在北欧,气候问题是装配式建筑设计发展的一个重要驱动力。

一年中,长达近8个月的冬天,短暂的日照和极夜的出现,都对施工时间造成了很大挑战。加之人口稀少带来了高昂劳动力成本,同时寒冷气候对于能耗管理的更高要求,使得北欧国家更迫切探索可持续的绿色建造之路。

李伟兴(上海市建设协会建筑工业化与住宅产业化促进中心副主任委员、中国混凝土制品协会-预制构件分会理事)结合在丹麦、立陶宛及芬兰三个国家的实地建筑考察之行,分享对北欧装配式建筑体系,以及从中引发的对国内建筑装配式建筑技术的思考。

北欧应用预制装配式技术有其适应性

“因为北欧的地理环境因素,他们基本上不用考虑建筑结构的抗震设计,这是他们能高效应用预制装配式技术的天然优势。

而北欧的绝大部分属于温带大陆性气候,冬季漫长,气温较低,天气越寒冷的地方往往对建造效率和装配化施工的需求越高,因为他们的气候条件限制了全年有效建设时间。

北欧预制技术主要体系简介

“北欧主要预制技术体系-从技术的角度来讲,一种是单层的门式框架体系,由预制柱和楼面梁构成,往往用于工业建筑、或物流仓储建筑或商业建筑中。与国内常用的灌浆套筒连接不同,柱脚常采用螺栓等刚性节点与基础连接,梁柱之间为铰接。”

第二种为Skeletal frame systems,用国内结构形式对应来翻译就是框架或框剪体系,这种体系主要应用于3-10层的低多层建筑,若是高度较高、超过一定层数在结构上会增加抵抗水平力的剪力墙。”

高层建筑一般是采用现浇核心筒与周边预制结构组成,预制结构包括承重柱、预应力楼面梁、预应力楼板,近年来建筑平面设计更加呈现多样化,框架或框剪体系的柱子通常采用高强自密实混凝土制作的圆柱,楼面梁截面一般为L形或倒T形,挑耳宽度80~200mm,两种常用楼板类型:预应力空心板和带肋预制板。

国内做预制装配式大多还停留在结构部件上

“这是马士基(Maersk)航运公司大楼,外墙呈现出非常具有秩序感的美,预制的粗糙外挂墙板,与它方正的蓝色玻璃窗结合在一起,极简极美。

国内做预制装配式大多还停留在墙、柱、梁、楼梯、楼板这些结构构件,而不是把建筑所呈现的美与结构结合在一起,这是我们尤其需要学习提升的地方。”

“在丹麦最大的预制工厂,除了生产结构构件,它还会生产各种装饰混凝土构件。可以看到公司内部办公室的墙面就运用了大量的装饰混凝土,其复杂的工艺决定了产品的高附加值。

这些公司常常用自己生成的预制构件搭建自己的工厂,我们看见的这个工厂外墙板高度约有15米,在现场将预制外墙板提拔安装,并且墙面做了艺术化的加工,制作工艺是非常精细的。”

国外对拼缝的接受程度很高

“北欧的酒店多为低多层建筑,在这样的建筑里楼板多为预应力空心板密拼。而在国内很多人都会担心这个拼缝的存在,尤其是开发企业,怕这样的明缝会被小业主群体投诉。

但是在欧洲,大家对这个密拼缝是很包容的,在我住的这家酒店中拼缝直接外露,拼缝处即便会有一些小的微裂缝,大家也能接受,因为其对结构安全并没有影响。”

分离承担不同方向力的构件可以提高效率

“这是一个工厂,与前一个运用预应力双T板做楼板的工厂不同,它用的是大跨度预应力空心板做楼板,体系很简单——梁柱铰接体系,加上一些抗侧向力的支撑或者剪力墙来抵抗水平力。所以在这个体系中,框架只承担竖向力,水平力完全靠剪力墙承担。承担不同方向的力的构件是分离设计的,这样的话能够大大简化预制构件的生产和施工过程。”

欧洲的整个工业化水平更高

施工技术更高

“即便在立陶宛这样经济并不是很发达的国家,他的施工效率和工业化程度也还是很高的。

这里的建设需求比较大,所以能够看到很多正在施工中的现场。在立陶宛它并没有自己国家独有的技术体系,公建项目大量运用了芬兰的框架结构体系,即柱子下部与基础采用螺栓连接,柱与∆空心钢梁是铰接,再与楼板钢筋相连,浇筑混凝土,从而形成了这个混合结构体系。

楼板大量使用预应力空心板,为了保证与梁的连接,它会在工厂提前开槽,再到现场去装配。空心板直接搁置在钢梁的下翼缘,所以看上去好像是无梁楼盖,但其实是钢-混凝土的混合梁板式楼盖。”

“这是一栋八层高的公寓楼,虽然同为剪力墙结构但是与我们国内也有很大的不同。它没有现浇边缘构件,墙两端直接用螺栓连接。外墙采用三明治夹心保温墙板,墙与墙之间的水平连接为索套连接,水平墙板之间在凹槽处索套水平搭接,中间插入竖向粗钢筋,再灌浇自密实混凝土即可完成连接施工。

这种湿连接的施工效率很高,与国内现浇边缘构件绑扎箍筋、支模板的方式完全不同。”

很多工程质量问题都是细节造成的

“芬兰是欧洲的经济发达国家,在建项目比较少。建筑外墙大多采用夹心保温外墙板,接缝间隔设置导水管,将竖向空腔中的水导出,起到泄水排湿的作用。这种“疏堵”结合的方式,细节设计很精细,是非常值得我们学习的。

国内外墙防水设计不太注重细节,但其实很多质量问题就是细节不合理造成的,细节决定成败。”

回顾与思考

· 混凝土结构的预先制造是未来具有巨大潜力的工业化过程。

· The prefabrication of concrete structuresis an industrialized process with great potential for the future .

· 缺乏经验的设计师常常只将其视为一项简单替代现浇施工的实施技术,这时预先制造的关注点仅仅是将部分施工放在专业工厂预制,然后运到现场进行装配,从而再次实现原概念中的现浇整体结构。这是错误的认识。

· Uninitiated designers often see it as anexecution technique that is a mere variant of cast in-situ construction , wherethe notion of prefabrication means that parts of the construction are precastin specialized plants , to be assembled afterwards on site in such a way thatthe initial concept of cast in-situ structures is obtained again . This isincorrect .

· 每一种建造体系都有其自身特点,必将不同程度地影响结构布置、跨度和宽度、体系稳定性等等。因此,要达到最佳效果,设计应该从一开始就要尊重这种计划性结构的特性和特殊要求。

· Every construction system has its owncharacteristics that , to a greater or lesser extent , influence structurallayout , span and width , the stability system , and so forth . For the bestresults a design should , from the very outset , respect the specific andparticular demands of the intended structure.

---《fib:Planning anddesign handbook on precast building structures》

——内容来源于深圳天华