【装配式建筑】走出创新攀登之路：装配式楼板实现智能化

我国建筑工业化的发展主要经历了三个阶段,分为上世纪八十年代的建筑工业化发展阶段、1999～2013年的住宅产业现代化发展阶段，以及2013年之后的建筑产业现代化发展阶段。2016年2月,《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》，其中第十一条指出:发展新型建造方式。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。完善部品部件标准,实现建筑部品部件工厂化生产。鼓励建筑企业装配式施工,现场装配。建设国家级装配式建筑生产基地。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。山东万斯达科技股份有限公司（以下简称“万斯达”）是山东省龙头企业。万斯达所开发的钢管桁架预应力混凝土叠合板（简称“PK3型板”）与目前国内通用的量大面广的普通桁架叠合板相比，性价比有了巨大提升，具有广泛的市场前景、经济效益和社会效益，万斯达主编的《钢管桁架预应力混凝土叠合板技术规程》已于2020年9月1日正式颁布实施。继PK3型楼板、PKW墙板、PK剪力墙、PK梁等部品之后，万斯达相继开展了对应结构体系的研发，形成了万斯达独特的PK框架和PK剪力墙结构体系。万斯达作为深耕装配式建筑领域的知名企业，多年走来，积累了大量的专利技术，科技创新能力突出，形成了以PK3型板及配套高效生产方案为核心的技术体系。万斯达专利楼板在行业内被称为“建筑界的神奇发明”，这一发明不仅仅是一块楼板，更准确地讲，它是一套全面、完整、先进的技术体系。1、从发明源头梳理PK体系P是指“拼装”，K代表“快速”，快速拼装的PK叠合板全称为PK预应力混凝土叠合板（俗称PK板），是一种新型叠合楼盖产品，起源于周绪红院士和吴方伯教授，早在1999年开始研发，在2004年获得了“发明专利”。2008年“新型装配整体式楼盖体系关键技术及其应用”荣获“国家科学技术进步二等奖”。在周院士和吴教授的持续指导下，万斯达将系列产品逐个落地，PK体系实现了从理论到实践的跨越。2009年，万斯达济南章丘工厂建成投产，首次实现大规模工业化生产，设立了PK系列产品的研发和中试基地。随着PK快装结构体系逐步发展，形成了技术路线和产品特点鲜明的四大结构体系，分别是：钢框架结构体系、预制混凝土框架体系、预制剪力墙体系和多层板式快装体系。万斯达成为国内首个同时推进钢结构建筑与装配式建筑两大结构体系的企业，2013年被评为“国家住宅产业化基地”，2017年被评为“国家装配式建筑产业基地”。2018年第三代PK板产品——钢管桁架预应力混凝土叠合板（PK3型板）技术成熟后推向市场，获得一致好评。2018年6月，经国家土建结构预制装配化工程技术研究中心主任李国强教授为组长的鉴定委员会鉴定，认为：PK3型板各项性能达到国际领先水平。PK3型板相比目前国内通用的量大面广的普通桁架叠合板是一种技术进步，解决了传统桁架板厚度过厚、穿行管线困难、四面出筋、跨度小、造价高等痛点，它是我国具有独立知识产权的特色产品。2、技术引领的融合创新普通矩形带肋板密拼板缝后，只能按单向叠合板来使用，它在欧美已经有几十年的使用历史。PK板是一种预应力带肋板，板肋上每隔一定间距开“矩形孔”，以方便横穿钢筋和管线，从而形成实现了叠合板的双向受力。密拼板缝后，在双向传力、防止密拼板缝开裂，以及防火性能上，都有了质的提升。后来又推出了T型肋，肋上开“椭圆型孔”，性能进一步提高。近些年为了大规模工业生产，在借鉴国内外经验的基础上，推出了钢管桁架预应力混凝土叠合板（PK3型板）。PK3是性价比较好的叠合受弯构件，它由底部预应力混凝土薄板、上部钢管混凝土桁架和中间桁架腹筋三部分组成，其中上部受压—灌浆钢管，性价比高的抗压材料；中部传力—钢筋桁架，效率高的传力机构；下部抗拉—高强预应力钢丝，性价比高的抗拉材料。继承了PK1、PK2预应力薄板的抗裂、节材、密拼板缝、无胡子筋以及普通叠合板钢筋桁架优点的基础上，克服了它们各自的缺点，最终达到了底板薄、四面不出钢筋、密拼板缝、无支撑或少支撑（较普通叠合板减少80%）、密拼后双向受力、施工效率高、成本低（相对普通桁架叠合板减少40%）的国际领先水平。万斯达自主研发的PK3智能流水线装备已经实现了预应力钢筋的调直放料、张拉、混凝土数控布料、蒸养、起板、存放等全过程的自动化和智能化制造。万斯达还参加了“十三五”国家重点研发计划项目中的三项相关课题，课题先进技术成果已经在PK3流水线的数控布料振捣一体机上得到落地。同时，针对钢管桁架壁薄、焊点多、要求高等特点，研发了钢管桁架智能化焊接生产线，提高了产品质量和生产效率。历经20多年研发，PK板体系坚持了预应力薄板技术，节材优势明显；融合桁架技术，提升了自动化生产效率；还融合了钢管混凝土技术，受力性能提高；所以，PK板体系的强大生命力和高性价比正是源于技术的融合创新。据住房和城乡建设部发布的数据显示，2020年，全国装配式建筑面积已达到6.3亿平方米，占新建建筑面积的比例约为20.5%，装配式建筑已呈规模化发展趋势。“装配整体式叠合混凝土结构体系及其工业化生产技术”科技成果已发布，参加鉴定会的权威专家对该技术体系给予了高度评价和肯定。该技术体系共获得专利授权150余项，并在上海外高桥邮轮平台、国家合成生物技术创新中心核心研发基地、上海嘉定新城菊园社区等项目成功应用，应用该技术体系的工程实践建筑面积达到1000万平方米，遍布北京、上海、天津、湖南、河北、河南、山东等省市。3、PK3的具体应用场景PK3型板是高性能、高性价比的产品。PK3型板可以广泛应用于各种装配式建筑当中，以下根据跨度不同分为五大应用场景。1.小跨度叠合板小跨度叠合板特点是，跨度≤3.9m，总板厚为110mm，降低板厚，减轻结构自重，钢管直径20mm。小跨度叠合板适用于按现浇计算，板厚不大于110mm厚。小跨度叠合板的优势：一是传统叠合板最薄板厚130mm，而PK3小跨度叠合板最薄可以做到110mm，相比之下，减轻结构自重50kg/m3；二是具有显著地减少混凝土用量，降低工程造价等优点，在钢框架结构工程中的成本节约优势更为明显。工程应用：安徽阜南安置房项目。安徽阜南安置房项目(混凝土剪力墙结构)安徽晶宫康居苑项目（钢框架结构）2.中等跨度叠合板中等跨度叠合板特点：3.9m<跨度≤6.0m，总板厚为120~160mm，钢管直径28mm。中等跨度叠合板的优势：随着跨度的增大，传统叠合板吊点增多，必须配备专用吊装架才能完成各种起吊工况，且开裂率和报废率明显提升；在此跨度范围内，PK3型板比传统叠合板用钢量更省，成本优势明显；刚度好、韧性强，运输、吊装效率全面领先；工程应用中，无支撑或少支撑，能提供更多作业面，可实现“并行施工”。工程应用：济南国际学校项目。该项目建筑面积约10.7万平方米，地上建筑8层，结构形式为钢框架，PK3型板应用面积约9万平方米。济南国际学校项目3.跨梁连续叠合板跨梁连续叠合板特点：单跨跨度≤4.5m，板总长度≤13.5m，总板厚为120～140mm。针对部分项目板跨度不大的情况，为了减少板的数量以及吊装次数，提高施工速度，现研发了钢管桁架预应力混凝土叠合板-跨梁连续板（双跨或多跨）。跨梁连续叠合板的优势：一是连续板能有效降低板的挠度，减少支撑；二是减少构件型号及数量，减少吊装次数，提升吊装效率。工程应用：杭政储出项目。项目位于浙江省杭州市江干区,东至环站东路,建筑面积59728m2，项目为框架核心筒结构。杭政储出项目4.大跨度叠合板大跨度叠合板特点：6.0m<跨度≤9.0m，总板厚为150～240mm，实心板+空心板+减重箱，减少次梁；适用于教室、办公等场所的大跨度板。大跨度叠合板的优势：一是自重轻、吊具轻、支撑少；二是减少次梁根数，增大净高，减少吊装次数，提高施工效率等优点；三是单向板或双向板受力均可适用；此外抽空板还具有自重轻，承载能力高等优点。混凝土结构的大跨度板施工现场5.超大跨度叠合板超大跨度叠合板特点：9.0m<跨度≤15.0m，减重箱+密肋井字梁，适用超大跨、重载。适用地下车库、多层工业厂房等有大跨、重载要求的场景。超大跨度叠合板的优势：一是同时具备普通钢管桁架叠合板具有的板重复率高、支撑少、成本低的优点；二是预应力筋替同方向梁的部分钢筋，减少用钢量，避免支座梁筋碰撞；三是减少次梁根数，增大净高，减少吊装次数，提高施工效率；四是配合减重箱，形成纵横井字暗梁的密肋楼盖；降低结构高度，减轻自重。工程应用：上海外高桥仓库项目。上海外高桥仓库项目4、未来的研究方向2021年4月，由国家土建结构预制装配化工程技术研究中心（以下简称“国家中心”）、中建科技集团有限公司华东分公司、山东万斯达科技股份有限公司联合建立的“国家土建结构预制装配化工程技术研究中心-中建科技-万斯达工程技术研究中心”举行了揭牌仪式。万斯达选择与国家中心、中建科技进行合作，形成产学研结合，在此基础上开展合作研发。此模式是一种半紧密型的合作模式，可以将高校、科研机构研究开发的优势与企业的市场优势、产品化优势有效结合，实现产学研各方的资源共享、优势互补。通过三家单位扎实的努力，研发出低碳、节能、高品质的“好技术”。

近年来，在周绪红院士和吴方伯教授的持续指导下，万斯达联合山东建筑大学做了大量的基础研究工作，其中包括PK3型楼板、PKW墙板、PK剪力墙、PK梁等。在国家土建装配中心的支持下，进行持续的改进提升研究，为下一步大规模推广应用做好充足的准备。目前，万斯达把研究重点锁定在了“新型外墙技术”上，装配式建筑推广至今，外墙技术的复杂程度