装配式建筑体系及研究进展简介

1、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,

2、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 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

3、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

4、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

5、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、

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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/T 50329-2012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

15、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

16、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

17、,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

18、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

19、”,4.1 政策支持,45,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,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

20、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201671号，16年

21、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 113