場裝配式安裝為模式，以標準化設計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工，一體化裝修和信息化管理為特征，整合從研發(fā)設計、生產(chǎn)制造、現(xiàn)場裝配等各個業(yè)務領域，實現(xiàn)建筑產(chǎn)品節(jié)能、環(huán)保、全周期價值最大化的可持續(xù)發(fā)展的新型建筑生產(chǎn)方式。

裝配一詞最早使用于機械領域，指將零件按規(guī)定的技術(shù)要求組裝起來，并經(jīng)過調(diào)試、檢驗使之成為合格產(chǎn)品的過程。簡單地講就是把零部件組裝成一個整體的過程。

沿用到建筑領域，裝配式建筑可以簡單地理解為：把建筑的各個部分在現(xiàn)場進行直接組裝而成的建筑。一棟建筑，大到上海中心、哈利法塔，小到自家祖上傳下來的兩層小樓，其最基本的組成部件無非是：基礎、柱、梁、樓板、樓梯等幾個主要部分。要實現(xiàn)建筑各構(gòu)件的現(xiàn)場組裝，前提條件是這些構(gòu)件必須提前在工廠生產(chǎn)好，簡稱預制。所以很多時候，裝配式建筑又被稱作為預制建筑或者建筑工業(yè)化。

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?預制混凝土柱

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預制樓梯

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當然，一棟建筑遠不止這么簡單。梁、板、柱等只是建筑的結(jié)構(gòu)部分，相當于一個人的骨骼。一棟功能完整的建筑還離不開外圍護系統(tǒng)(皮膚);設備管線系統(tǒng)(血液)等等。所以裝配式建筑也并不僅僅涉及結(jié)構(gòu)的裝配，還涉及到其他相當多專業(yè)的裝配或者配合問題，是一個非常復雜而系統(tǒng)的工程。

裝配式建筑的歷史

建國初期，在前蘇聯(lián)幫助下，掀起了一個大規(guī)模工業(yè)化建設高潮。從前蘇聯(lián)搬、抄了單層工業(yè)廠房體系。該體系中的柱、吊車梁、人字形屋架和薄腹屋面梁、槽型屋面板、天溝板和槽，均采用預制生產(chǎn)，圍護結(jié)構(gòu)多為磚砌體。在這個年代構(gòu)件的預制生產(chǎn)大多是在工程現(xiàn)場，且多為非預應力構(gòu)件，技術(shù)水平不高，質(zhì)量也不穩(wěn)定。

1950s，新中國首次提出了建筑工業(yè)化的口號，當時建筑工業(yè)化的主要內(nèi)容就是指構(gòu)件的工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)過十年建設，我國國民經(jīng)濟不僅恢復、而且有了較大發(fā)展，也在此期間，我國在蘇聯(lián)幫助下，在清華大學、原南京工學院、同濟大學、天津大學和哈爾濱建筑工程學院等高等院校，專門設立了混凝土制品構(gòu)件本科專業(yè)。

1960s，工業(yè)建筑的主要構(gòu)件已是工廠化集中生產(chǎn)，構(gòu)件質(zhì)量明顯提高;特別是預應力技術(shù)在鋼筋混凝土預制構(gòu)件企業(yè)得到推廣應用，不但節(jié)省了原材料，還提高了構(gòu)件的性能。

1970s~1980s，國民經(jīng)濟的高速發(fā)展， 促成了我國裝配式鋼筋混凝土建筑、部分裝配式混合建筑和構(gòu)件預制生產(chǎn)，獲得空前的發(fā)展機遇，達到了行業(yè)一個輝煌的峰值。但在構(gòu)件類型和生產(chǎn)原理方面并沒有重大突破。值得一提的是：以高強鋼絲和鋼絞線為代表的高效預應力鋼材，在預應力混凝土構(gòu)件生產(chǎn)中開始得到推廣應用。

1990s,進入九十年代后，由于(部分)裝配式建筑自身有許多問題，主要可用“熱、裂、漏“來概括，和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，這些問題更顯突出。于是現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)幾乎全部替代了裝配式結(jié)構(gòu)。

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1959年,12層的北京民族飯店首次采用預制裝配式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

現(xiàn)階段裝配式技術(shù)相比之前取得了明顯的進步，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

設計概念的的進步

上世紀

一、認可接縫對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)剛度的影響，計算中有許多折減，強調(diào)全裝配，盡量減少現(xiàn)場濕作業(yè)

二、通過強調(diào)墻體的規(guī)則布置實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體性能，建筑的多樣化受到較大的限制，體型及立面單一化

三、僅適用于小開間的居住建筑，沒有強調(diào)部品的工業(yè)化

現(xiàn)階段

一、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)強調(diào)等同現(xiàn)澆混凝土，計算簡圖與現(xiàn)澆混凝土基本相同

二、強調(diào)預制與現(xiàn)澆相結(jié)合，更注重裝配式結(jié)構(gòu)的整體性能

三、在標準化的基礎上，通過合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，和飾面材料和質(zhì)感的變化，實現(xiàn)建筑的多樣化，對建筑師的限制較少。同時適用居住建筑和公共建筑，強調(diào)了部品的工業(yè)化

材料及施工機具的進步

上世紀

一、多層建筑采用少筋混凝土墻板 ，高層建筑采用鋼筋混凝土墻板

二、水平縫中受力鋼筋的豎向連接主要依靠預留銷鍵中的搭接焊

三、垂直縫中的水平鋼筋的連接主要依靠銷鍵和鋼筋錨環(huán)，僅接縫處有少量現(xiàn)澆混凝土，無邊緣構(gòu)件的要求

四、接縫的界面為光滑面

五、樓板采用全預制大板

現(xiàn)階段

一、全部要求采用鋼筋混凝土墻板

二、水平縫中受力鋼筋的豎向連接主要依靠灌漿套筒

三、垂直縫中的水平鋼筋的連接在采用銷鍵和鋼筋錨環(huán)的同時，根據(jù)抗震規(guī)范增加邊緣構(gòu)件的要求

四、接縫的界面為光滑面增加抗剪粗糙面的要求

五、樓板采用主要推薦采用帶有桁架鋼筋或砼肋的疊合樓板

實現(xiàn)設計技術(shù)和施工技術(shù)的進步

上世紀

手工業(yè)的設計技術(shù);

工廠生產(chǎn)線上手工業(yè)的操作方式;

吊車最大噸位數(shù)小;

用工人數(shù)5000人-20余萬平方米

現(xiàn)階段

BIM技術(shù)的引進

工廠生產(chǎn)線上機器手和電腦自動控制程序的引進

吊車最大噸位數(shù)2000T-m

用工人數(shù)100人-20余萬平方米

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保證工程質(zhì)量。傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工受限于工人素質(zhì)參差不齊，質(zhì)量事故時有發(fā)生。而裝配式建筑構(gòu)件在預制工廠生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中可對溫度、濕度等條件進行控制，構(gòu)件的質(zhì)量更容易得到保證。

降低安全隱患。傳統(tǒng)施工大部分是在露天作業(yè)、高空作業(yè)，存在極大的安全隱患。裝配式建筑的構(gòu)件運輸?shù)浆F(xiàn)場后，由專業(yè)安裝隊伍嚴格遵循流程進行裝配，大大提高了工程質(zhì)量并降低了安全隱患。

提高生產(chǎn)效率。裝配式建筑的構(gòu)件由預制工廠批量采用鋼模生產(chǎn)，減少腳手架和模板數(shù)量，因此生產(chǎn)成本相對較低，尤其是生產(chǎn)形式較復雜的構(gòu)件時，優(yōu)勢更為明顯; 同時省掉了相應的施工流程，大大提高了時間利用率。

降低人力成本。目前我國建筑行業(yè)勞動力不足、技術(shù)人員缺乏、工人整體年齡偏大、成本攀升，導致傳統(tǒng)施工方式難以為繼。裝配式建筑由于采用預制工廠施工，現(xiàn)場裝配施工，機械化程度高，減少現(xiàn)場施工及管理人員數(shù)量近10 倍。節(jié)省了可觀的人工費，提高了勞動生產(chǎn)率。

節(jié)能環(huán)保，減少污染。裝配式建筑循環(huán)經(jīng)濟特征顯著，由于采用的鋼模板可循環(huán)使用，節(jié)省了大量腳手架和模板作業(yè)，節(jié)約了木材資源。此外，由于構(gòu)件在工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場濕作業(yè)少，大大減少了噪音。

從結(jié)構(gòu)材料分類，裝配式建筑大體可以分為：裝配式混凝土體系(PC)、裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系、裝配式木結(jié)構(gòu)體系。

1.裝配式混凝土

常見的裝配式混凝土體系：

"外掛內(nèi)澆”PCF(預制裝配式外掛墻板)剪力墻體系

雙面疊合板式剪力墻體系

全裝配整體式剪力墻體系

裝配式框架-現(xiàn)澆剪力墻體系

全裝配整體式框架體系

提拔體系

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裝配式混凝土-雙面疊合板式剪力墻體系

裝配式混凝土-框架體系

裝配式混凝土-提拔體系

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2.裝配式鋼結(jié)構(gòu)

常見的裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系

鋼框架結(jié)構(gòu)體系

鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系

鋼框架-延性墻板結(jié)構(gòu)體系

交錯桁架結(jié)構(gòu)體系

門式剛架結(jié)構(gòu)體系

低層冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系

分層裝配式結(jié)構(gòu)體系

鋼管束結(jié)構(gòu)體系

其他新型結(jié)構(gòu)體系

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裝配式鋼結(jié)構(gòu)-框架體系裝配式鋼結(jié)構(gòu)-低層冷彎薄壁型體系裝配式鋼結(jié)構(gòu)-分層裝配式結(jié)構(gòu)體系

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3.裝配式木結(jié)構(gòu)

日本木結(jié)構(gòu)高層加拿大木結(jié)構(gòu)別墅江蘇園博會

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先期成本提高的瓶頸

初期建造成本提高，根本原因是企業(yè)還沒有完全掌握技術(shù)，沒有專業(yè)隊伍和熟練工人，沒有建立現(xiàn)代化企業(yè)管理模式，企業(yè)做好了這些準備，成本自然會降下來。

行業(yè)管理體制的瓶頸

工業(yè)化生產(chǎn)方式與現(xiàn)行的管理體制機制不相適應是發(fā)展的現(xiàn)實，設計、生產(chǎn)、施工、監(jiān)理等環(huán)節(jié)都發(fā)生移位，主體責任范圍都將發(fā)生變化。

建筑企業(yè)管理運行機制的瓶頸

傳統(tǒng)的企業(yè)運行管理模式根深蒂固，各自為戰(zhàn)、以包代管、層層分包的管理模式嚴重束縛了產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，必須要打破。

生產(chǎn)活動過程中利益鏈的瓶頸

傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式早已形成了固有的利益鏈，要在工程總承包(EPC)管理模式下，形成新的利益分配機制。

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裝配式混凝（PC）土建筑

目前裝配式混凝土建筑的建筑成本是高于傳統(tǒng)建筑，主要原因如下：

1.上下游供應商資源不足，未形成市場競爭

預制構(gòu)件及部品的生產(chǎn)商太少，生產(chǎn)能力也還不夠。

總承包企業(yè)往往不同時具備生產(chǎn)和裝配的能力。

有成熟經(jīng)驗和技術(shù)能力的施工單位寥寥無幾。

有PC建筑全過程(含深化)設計經(jīng)驗的設計單位很少。

配套連接件、臨時支撐、鋼筋套筒及灌漿料等供應商不足。

運輸設備、吊裝設備等專用配套設施的生產(chǎn)商不多。

具備質(zhì)量檢測和產(chǎn)品檢驗能力的機構(gòu)還沒有在全國建立。

2.設計標準化程度不高，未體現(xiàn)出規(guī)?；?/strong>

設計單位大多不熟悉模數(shù)化、標準化、工業(yè)化的設計方法。

設計尚不適應主體結(jié)構(gòu)、裝修和設備管線的裝配化集成技術(shù)。

設計模數(shù)化、標準化與建筑立面多樣化和美觀要求往往是沖突的。

主體設計單位對PC的制作、運輸、安裝等產(chǎn)業(yè)鏈了解程度低。

PC方案策劃及構(gòu)件深化未前置，導致后期構(gòu)件拆分及節(jié)點設計困難。

建設方習慣了傳統(tǒng)設計管理流程，“邊決策、邊設計、邊修改”使得PC深化和制作工作難以展開。

設計后期變更在模數(shù)化、標準化、一體化的設計中未嚴格控制。

3. 鋼筋及混凝土用量增加：

構(gòu)件拆分后拼接部位連接鋼筋和加強鋼筋增加。

夾芯保溫外頁墻增加了鋼筋及混凝土用量。

疊合板、疊合墻、預制梁、預制柱等尺寸大于現(xiàn)澆。

疊合樓板、疊合剪力墻的桁架筋增加用鋼量。

鋼筋連接及夾芯墻板的內(nèi)、外頁墻之間的連接件費用較高。

臨時支撐、運輸、吊裝、就位等增加了施工安裝費用。

定型鋼模板以及各種預埋件、吊環(huán)等增加了制作成本。

預制構(gòu)件或部品作為建筑產(chǎn)品，需要交納17%的增值稅。

裝配式混凝土建筑的成本分析

隨著產(chǎn)業(yè)化住宅量逐年提高，其建安成本將逐年下降。

預計未來2~3年可實現(xiàn)與傳統(tǒng)住宅建造成本持平。