当前住宅主体结构PC体系优劣分析与建议.docx

当前住宅主体结构 pc 体系优劣分析与建议 advantages & disadvantages analysis and suggestion on the pc system of present residences main structure 李 杰 li jie【摘 要】通过国内住宅建筑设计目前有代表性的 12 种不同类型的预制 pc 结构体系及发达国家和地区住宅产业化结构 4 种体系逐一介绍，特别是对外墙主体结 构进行了剖析，指出推广住宅结构产业化的难点，并对今后住宅产业化探索方向 提出了建议。 【关键词】 住宅产业化 ； p c ； 预制结构 ； 新技术 ； 建议 【abstract】 difficulties in promoting industrialization of residence structure industri- alization are pointed out by respectively introducing present prefabricated pc structure system of 12 representative varieties in design of domestic residential building as well as4 systems of residence industrialization structure in developed countries and regions, especially by analyzing main structure of outer wall, and suggestion is made for explora- tion of residence industrialization in future.【keywords】residence industrialization, pc, prefabricated structure, new technologies,suggestion（主要是预制结构技术及其集成），二是成本问题。 近几年来， 随着市场人工费猛涨 （木工已达 300 元 / 天，超过白领）、绿 色环保要求高等因素，不少有远见的企业（含房地产开发、施工企业、构件公司、设 计院、科研单位等）对住宅产业化进行了 技术探索和研究，取得了一定的进展。本 文囊括性地对国内外住宅产业化结构体系 主要体系进行剖析，分析未能推广的原 因，供同行们参考。1 概述我国五六十年代及七八十年代均大批运用过预制钢筋混凝土 pc（prefabricated concrete）建筑技术，但由于抗震及渗漏两大问题未彻底解决， 被迫下马。1999 年国务院颁发关于推 进住宅产业现代化提高住宅质量的若干 意见（国办发199972 号文），鼓励 进行住宅产业化，但至今效果不显著。我 国虽然多年来一直是世界第一大建筑市 场，但建筑生产仍是“放下锄头，拿起砌 刀”的粗放型模式，是典型的“三高一低”（高投入、高能耗、高污染、低效率）的 制造方式，与国际先进产业化技术相差 甚远。住宅产业化pc技术未能推广主要原 因仍是二大障碍未冲破：一是技术问题2 国内住宅结构外墙结构产业化 pc 技术体系分析2.1 先安装后现浇的框架内浇外挂 pc 体系外墙预制 pc 外墙板，pc 板上部与 现浇 rc（reinforcement concrete） 梁、两侧边与现浇 rc 柱锚固（图 1 、李杰，上海万科房地产有限公司高级工程师，注册一级建造师，注册造价师。 24住宅科技 /2012.04图 1 先安装后现浇框架内浇外挂 pc 体系构造图 2 先安装后现浇框架内浇外挂 pc 体系施工图 3 先现浇后挂板的框架内浇外挂 pc 体系图 4 先现浇后挂板的框架内浇外挂 pc 体系施工图 5 叠合剪力墙构造图 6 叠合剪力墙施工图 7 参与主体结构承重的剪力 pcf墙体系住宅产业化2 ），pc 下边悬空，户内梁、柱、楼板均为现浇，pc 不参与主体结构承重设 计计算。该结构施工工期为 56d/ 层， pc 板重 26t/ 块不等，厚度为 150180mm，宽为 6006 500mm/ 块，高 为 2 950mm 左右（层高 20 板厚）。 户内做内保温（一般为聚苯板 eps/ xps）。现浇主体结构全部完成后，再在外墙后挂 pc 板，基本同 2.1 体系，极似后 挂玻璃幕墙板。后挂 pc 板下方与楼板之 间为后浇混凝土（图 3），pc 上部用角铁 与主体结构相连（图 4）。外墙预制可达100%，整层楼预制率可达为 70以上， 内保温体系。不参与主体承重，造成大楼 含钢量增加 60。pc 不参与主体承重设 计计算。不参与主体承重，存在浪费，为“产业化而产业化”之嫌。整楼含钢量增加 约 10，缩小室内空间 30mm 左右。成 本增加较多，客户性价比不高。2.4 参与主体结构承重的剪力pc f墙体系基本同 2.3 体系，但 8085 厚 pcf 中有 30 厚参与主体结构承重设计计算（图 7 ），此 pcf 外墙厚度：85 厚 pcf （含面砖）+170 厚 rc +55 厚 eps 内保 温 +12 厚石膏板 =322(图 8)。传统结构体系缺点：同 2.1，且占用空间大，pc 板拼缝内的防水难处理。2.3 不参与主体结构承重的剪力墙pc f体 系剪力墙外墙分为二部分，朝外部分 为预制 pcf（prefbricated concrete form），朝内部分为现浇，叠合组成剪力 墙（图 5），pcf 仅起到外墙模板作用（图6），外墙厚度为：85 厚 pcf+200 厚现浇 rc+55 厚 eps 内保温 +12 厚石膏板 =352。 外墙可实现 pcf/pc 率 100，整层预制 率 40%55。pcf 不参与主体承重设计 计算。一般做聚苯板内保温。成本增加400550 元 /m2。pcf 板大小同上，适 应剪力墙体系。体系缺点：不适应框架体系，pcf 此结构适应框架体系， 利用现浇 柱、梁把 pc 板锚固好，连接节点均为 现浇。可实现外墙 100预制，整层预 制率可达 30% 45 ，成本增量为380500 元 /m2。 体系缺点：框架体系室内存在柱、梁，不符合客户需求。该 pc 不适应高 层剪力墙结构体系。若 18 层高层为框 架，则柱子大小达 900 1 000 左右， 占室内空间很大。造价高，客户性价比不 高。2.2 先现浇后挂板的框架内浇外挂 pc 体系2012.04/住宅科技25图 8 参与主体结构承重的剪力 pcf墙体系施工图 9 非主体承重的外墙夹心保温 pc 体系图 11 套筒连接型外墙夹心保温 pc 体系图 10 非主体承重的外墙夹心保温 pc 体系构造图 12 套筒连接型外墙夹心保温 pc 体系仅有一排灌浆套筒连接钢筋住宅产业化和 2.1 近似，但把外墙 pc 板中间加一层保温层（一般为 xps 板）( 图 9 ）， 外墙基本构造为(图 10)：内侧 200 厚 pc 板 +3090 厚保温材料（一般为 xps 板）+60 厚 pcf 板，内与外板通过玻璃纤维 增强塑料rfp(fiber reinforced plastics) 连接件连接。pc 板不参与主体承重设计 计算。边缘构件（暗柱）为现浇。费 用增加 400800 元 /m2。为：180200 厚钢混凝土（参与主体承重）+3090 厚夹心保温 60 厚外叶钢 混凝土板，内外板通过rfp连接。承重pc 墙体上、下连接为套筒半注浆模式（套筒 上半截在工厂预制 pc 板时与钢筋螺纹连 接完毕，套筒下半截现场吊装后再灌浆。 为减少套筒上下眼对准的操作难题，剪力 墙内钢筋传统为 2 排竖向钢筋减少为 1 排，增大钢筋大小，预制剪力墙内仅为一 排灌浆套筒连接钢筋（图 12）。外墙预制 率可达90（暗柱现浇），成本增加500700 元 /m 2 。 体系缺点：施工难度较大，承重受力外墙厚度：20 厚内粉刷 +200 厚 rc+25厚外墙粉刷 +55 厚外保温 +10 厚面砖=320 ，故外墙占用空间仅相差 2mm ， 厚度几乎无差别。此体系剪力墙 rc 部 位竖向钢筋由双向，减为竖向 1 排钢 筋，比不承重 pcf 体系节约钢筋 10。 成本增加 350400 元 /m2。体系缺点：80 厚 pcf 仅有 30 厚参与 承重，不是 100%，且严重依赖 rc 剪力 墙。比不承重的pcf 有改进，但改进不十 分突出。 2.5 非主体承重的外墙夹心保温 pc 体系体系缺点：实际传力路径不清晰，内外连接件存在局部冷桥现象且造价高。 外侧 pcf 仅为一块保护板，损失室内空 间约 50 厚。若外墙渗漏，处理难度大。 不适应高层剪力墙体系。整楼增加含钢 量约 10以上，成本增加，客户性价比 不高。 2.6 作为主体结构承重的套筒连接型外墙 夹心保温 pc 体系外墙剪力墙除暗柱部位现浇外，其 余外墙全为预制（图 11），pc 板一般构造不明晰，还在摸索阶段。局部冷桥难处理，局部需做外保温。外墙一旦渗漏难处理。 成本增加，客户性价比不高。2.7 作为主体结构承重的钢筋连接型外墙 夹心保温 pc 体系基本同 2.6，仅把套筒取消，预制 剪力墙的上、下 pc 板连接改为钢筋焊接 形式（图 13、14）。体系缺点：施工难度大，焊接量大， 工效低，且局部存在冷桥。一旦渗漏难处 理。成本增加，客户性价比不高。2.8 无保温的夹心式混凝土剪力墙 pc 体 系剪力墙两侧不用常规模板施工，而是预制两块 5060 厚 pcf 板当作模板（图 15 ），内外 pcf 板用钢筋连接成为 一个 “火柴盒 ”， 空心夹板， 边缘构 件 （暗柱） 全现浇 （图 1 6 ）， 内保 温。成本增加约 200300 元 /m2。预制 率可达 35% 以上。26住宅科技 /2012.04图13 主体结构承重的钢筋连接型外墙夹心保温 pc 体系图14 主体结构承重的钢筋连接型外墙夹心保温 pc 体系构造图15 无保温的夹心式混凝土剪力墙pc 体系构造图16 无保温的夹心式混凝土剪力墙pc 体系施工图 17 外保温与预制板一体化 pc 体系图 18 外保温与预制板一体化 pc 体系构造图 21 能抗震的框架混凝土全装配式 pc 体系模型图 19 整体劲性混凝土 pc 体系节点图 20 整体劲性混凝土 pc 体系外观住宅产业化体系缺点：存在两块pcf，增加造价、浪费室内空间，实质上主体承重结构未实 现产业化。成本增加，客户性价比不高。2.9 外保温与预制板一体化 pc 体系同 2.3 体系相似，主要区别是 pcf板 预制时，将外墙外保温板与pcf板现浇在 一起（图 17、18），无需再做内保温，增 加成本约 300400 元 /m2，外墙 pcf 预 制率可达 100 。体系缺点：边缘构件等仍存在大量 现浇，梁与柱的节点连接难度较大。外 保温久后存在开裂、脱落的危险。2.10 整体劲性混凝土 pc 体系柱、梁为预制工字钢劲性结构，叠 合楼板（图 19 、20 ），框架体系，先 梁柱节点工字钢焊接后，再节点与楼板 现浇，预制率达 80% 以上。现场模板 量仅为传统的 3 ，节约现场人工 80 ，增加成本约 400 元 /m 2 。 体系缺点：仅适应框架结构体系，不适应剪力墙体系，施工难度大，且造价高。预制外墙板难以统一。成本增加，客户性价比不高。 2.11 能抗震的框架混凝土全装配式pc 体 系外墙、 柱、 梁、 叠合楼板为全预 制 pc，仅梁柱节点及叠合楼板上半部分 整浇（图 21 ），预制率可达 80 。成 本增加 1 8002 500 元 /m2。柱上、下 连接采用套筒注装，梁与梁钢筋连接采2012.04/住宅科技27图 22 非抗震的框架混凝土全装配式 pc 体系图 23 梁、柱、墙、叠合楼板均为预制 pc图 24 梁、柱钢筋的连接为注浆套筒图 25 欧美楼梯间 pc 模式图 26 欧美楼梯间 pc 模式图 27 台湾 pc 结构模式图 28 台湾 pc 结构模式住宅产业化用套筒注浆或局部焊接。体系缺点：造价太高，仅能少量试 点。主要适合框架体系，剪力墙体系难 度十分高，且与国家规范不完全符合， 须逐一论证。 2.12 非抗震框架混凝土全装配式pc 体系外墙、 内墙、 柱、 梁楼板等均为 预制 pc（图 22），仅梁柱节点及楼板上半 部分整浇，预制率 85以上。增加成本700 800 元 /m 2 。钢筋连接主要为搭 接， 局部焊接。 体系缺点：不符合国家抗震设计规 范，不能建造商品房，只能运用在非抗造价高，故不能照搬过来。3 .2 欧洲、美国、新加坡等地区欧美住宅多为 13 层的别墅，高层 住宅偏少，多为木、钢结构，构件制 作分工细、广，社会模数化、商品化 程度极高，且欧洲、新加坡等大多数非 抗震区，如楼梯间为预制板（图 25 、26 ），但不满足抗震要求，故亦不适合 我国大陆。 震地区，不适用我国大陆。3 发达国家住宅产业化结构主要做法3.1 日本高层住宅均为框架结构，梁、柱、 墙、叠合楼板均为预制 pc（图 23），梁、 柱钢筋的连接为注浆套筒（图 24），仅节 点及楼板上层混凝土为现浇，预制率达75 以上。人工费占建筑造价 70% 左 右，采用 pc 主要为节约人工、减小成 本。pc 楼造价比传统的低。日本为高 地震国家，房屋均需抗震，但为柔性抗 震设计体系，但我国为刚性抗震设计体 系，高层一般为混凝土剪力墙或钢结 构，设计体系不一样，且人工费低，pc4 我国发达地区住宅产业化结构主要做法4.1 台湾预制率、节点处理（图 27 、28 ） 等类似日本模式，故不能照搬应用于大陆 。 4.2 香港高层为框架剪力墙结构，设计为不28住宅科技 /2012.04图 29 香港 pc 结构模式图 30 香港 pc 结构模式住宅产业化抗震结构，故暗柱少、配筋少。凸窗（图 29 ）、外墙（图 30 ）等多为预制， 柱、梁等为现浇，钢筋连接为搭接，预 制率 60以上。由于该体系不抗震，故 不适应内地。 技术进步工作。我国当前劳动力成本占我国工程造价的 28% 左右，近几年出现 招工难，劳动力成本不断上升，每年上 涨 10%20% ，现在民工工资 250300 元/天已司空见惯。多培训建筑产业化工 人，使传统的耗工施工模式逐渐退出。(5) 加大住宅产业化益处的宣传力 度。目前环保压力大，建筑材料、生 产、施工、使用占全社会能耗的 50% 以 上，实现环保节能的建筑产业化模式是 利国利民的大事。(6)初始推广阶段须有政策扶持。日 本、我国香港地区等在推广建筑产业化初 始阶段，利用税收、财政等优惠政策鼓励， 目前北京、上海已出台相关鼓励产业化政 策