2016年以来, 中央到地方都加大了发展装配式建筑的政策支持力度。自2016年2月6日中共中央国务院印发《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》, 到3月17日国务院发布《国家“十三五”纲要》, 再到9月27日国务院办公厅印发《关于大力发展装配式建筑的指导意见》, 一系列政策不仅在顶层设计上提出了“力争用10年左右时间, 使装配式建筑占新建建筑比例达到30%”的目标, 还明确了发展装配式建筑的重点区域和重点任务, 标志着我国装配式建筑将进入规模化、产业化的大发展阶段。

2016年11月19日, 全国装配式建筑工作现场会在上海召开, 住房和城乡建设部党组书记、部长陈政高号召全行业牢固树立政治意识、大局意识、核心意识、看齐意识, 把装配式建筑抓到底。

形势充分表明:全国范围内一场大力推进建筑业供给侧结构性改革的装配式建筑发展高潮已全面掀开。

在迎来装配式建筑规模化发展的当前, 迫切需要突破困扰装配式建筑发展的技术瓶颈。国家“十三五”重点研发计划针对装配式建筑设置了系统化的研究目标和任务。拟通过一体化的研发和实施, 解决目前阻碍装配式建筑产业化发展中的技术难题。

没有形成设计-加工-装配一体化的技术体系, 导致目前装配式建筑成本较高、效率较低。通过对已建的不同预制装配式若干工程的分析比较, 还存在成本增量等问题, 导致市场接受程度较差, 一定程度上阻碍了装配式建筑的规模化发展。

通过结构设计创新, 实现结构±0.000以上即可预制, 有利于建立以“预制装配”为主的技术体系。

1) 剪力墙结构体系底部加强部位剪力墙通过一定的技术措施, 可采用预制混凝土构件: (1) 结构布置与标准层一致, 水平、竖向结构布置均匀、连续并具有良好的整体性, 高宽比不大于GB/T51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》 (未实施) 第5.1.3条的规定; (2) 合理控制构件轴压比, 适度提高底层构件受剪承载力, 全部墙肢两端为构造边缘构件; (3) 结构±0.000嵌固部位墙肢边缘构件竖向连接钢筋的截面面积不小于计算或构造要求的1.2倍。

2) 框架结构首层柱可通过技术措施实现首层柱即可预制: (1) 框架柱钢筋连接部位应避开底部塑性铰区, 或纵向钢筋连接面积≤50%; (2) 首层柱底部连接钢筋面积不小于柱纵筋面积的1.2倍。

3) 还需要进一步创新, 实现地下室、楼梯间、电梯间、核心筒部位采用预制装配设计。

4) 创新装配式建筑与减隔震技术的结合, 提高装配式建筑的抗震性能, 简化结构连接节点, 便于装配, 提高效率。

5) 还需要进一步突破“等同现浇”设计理念, 创新以“预制装配”为核心的装配式建筑设计理论。

通过节点连接设计创新, 实现装配式建筑的现场高效安装。

1) 双皮墙连接工厂预制2片板叠合, 2片墙之间内芯预留后浇混凝土区域。其主要优点是上下层剪力墙现浇连接, 内外墙板与内芯整体受力;预制部分代替了部分模板。但现场仍需浇筑大量混凝土, 湿作业较多。

2) 环形筋连接剪力墙上下端部预留环筋, 连接时, 环筋相互扣合, 纵向穿筋, 后浇混凝土。其主要优点为施工进度快、施工成本降低。

3) 组合节点设计柱为钢筋混凝土柱, 梁采用钢梁的混合框架结构, 梁、柱节点现浇混凝土。其优点是节点连接便捷, 且竖向构件采用钢筋混凝土结构, 提高结构整体的抗侧刚度;水平构件采用钢梁, 可减小自重, 实现大跨度。

4) 双T板连接节点通过连接件与梁、柱连接;柱设置牛腿。其优点是无后浇作业, 安装速度快;采用简支梁, 梁钢筋无外露, 广泛用于停车场等跨度大的建筑。

5) 单排筋连接连接钢筋由双排优化设计为1排, 并根据设计规定, 增大钢筋直径, 便于钢筋的连接, 提高装配效率。

通过构造设计创新实现装配式建筑的防水渗漏。

1) 外墙板的连接节点设计目前, 使用较为广泛的是点支撑连接形式和线支撑连接形式2种。点支撑连接形式:是目前外挂墙板与主体结构连接的主要支撑方式, 它们与主体结构的连接节点可分为承重节点和非承重节点2类。外挂墙板与主体结构的连接节点应采用预埋件, 不得采用后锚固的方法。其特点为: (1) 外挂墙板点式连接, 传力明确, 外挂墙板刚度清晰, 结构分析清楚明确; (2) 安装工法一致, 安装简易方便; (3) 生产及埋件的精度要求较高, 外墙板接缝处需特殊处理, 生产成本较高; (4) 外墙板后于主体结构施工, 安装埋件较多, 施工精度要求较高。线支撑连接形式:预制外挂墙板和主体结构的一种湿式连接方式。通常是一个横侧边预留钢筋沿接线缝均匀布置, 锚入梁或板构件现浇混凝土层, 另一横侧边为自由悬臂或设置调节连接铁件与相邻板连接, 两侧竖边均为自由悬臂。其优点主要有: (1) 埋件多位于梁侧, 不占用空间, 建筑处理方便, 且数量较少, 可降低成本; (2) 外挂式墙板结构刚度贡献清晰; (3) 限位角铁需要特殊处理, 暂无国标图集, 不易标准化; (4) 外挂墙板接缝处需特殊处理。

2) 预制墙板拼缝构造连接设计为保证接缝的防水性, 水平和垂直接缝处宜采用企口设计, 预制混凝土外挂墙板的接缝处防水应采用不少于1道材料防水和构造防水相结合的做法。针对装配式钢结构建筑, 外围护挂板材料与钢结构主体材料由于材质不同, 热胀冷缩导致易渗漏难题, 可采用嵌入式构造设计, 解决装配式钢结构建筑易渗漏难题。

工厂生产是装配式建筑建造过程中的关键环节, 针对建筑业本身特有的固性, 工厂生产的自动化程度偏低, 还存在很多人工手工作业, 劳动强度大, 生产效率低, 需要研发应用装配式建筑制造关键技术。

1) 研发形成与预制结构体系相适宜的工厂生产工艺布局技术基于结构构件设计体系, 结合构件产品制造工艺特点和生产方式, 对设备布置、操作工位、通道设置、空间设置等进行系统性规划布局, 提高生产工效。

2) 研发预制混凝土构件钢筋骨架自动组合成型技术基于预制混凝土墙板构件钢筋骨架中钢筋间距、弯折形状、组合形式等标准化设计参数, 研究钢筋骨架的下料、弯折、定位、焊接成型自动化工艺技术, 研制钢筋骨架的自动组合成套技术。

3) 研发形成预制混凝土构件相配套的模具设计及安装固定技术遵循少规格、多组合的设计原则, 研发与构件相配套的标准化模具, 实现易搬运、易精准组装、固定和易拆解, 复合振捣过程中不变形、不漏浆;研究与生产线相配套的模具高效清理、回传、存储系统。提高效率、减少人工和工装摊销成本。

4) 研发预制混凝土钢筋骨架与模具的自动化组装技术通过专用自动化机械设备, 根据生产工序要求, 实现模具、钢筋骨架的自动精准定位、自动传送、自动组装、自动固定, 突破工艺生产的瓶颈限制, 大幅节省人工, 提高效率。

5) 研发形成智能化精准布料技术和低噪声、高效振捣技术基于复杂预制构件信息参数, 研究预制构件布料的位置、料量的精准控制技术;研究混凝土预制构件低噪声、高效多维振动成型技术。

6) 研究工厂生产设备、工装系统联动的生产技术研发集成预制混凝土构件工业化生产设备, 实现整体生产线的智能化系统联动, 形成预制混凝土构件工业化生产关键技术体系。

目前, 现场装配还未建立起以装配为主的施工工法, 装配式建筑的优势还难以发挥, 装配效率、资源节约、劳动强度降低等环节还需要进一步研发。

1) 研发形成以“装配”为核心的标准化装配工序工法研发确定构件吊装、支撑、定位、固定连接、安装等系列工序的标准化作业方法和作业时间。建立周期性标准化工序工法。

2) 研发形成建筑、结构、机电、装修全专业协同的系统装配技术基于全专业的协同深化设计, 在主体施工基础上, 结合构件精细化预留预埋, 按照干法作业原则, 进行部品部件的模块化集成装配。

3) 研发形成装配式建筑结构构件相匹配的系统化、工具化、标准化、专业化的吊装、堆放、安放、支撑、防护等系列工装。

4) 研发形成装配式建筑全过程质量控制技术, 包括原材料、构件检测、关键连接部位质量检测与控制、施工验收。

预制构件生产中原材料、模具组装、施工工艺、养护等全过程质量控制技术;模具拼装质量控制技术, 构件产品质量分析与检测、控制技术;构件运输过程中的成品保护和质量控制技术;结构关键部位施工质量控制成套技术, 主要包括预制构件接头部位与现浇混凝土结合界面、各类密封防水材料与预制构件结合面的施工质量缺陷评估、控制技术。

装配式建筑是一项集成性、系统性工程, 迫切需要研发形成一体化集成性技术, 支撑装配式建筑一体化发展。

1) 加强构件标准化、模数化设计, 并进行配套模具的标准化、模数化设计, 提高构件规模化制造。

2) 构件配筋设计统一规格, 结合工厂钢筋加工设备特点和功能, 优化钢筋构造设计, 便于工厂机械化加工制造。

3) 预制构件配筋设计宜采用大直径、大间距的配筋方式, 便于现场构件的快速连接和不同构件节点钢筋的协同不碰撞。

4) 预制叠合板通过加强措施, 进行不出筋设计, 提高制造效率和现场安装效率。

5) 采用钢筋墩头锚固设计技术, 缩短节点区钢筋锚固长度, 无需钢筋弯折, 简化节点区钢筋工艺处理, 提高安装效率。

6) 构件设计要结合建筑、机电、内装不同专业的协同, 精细化设计构件洞口和预留预埋, 实现建筑、结构、机电、内装的协同一体化生产和集成化协同安装。

7) 结合构件翻转、运输、吊装、支撑、安装不同工况, 构件生产模台大小、设备功能、生产工艺等, 构件吊装、安装设备工装及工法, 按照技术协同标准, 研发形成一体化的设计-加工-装配技术体系。

8) 基于BIM的装配式建筑设计-加工-装配全过程信息化管理建立信息共享平台, 利于设计、加工、装配、运维的信息交互和共享, 避免重复建模、信息二次录入和传导、降低工作效率、规避信息传导失真等问题, 实现设计-加工-装配一体化协同控制。

装配式建筑是一项系统性很强的创新产业, 技术进步和创新是其发展的根本和关键, 唯有通过技术的不断进步和创新, 建立并完善装配式建筑、结构、机电、装饰全专业的设计-加工-装配一体化技术体系, 才能推进装配式建筑的产业化发展。