装配式建筑体系及研究进展简介.pptx

装配式装配式建筑体系及研究进展简介建筑体系及研究进展简介 中国建筑科学研究院 建筑工业化研究中心 田春雨 李然 2017.2 内容内容 4 装配式建筑的相关政策 1 装配式建筑的发展历程和应用现状 2 装配式建筑的技术体系介绍 3 装配式结构体系研究进展 装配式混凝土结构建筑技术规范：建筑的结构系统、外围护系统、设备与管 线系统、内装系统的主要部分采用预制部品部件集成装配而成的建筑。 装配式建筑评价标准：装配式建筑是用预制构件、部品部件在工地装配而成 的建筑； 基本特征：设计标准化、生产工厂化、施工装配化、装修一体化、管理信息化 1.1 装配式建筑的定义和特征 结构体系 混凝土 钢结构 木结构 外围护体系 外墙、屋面、 外门窗及附属 物 设备管线系统 给排水、供暖 通风空调、电 气和智能化、 燃气等设备及 管线 内装系统 楼地面、墙 面、轻质隔 墙、吊顶、内 门窗、厨房、 卫生间和套内 设备管线等系 统 建筑物组成 44 发展历史：国内 20世纪50年代：开创（主要是前苏联技术） 20世纪6080年代：发展 20世纪90年代：低潮 21世纪10年代：恢复、发展、创新，形成技术体系和技术标准， 开展推广应用 1.1 我国装配式建筑发展历程 第 I 阶段 20世纪50年代 p 早在第一个五年计划中就提出 p 借鉴前苏联、东欧国家经验 p 推行标准化、工厂化、装配式施工的房屋建筑建造方式 p 1955年在北京东郊百子湾兴建北京第一建筑构件厂 5 1.1 我国装配式建筑发展历程 起步阶段起步阶段 第 II 阶段 20世纪60年代至80年代初 多种装配式建筑体系得到快速发展 原因： 1. 当时各类建筑标准不高、形式单一，容易采用标准化方式建造； 2. 房屋建筑抗震性能要求不高； 3. 总体建设量不大，预制构件厂供应可满足需求； 4. 木模板、支撑体系和建筑用钢筋短缺； 5. 施工企业用工采用固定制，预制装配可减少现场劳动力投入。 6 持续发展阶段持续发展阶段 1.1 我国装配式建筑发展历程 p装配式混凝土建筑发展停滞 7 低潮阶段低潮阶段 1.1 我国装配式建筑发展历程 唐山大地震中预制装配房屋破坏严重，结构整体性、抗震性差； 大板住宅建筑等出现渗漏、隔音差、保温差等使用性能方面问题。 我国建筑建设规模急剧增长；建筑设计出现个性化、多样化、复杂化 的特点； 房屋建筑抗震性能要求提高； 农民工大量进入城镇，劳动力成本低； 各类模板、脚手架的应用普及，商混普及，现浇施工技术大发展； 现浇结构相较装配式结构更适应这一时期国情 p现浇结构应用广泛 第 III 阶段 20世纪80年代末开始 88 劳动力成本上升，降低劳动强度，改善作业条件的需求 节能环保的要求：大幅度减少建筑垃圾，降低噪声污染，节约用水 技术逐步成熟，经济实力逐步增强 建筑功能和质量要求提高 1.1 我国装配式建筑发展历程 装配式结构逐渐符合现阶段国情 新发展阶段新发展阶段 第 阶段 2008年左右开始至今 1.2 国外装配式建筑发展及应用 西方发达国家的装配式混凝土结构建筑经过几十年甚至 上百年的时间，已经发展到了相对成熟、完善的阶段。日 本、美国、澳大利亚、欧洲等国家和地区按照各自的经济、 社会、工业化程度、自然条件等特点，选择了不同的道路和 方式。 建筑工业化起源于二战后欧洲 社会背景 - 战争损坏大量房屋，战后欧洲经济迅速发展, 人口向城市集中，房荒严重 - 劳动力不足, 传统技工特缺 - 传统的建筑施工效率很低, 不能适应当时所面临的房屋增长的迫切需要。 技术基础 - 工业的底子厚，战后恢复和发展都迅速 - 充裕的水泥、钢材和施工机械等，为建筑工业化的推行提供了更为有利的条件 - 英国莱茵建筑体系、瑞典的哥腾堡公寓建筑体系、法国的卡缪大板住宅建筑、 苏 联 的盒子结构建筑等。 1970年代欧洲住宅建筑工业化水平 - 东欧： 东德、匈牙利、捷克、前苏联等工业化水平达到50%-90% - 西欧： 英国、丹麦、荷兰、挪威、法国等工业化水平达到20%-40%。 1.2 国外装配式建筑发展及应用 u 装配式建筑的发展与社会经济、地理环境和科技水平相关 - 欧洲非地震区，低层和多层建筑为主，且工业化水平和科技水平较高，劳动力稀缺 ，因而德国、法国、丹麦等欧洲发达国家基本实现了高装配化建筑; - 日本地震烈度大，等同现浇为主，减震隔震技术先进; u 完备的装配式建筑产业链十分关键 - 英国和德国的全产业（供应）链管理 - 配套部品部件体系 u 政府的作用十分明显，政府采购中强制采用 - 新加坡组屋中强制推行装配式混凝土建筑 - 强制要求建筑模数化 u 选择适合的装配式建筑发展技术路线 - 法国、丹麦以装配式混凝土建筑为主; 英国走了钢结构建筑道路; 瑞典木结构为主 - 更多的国家选择多元化发展的道路 1.3 总结与启示 u 完善法律法规可促进装配式建筑发展 - 美国工业化住宅建设和安全标准为建材产品和部品部件产业发展奠定了基础 - 日本立法来保证混凝土构件的质量 u 技术基础和进步十分关键 - 基本建筑体系和关键技术 - 产业化技术工人 - 工业化部品部件生产质量水平 - 部品部件物流体系 - 质量管理和评价体系等 u 认证和评价制度可提升质量水平 - 日本BL优良部品认证制度 - 美国“节能之星”评价制度 - 加拿大CPI认证 1.3 总结与启示 内容内容 2 装配式建筑的技术体系介绍 4 装配式建筑的相关政策 1 装配式建筑的发展历程和应用现状 3 装配式结构体系研究进展 框架结构 剪力墙结构 框架-剪力墙 其他 框架-支撑结构 框架-核心筒 大板结构、箱式结构等 框架、框架-支撑、钢管束剪力墙结构 轻钢体系 新型模块式结构、板柱结构、交错桁架结构等 装配式混凝土结构 木（竹）结构 钢结构 装 配 式 结 构 体 系 2 装配式建筑的技术体系介绍 u按结构形式： 框架结构 框架支撑结构 剪力墙结构 框架-剪力墙结构 u按装配程度： 结构主体现浇，围护、楼梯等采用预制构件 部分竖向构件现浇剪力墙结构 结构主体全部装配 u按连接方式： 湿式连接及干式连接 强连接及弱连接 混合 2.1 装配式混凝土结构体系 装配式混凝土结构 湿连接（装配整体式 ） 干连接（全装配式） 按连接形式 （通过连接件将相邻构件的受力纵筋相连，在 连接处浇混凝土。为等同现浇形式。） （连接区通过焊接、螺栓、预应力或者栓钉连 接，不需要现浇混凝土。为非等同现浇形式。 ） 目前主要的研究和应用形式 ，等同现浇，JGJ1-2014 17 类型优缺点技术成熟度 工业化程 度 国内 应用 情况 适用 范围 装配整体式混凝 土框架结构预制梁、现浇柱框架结 构 设计同现浇结构，结构整体 性好，检验方便； 现场湿作业量大；施工速度 一般 成熟，有规范依据较低较少 多层 及中 高层 建筑 ；公 共建 筑 梁、柱预制，节点区后 浇混凝土连接 设计等同现浇，结构整体性 好； 后浇混凝土施工要求高，节 点施工难度大，钢筋连接检 验不便，施工速度一般 较成熟，有规范依据较高较少 世构体系 施工方便；检验方便，施 工速度较快 节点抗震性能略差 较成熟，有规范依据较高较少 预埋型钢等辅助连接的 框架结构体系 设计需专门研究 施工较快，成本略高 需要进一步研究，专 门技术规范编制中 较高较少 全装配式框架结构 施工很快，便于检验，成本 低 适用高度低，性能及设计方 法需要专门研究 尚需进行系统研究， 技术规范不完善 很高没有 低 层、 多层 建筑 ；公 共建 筑 装配整体式框架结构结合减、隔震技术 体系抗震性能好 尚需进行系统研究， 无专门技术规范 较高较少 高层 建筑 ；公 共建 筑 框架结构框架结构 1818 现浇剪力墙配预制围护墙体系 装配整体式剪力墙结构体系 叠合式剪力墙体系 多层剪力墙体系 剪力墙结构剪力墙结构 2.1 装配式混凝土结构体系 u 预制（叠合）板、预制（叠合）梁、预制外围护墙或外墙模、预制楼 梯、预制隔墙等构件 u 现浇剪力墙、柱等 核心仍是现浇剪力墙体系 注重外挂墙板的设计以及安装施工（线连接、点连接） 内浇外挂及内浇外挂及PCFPCF 剪力墙结构剪力墙结构 20 u套筒灌浆连接的预制剪力墙 u浆锚搭接连接的预制剪力墙 u底部预留后浇区的预制剪力墙 部分预制的套筒灌浆连接的 预制剪力墙 浆锚搭接连接的的预制剪 力墙 底部预留后浇区的预 制剪力墙 竖向钢筋在构件内连接 竖向钢筋在后浇区连接 剪力墙结构剪力墙结构 2.1 装配式混凝土结构体系 21 u浆锚搭接连接 剪力墙结构剪力墙结构 2.1 装配式混凝土结构体系 降低了套筒的使用数量，仅在 “预制腿”处应用套筒灌浆连接，降低了综合成本 在预制墙体内预留孔洞，由 顶端浇注混凝土，自上而下 的灌注产生了强大的压力确 保了后浇区内混凝土的密实 程度 底部预留后浇区的预制剪力墙 2.1 装配式混凝土结构体系 叠合板式预制剪力墙双板剪力墙 沿厚度方向分为三层，外层预制，中间层现浇。通过桁架钢筋连接。 但预制混凝土板及其内的钢筋网与上下层不相连接 强化现浇边缘构件，增加适用高度 适用于地下结构 宝业，元大、宇辉等 剪力墙结构剪力墙结构 2.1 装配式混凝土结构体系 多层剪力多层剪力墙体系墙体系 剪力墙结构剪力墙结构 2.1 装配式混凝土结构体系 剪力墙结构剪力墙结构 2.1 装配式混凝土结构体系 u预制框架-现浇剪力墙 u预制框架-现浇核心筒 u预制框架-预制剪力墙 南科大厦 框架框架- -剪力墙剪力墙 2.1 装配式混凝土结构体系 日本进行过类似研究并有大量 工程实践，但体系稍有不同，国 内基本处于空白状态，正在开展 研究。 钢筋桁架叠合楼板，可做单向、双向板，总板厚130mm 楼盖体系楼盖体系 2.1 装配式混凝土结构体系 清水面，带防滑条，栏杆预埋件，两端简支 预制楼梯预制楼梯 线支撑，物理性能好，内浇外挂体系，远大、万科南方用 外挂墙板外挂墙板 其他构配件其他构配件 2828 现有“等同现浇”结构体系的问题： 大量用湿式连接节点，现浇与装配混杂，效率低 节点构造复杂 施工安装质量差，连接有安全隐患 成本偏高 实际应用中的问题： 2.1 装配式混凝土结构体系 2929 适合我国工业化建筑的多元化、专业化技术体系； 加大相关应用基础研究：高强钢筋、大直径钢筋、大间距配筋设计技 术、高强约束箍筋技术、高强高性能混凝土结构应用技术（抗震、防火 ）、隔震和减震技术、结构抗震性能化设计技术； 一体化设计技术，标准化、通用化部品及接口； 信息化技术的应用 配套产品的研发； 适合的施工机具及相应施工工法；质量检测技术、检测设备、验收技 术研发； 标准的完善 思考思考2.1 装配式混凝土结构体系 p 多种建筑形式 应用广泛 n 大跨度公共建筑 n 高层建筑、超高层建筑的外框架 n 轻型门式刚架、钢结构排架等工业建筑 n 钢结构住宅 30 2.2 钢结构体系 轻型钢结构 普通钢框架 集装箱房 结构系统 钢框架支撑 钢管混凝土束剪力墙+框架 柱+楼盖模块 钢框架+混凝土核心筒 多层 高层 2.2 钢结构体系 特点 p 工业化程度高 p 施工周期短 p 轻质高强 尚存问题 p 建造成本略高 p 钢结构设计队伍稍薄弱 p 现场焊接作业量大 p 钢结构住宅中防火防腐，使用性能，集结构、保温与外饰面一体的外围 护结构体系研发尚未很好解决 32 2.2 钢结构体系 1）应用范围：地震多发地区 政府投资的学校、幼托、敬老院、园林景观等低层公建 2）多地试点工程 3）木结构建筑企业 4）科研成果 5）标准规范：木结构设计规范GB50005-2003、木结构工程施工 质量验收规范GB50206-2012、木结构试验方法标准GB/T 50329 -2012等 2.3 木结构 发展历史发展历史 木结构建筑可追溯至3500年前 发展现状发展现状 现代木结构： 1）梁柱式木结构 2）轻型木结构 3）节能木墙 技术体系技术体系 问题和瓶颈问题和瓶颈 2.3 木结构 1）认可度偏低 2）关键技术有待完善 3）多高层木结构标准规范相对滞后 4）手续办理困难 5）产业能力和基础薄弱 6）人才储备和培育机制不完善 发展思路与对策发展思路与对策 1）编制发展规划 2）开展关键技术研究 3）逐步完善标准规范 4）开展示范工程 5）研发木质新型墙体的应用 6）建立、完善木结构建设管理制度 7）加强木结构一线人员的能力建设 8）广泛宣传、消除误解 35 内容内容 4 装配式建筑的相关政策 2 装配式建筑的技术体系介绍 3 装配式结构体系研究进展 1 装配式建筑的发展历程和应用现状 n主持科技部十二五国家科技支撑计划项目“新型预制装配式混凝 土建筑技术研究与示范”， 负责其中 “装配式建筑混凝土框架结构 关键技术研究” “装配式框架-剪力墙结构设计方法研究”“安装施 工关键技术与规模化示范工程应用”课题。 n住建部质量司委托建研院课题：建筑产业现代化结构技术体系研 究。用于建设部领导参考的方向性研究。 n与万科、二十二冶等企业合作进行大量的开发性、研究性、验证 性试验。 n中国绿建委委托建研院课题：装配式混凝土结构设计关键技术研 究、预制装配式混凝土构配件生产制造中关键问题研究、装配式建筑 工程质量检验关键技术研究、建筑工业化综合技术经济分析研究，为 政府提供决策参考并引领行业发展。 3737 采用钢筋灌浆套筒连接构件受力性能试验 l钢筋灌浆套筒连接技术研究 灌浆套筒工艺及力学性能试验 行标钢筋套筒灌浆连接应用技术规程 行标装配式混凝土结构技术规程 3838 l钢筋混凝土结合面的剪切性能研究 24个试件 3939 叠合梁：跨中拼接、封闭组合箍 l装配式混凝土框架结构研究 预制柱：钢筋连接、柱底拼缝 叠合板：板端构造，设计方法 梁柱节点：钢筋连接锚固构造 新型配筋技术：配置高强、大直径、大间距钢筋的构件、节点、 整体结构性能研究 行标装配式混凝 土结构技术规程 经济性与施工便利性 4 0 l装配整体式剪力墙结构研究 三种类型试件共9组，27个 4141 l线支承式外挂墙板受力性能研究 42 创新抗震理论 新型连接节点 框架-BRB支撑、隔震框架体系 装配式框架剪力墙结构体系 多层装配式墙板体系 目标：提高建造效率，提高装配质量，降低综合成本 展望展望 内容内容 4 装配式建筑的相关政策 2 装配式建筑的技术体系介绍 3 装配式结构体系研究进展 1 装配式建筑的发展历程和应用现状 44 n国家政策 党的十八大报告提出坚定不移地走“新型工业化道路” 国家新型城镇化规划（2014-2020年）已明确提出“强力推进建筑工 业化” 绿色建筑行动方案（国办发20131号）也将“推动建筑工业化” 作为重点任务 2014-2015年节能减排低碳发展行动方案（国办发201423号） ，明确提出要“以住宅为重点，以建筑工业化为核心，加大对建筑部品生产 的扶持力度，推进建筑产业现代化” 4.1 政策支持 45 n行业政策建筑业发展“十二五”规划（建市201190号）中 提出“积极推动建筑工业化”、“提高建筑构配件的工业化制造水平；鼓 励建设工程制造、装配技术发展” 关于推进建筑业发展和改革的若干意见（建市201492号）， 明确提出了深化建筑业改革，要把“加快促进建筑产业现代化”作为转变 行业发展方式的首要目标 工程质量治理两年行动方案（建市2014130号）中提出从加强政 策引导、实施技术推动、强化监管保障三个方面大力推动建筑产业现代化 发展 4.1 政策支持 46 n中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作 的若干意见（2016年2月6日） 大力推广装配式建筑，减少建筑垃圾和扬尘污染，缩短建造工期，提升 工程质量 制定装配式建筑设计、施工和验收规范 加大政策支持力度，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑 的比例达到30% 积极稳妥推广钢结构建筑。在具备条件的地方，倡导发展现代木结构建 筑 4.1 政策支持 47 n2016年政府工作报告（2016年3月5日） 积极推广绿色建筑和建材，大力发展钢结构和装配式建筑 n国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要（2016年 3月17日） 发展适用、经济、绿色、美观建筑，提高建筑技术水平、 安全标准和工程质量，推广装配式建筑和钢结构建筑 4.1 政策支持 48 n国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见（ 国办发201671号，16年9月27日） 以京津冀、长三角、珠三角三大城市群为重点推进地区，常住人口超过 300万的其他城市为积极推进地区，其余城市为鼓励推进地区，因地制 宜发展装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等装配式建筑 力争用10年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到 30% 完善法律法规、技术标准和监管体系，推动形成一批设计、施工、部品 部件规模化生产企业，具有现代装配建造水平的工程总承包企业以及与 之相适应的专业化技能队伍 4.1 政策支持 4.1 政策支持 n建筑产业现代化发展纲要 到2020年， 装配式建筑占新建建筑的比例20%以上，直辖 市、计划单列市及省会城市30%以上，保障性安居工程采取 装配式建造的比例达到40%以上。 新开工全装修成品住宅 面积比率30%以上。直辖市、计划单列市及省会城市保障性 住房的全装修成品房面积比率达到50%以上。 到2025年，装配式建筑占新建建筑的比例 50%以上，保障 性安居工程采取装配式建造的比例达到60%以上。全面普及 成品住宅，新开工全装修成品住宅面积比率50%以上，保障 性住房的全装修成品房面积比率达到70%以上。 50 2010年以来，住建部共发布 19 项政策文件，12 部工程建设国家标准 引导建筑工业化发展 据不完全统计 27 省级行政单位 发布了 113 项地方政策文 件 30 项地方标准 4.1 政策支持 51 强制推广：商品房挂钩土地出让，政府投资强制 鼓励推广：奖励（资金补贴，容积率3%，保障房政府承担增 量成本，提前预售，税费优惠，信贷优先，分段验收，评优等 ） 装配式建筑产业用地优惠政策 全装修：鼓励全装修 一体化：设计、生产、施工、运维一体化，建筑 结构装修机 电一体化 信息化：BIM全过程 EPC：总包管理模式 n政策小结 52 n政策小结 政策鼓励多针对装配式商品房住宅。上海实施最好 目前发展装配式混凝土结构住宅的经济效益主要来自于各 地的优惠政策，直接补贴或者容积率奖励 鼓励政策多为对开发商的鼓励和补助（重庆有对构件厂的 补助），对其他业务环节补助很少，各方积极性调动不够 53 n科技支持 “十三五”绿色建筑与建筑工业化重点研发项目 1.基础数据系统和理论方法 2.规划设计方法与模式 3.建筑节能与室内环境保障 4. 绿色建材 5. 绿色高性能生态结构体系 6. 建筑工业化 7. 建筑信息化 54 n装配式混凝土结构国家标准 类