《福建省预制装配式混凝土结构技术规程》编制情况的汇报分为4个部分:1.规程的编制情况;2.简要介绍全装配式框架工法;3.介绍新型建筑工业化的关键技术;4.对试点期间装配式结构体系选择的思考。
一、规程的编制情况
规程在编制中提出了受弯叠合构件水平叠合面受剪承载力计算方法,强调了消能减震、隔震技术、BIM技术在预制装配式混凝土结构中的应用;对预制装配式混凝土结构的检测检验要求进行了系统的梳理。消能减震、隔震技术、BIM技术等章节系首次列入在装配式结构规程。审查专家一致认为《规程》填补了福建省相关领域的空白,具有较好的可操作性,整体水平达到国内领先,同意通过对《规程》送审稿的审查。
编制的基本原则:充分反映我国近年来对装配式混凝土结构进行的各项科学研究和工程实践的最新成果;反映当前成熟的技术水平;努力向国际先进水平靠拢;与现行的相关国家标准和行业规程协调一致;对各项计算指标、设计和构造要求均从严;对尚需进行进一步研究的问题给出原则性的指导意见,定性不定量;与其他标准相关的内容,仅引用相关标准号,不抄录相关条款,以避免断章取义。
规程在设计概念上有以下进步:1.装配式混凝土结构强调等同现浇混凝土结构,计算简图与现浇混凝土结构基本相同;2.强调预制与现浇相结合,更注重装配式结构的整体性;3.在标准化的基础上,可以实现建筑的多样化,对建筑师的限制少;4.可适用于居住建筑和公共建筑;5.强调了部品的工业化。这些概念与我国上一代的国家标准JGJ1-91相比有较大的进步。
《规程》共16章和2个附录,主要技术内容包括:1.总则;2.术语和符号;3.基本规定;4.材料;5.建筑设计;6.结构设计基本规定;7.框架结构设计;8.剪力墙结构设计;9.预制外挂墙板设计;10.预制混凝土构件深化设计;11..BIM技术应用;12.构件制作与运输;13.施工;14.安全技术措施;15.检测检验;16.工程验收。涵盖了装配式结构的设计、施工、安装以及验收的全过程,可以用于指导试点期间福建省装配式建筑的工程实践。
本规程的特色如下:1.在第6章中重点强调隔振、消能减震技术在装配式的应用,将该技术单独编为一节,为国内首创;2.在第7章中引进台湾润泰集团的成熟技术,在工程实践的可操作性方面较行业标准JGJ1-2014有一定的进步;3.将BIM技术在装配式结构中的应用要点单独编为第11章,为国内首创;4.在第15章中将有关装配式结构的检测、检验进行了全面的梳理、汇总,单独编列一章,方便现场使用,为国内首创。
欧美发达国家的建筑工业化始于第二次世界大战后,在50-60年的技术发展过程中形成了各具特色的建筑工业化系统。从技术路线上,大体可以分为偏重于干式连接的欧洲体系和偏于湿式连接美日体系。 我国的建筑工业化方兴未艾,处于快速发展的初级阶段,如果能引进适合国情的先进体系,则可以大大加快我国建筑工业化的发展速度。我们在编制福建省地方标准时更要突出强调福建省的地域特点,在推荐的通用体系的选择上要充分考虑福建省的实际情况。
二、全装配框架工法的介绍
本规程推荐的通用装配式框架体系的技术来源是日本,台湾润泰集团在多年的工程实践中,结合预制生产工艺的技术发展进行了多项改进。采用该技术体系建造的建筑经受了日本和我国台湾地区多次地震的考验,实践表明具有良好的抗震性能。
预制装配整体式混凝土框架结构体系,采用预制柱,叠合梁、叠合板、预制楼梯等预制构件,柱纵向钢筋采用套筒式连接器连接,通过现场后浇钢筋混凝土,将预制构件及节点连成整体的结构体系。预制装配整体式混凝土框架工法可以分为工厂预制、现场吊装、现场后浇混凝土3个环节。将由钢筋混凝土材料组成的构件以类似钢结构的组装方式进行施工作业。
三、新型建筑工业化的关键技术
目前,我国的新型建筑工业化处于发展的初期,装配式结构的技术特点和优势还没有向社会大众进行充分的宣传和说明。社会上对于装配式结构还存在着很多的误解和顾虑,主要集中在以下几个方面:结构的安全性问题、结构的耐久性问题、建筑形式的多样性问题、装配式结构的成本控制问题。这些问题正是工程设计人员需要认真面对并加以解决的问题。
针对上述问题,本规程在编制时通过引入新型建筑工业化的5大关键技术来加以解决。
新型建筑工业化的5大关键技术是:强调结构的整体性、新型钢筋连接技术、高强材料的应用、BIM技术和消能减震技术。下面就逐一进行简要的介绍。
(一)整体性
对于装配式结构来说,整体性是确保结构安全的关键性能,我们现在推行的新型建筑工业化与之前的大板住宅完全不同。新型的装配式建筑强调“等同现浇”的概念。规程推荐的节点做法均经过了足尺对比试验加以验证。试验结果证明:按照规程规定的计算、构造要求建造的房屋性能略好于传统的现浇房屋。这个结论是经过实际的震害考验的。而且规程对于装配式结构的接缝处理特别予以强调,针对不同的部位采用不同的接缝处理措施,这些措施充分考虑了实际执行的可行性,又充分保证了接缝处的性能。
(二)新型钢筋连接技术
在钢筋连接方面,引进了在发达国家已经使用多年的钢筋套筒灌浆连接技术。这项技术的特点是可以在看不见钢筋的情况下将钢筋可靠的连接起来,而且性能特别稳定可靠。这项技术是1968年美国檀香山大学教授美籍华人余占疏博士发明的。这项技术在20世纪60年代末就应用于工程实践了,日本企业在1970年代引进该项技术并进行了改进。现在该项专利技术已经过了专利保护期,可以无偿的使用。
(三)隔震与消能减震
对于一般的抗震结构,为保证在遭受不可预见的强烈地震时,结构不致产生严重的破坏和倒塌,其抗震设计原则是允许结构中部分次要构件产生一定的塑性变形,利用主体结构的延性和塑性变形来耗散地震输入能量,防止结构倒塌。这种结构抗震理念和设计方法完全依靠结构构件自身的强度和塑性变形能力来抵抗地震作用,是所谓的“硬抗”地震的方法。
对于消能减震结构,采用的是减震控制的设计思想。通过附加的消能减震装置使得主结构承受的地震作用显著减小,从而达到控制结构地震反应,降低主结构损伤程度的目的。减震控制技术主要包括消能减震、隔震减震、质量调谐减震和主动控制减震。消能减震结构具有以下的特点和优势:(1)消能减震结构更为安全;(2)消能减震在某些情况下可能更经济且性能更优越。
消能减震结构在美、日等发达国家得到广泛的应用,并经受了高烈度地震的考验。大量的工程实践证明了消能减震技术路线的可靠性和先进性。消能构件均采用工厂化生产、现场安装的形式,与装配式结构在建造模式上完全契合;装配式结构在安装精度上的控制要求,使得消能构件的安装难度必然低于现浇结构。消能减震技术与混凝土预制装配式技术相结合的高层建筑体系,可以较好地满足我国当前的社会需求,有助于实现建筑产业现代化的目标。
(四)BIM技术
BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的信息化工具,通过参数模型整合项目的相关信息,在项目策划、勘察、设计、施工、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递,使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对,为设计团队以及各方建设主体提供协同工作的基础。BIM技术在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面可发挥重要作用。
新一代装配式建筑的技术路线强调设计与建造是一个系统工程,需要整体设计的思想。对于装配式结构,建设、设计、制作、施工各单位在方案阶段就需要进行协同工作,共同对建筑平面和立面根据标准化原则进行优化,对应用预制构件的技术可行性和经济性进行论证,共同进行整体策划,提出最佳方案。在设计的各个阶段,建筑、结构、设备、装修等各设计专业间也应更加密切地进行配合。
BIM技术的快速发展为新一代装配式结构的应用提供了必要的技术基础。BIM技术可以大大提升专业间、单位间的协同水平,减少差错,提高效率。BIM技术是建筑产业现代化的关键性技术。装配式建筑项目参与各方应正确理解BIM的技术特点和应用价值,提高BIM应用的技术水平。
(五)建筑多样性问题
装配式结构可以很好地适应建筑造型多样化的要求,悉尼歌剧院是全球知名的地标性建筑,美丽的贝壳形造型给大家留下了美好的印象。体育场馆建筑也是房屋建筑中建筑难度较大的一类,由于建筑功能的要求,使得看台需满足视线设计的要求,如采用现浇工法,模板的一次性摊销大,建造成本居高不下。日本的体育场馆绝大多数采用预制装配工法建造,很好地平衡了建造质量和造价。
四、对试点期间结构体系选择的思考
(一)对装配式剪力墙结构的思考
装配式结构在结构受力体系上与传统的现浇结构并无不同,也可以分为框架结构、剪力墙结构和框架剪力墙结构。装配式剪力墙结构在我国的其他省份也进行了多年的推广实践,建成了相当数量的工程,取得了不少的成绩。装配整体式剪力墙结构中,墙体间的接缝数量多且构造复杂,接缝的构造措施及施工质量对结构整体的抗震性能影响较大,使得装配整体式剪力墙结构抗震性能很难完全等同于现浇结构。如何可靠、经济地处理好装配式剪力墙的接缝,仍是一个需要继续研究的课题。世界各地对装配式剪力墙结构的研究相对较少。
我国近年来,对装配式剪力墙结构进行了大量的研究工作,但由于福建省内装配整体式剪力墙结构尚缺少实践经验,本规程对于该结构体系适用高度适当从严。
(二)对钢结构住宅的思考
钢结构具有材料强度高,自重轻等特点,是新型建筑工业化的重要组成部分。目前国内也有多个厂家进行了钢结构住宅系统的研发,例如长沙远大可建,浙江杭萧钢构等企业推出了自行研发的专用体系。
钢结构具有自身的技术特点:由于钢结构在高温条件下会发生软化,对于耐火性的要求与通常的混凝土结构有很大的差别;此外在室外或半室外条件下钢结构的耐久性也是很难保证的;钢结构对于建造人员的产业化要求也明显高过钢筋混凝土结构;由于钢结构材料用量少的特点,使得结构的冗余度较小,如果结构的耐久性和建造水平不能保持较高的水准,对建筑的安全性是很不利的。
建议在建筑工业化试点期间,对于钢结构住宅要采取“标准先行,稳步推进”的策略,避免一哄而上。
龙岩市建筑业协会摘录
2018年6月4日