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装配式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 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 4 4 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60 80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年代早在第一个五年计划中就提出借鉴前苏联 东欧国家经验推行标准化 工厂化 装配式施工的房屋建筑建造方式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 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 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 房屋建筑抗震性能要求不高 总体建设量不大 预制构件厂供应可满足需求 木模板 支撑体系和建筑用钢筋短缺 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 1 1我国装配式建筑发展历程 装配式混凝土建筑发展停滞 7 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 现浇结构应用广泛 第III阶段20世纪80年代末开始 8 8 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 框架结构 18 18 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 2 1装配式混凝土结构体系 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PCF 剪力墙结构 20 套筒灌浆连接的预制剪力墙浆锚搭接连接的预制剪力墙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 2 1装配式混凝土结构体系 21 浆锚搭接连接 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 2 1装配式混凝土结构体系 多层剪力墙体系 剪力墙结构 2 1装配式混凝土结构体系 剪力墙结构 2 1装配式混凝土结构体系 预制框架 现浇剪力墙预制框架 现浇核心筒预制框架 预制剪力墙 南科大厦 框架 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 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 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 其他构配件 28 28 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 29 29 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 2 1装配式混凝土结构体系 多种建筑形式应用广泛大跨度公共建筑高层建筑 超高层建筑的外框架轻型门式刚架 钢结构排架等工业建筑钢结构住宅 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 特点工业化程度高施工周期短轻质高强 尚存问题建造成本略高钢结构设计队伍稍薄弱现场焊接作业量大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 T50329 2012等 2 3木结构 发展历史 木结构建筑可追溯至3500年前 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 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 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 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 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 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 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 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 37 37 采用钢筋灌浆套筒连接构件受力性能试验 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 38 38 钢筋混凝土结合面的剪切性能研究 24个试件 39 39 叠合梁 跨中拼接 封闭组合箍 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 40 装配整体式剪力墙结构研究 三种类型试件共9组 27个 41 41 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 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 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 2013 1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 2014 23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 行业政策 建筑业发展 十二五 规划 建市 2011 90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 2014 92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 2014 130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 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 2016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 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 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 2016 71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 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