为解决建筑业对环境、资源的影响, 低碳、节能、绿色、生态和可持续发展等理念广泛应用于建筑中,许多国家通过建立定量的评价体系来降低能源资源消耗,提高对环境的要求。因为主体结构在高层建筑的建造中占据主要部分,主体结构的资源和环境要求更加重要。从各种有利于主体结构建造中降低能源资源消耗和保护环境的技术来考察,采用预制装配式结构是一种改变建造方式的技术途径。预制装配式混凝土不仅有环境效益,而且具有经济优势,随着劳动力资源的短缺、交通拥挤等社会问题的日益严重,预制混凝土结构成为一个很好的选择。考虑我国建筑业仍处于劳动密集型产业阶段, 经济增长方式属于粗放型增长,发展建筑标准件、推进施工机械化、提高建筑质量是建筑业科技发展的主要任务。因为预制装配式混凝土结构具有可以转变建设模式、提高效率、保证质量及有利于管理等特点, 所以国务院2013 年1 月1日《绿色建筑行动方案》中明确要求推广预制装配式混凝土建筑体系,加快发展预制装配技术。
预制混凝土在土木工程中的主要应用领域有:建筑工程、桥梁工程、交通工程、岩土工程、水工工程、市政、构筑物和城市小品等。以住宅通用体系集成技术和装配式工业化生产方式来建造的住宅,以住宅产业化和建筑工业化为核心的预制混凝土装配式房屋建造方式,经过多方努力已经获得各地建设部门以及开发商的一定认可。针对建筑工程领域中的预制装配式混凝土结构,本文通过总结国内外预制装配式混凝土的发展概况,阐述我国预制装配式混凝土结构现状,对预制装配式混凝土结构体系的发展和生产方式的选择提出一些建议。
国外、香港和台湾地区预制装配式混凝土的发展概况
1996 年预制装配式结构在欧洲达到了最高的应用水平,如丹麦达43%、荷兰达40%、瑞典和德国达31%[10]。欧洲是预制建筑的发源地,早在17 世纪就开始了建筑工业化之路。以法国为代表经历了结构-施工体系、样板住宅、通用构造体系及主体结构体系等多种发展模式,北欧地区则以芬兰为代表,墙体主要以夹芯保温墙板为主。
美国从20 世纪30 年代的拖车式汽车房屋为雏形开始工业化住宅发展,1976 年后,美国联邦政府住房和城市发展部颁布了美国工业化住宅建设和安全标准, 形成了一系列标准产品可供选用。北美的预制建筑主要包括建筑预制外墙和结构预制构件两大系列,预制构件的共同特点是大型化和预应力相结合。美国新颁布的法规要求所有新建房屋的申请必须满足某一最低可建造计分制的规定。
日本在1975 年后,建筑的层数越高,工厂化预制比例越高, 有效解决模板的利用率和成本摊销、泵送商品混凝土和高空养护的难度、工作量大等问题。日本有《预制混凝土工程》(JASS10)等预制混凝土建筑体系设计、制作和施工的标准,结合自身要求,在预制结构体系整体性抗震和隔震设计方面取得进展, 如2008 年采用预制装配框架结构建成的两栋58 层的东京塔。日本的预制结构体系主要有板式体系和框架体系。
香港1990 年开始把传统的砌筑内隔墙改为预制条型墙板,规定采用露台、空中花园、非结构预制外墙等环保措施的项目将获得面积豁免,多出的可售面积可以部分抵消发展商的成本增加。高层住宅多采用叠合楼板、预制楼梯和预制外墙等方式建造, 厂房类建筑一般采用装配式框架结构或钢结构建造。采用内浇外挂方式,可以保证超高层住宅的整体性和刚度, 同时可防止雨水和风暴的袭扰。最近, 香港预制构件在住宅建筑的应用发展到结构的剪力墙部位、核心筒和梁柱节点等,使得预制构件占整个建筑的60%左右。
我国台湾地区的装配式混凝土建筑应用较为普遍,建筑体系和日本、韩国接近,装配式结构的节点连接构造和抗震、隔震技术的研究和应用都很成熟。
从各国和地区的经验看出,政府在政策、经济制度上的支持和优惠,建立各种先进的建筑体系和方法以及相关行业标准规范、集成建筑产品研究开发、设计、构配件制造、施工、与服务等全产业链企业,向社会提供符合地区特点的建筑产品是发展的关键。