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序論:在您撰寫裝配式住宅設計時,參考他人的優秀作品可以開闊視野,小編為您整理的7篇范文,希望這些建議能夠激發您的創作熱情,引導您走向新的創作高度。
中圖分類號:TU832文獻標識碼: A 文章編號:
我國正處在快速城市化的進程之中,住房建設蓬勃發展著,在全球關注可持續發展和環保問題的今天,住宅建設的工業化成為必然的趨勢,在不久的未來裝配式住宅將成為我國住宅建設的重要組成部分。我國北方冬季采暖地區的采暖管線的設計與施工敷設因結構體系的改變而與傳統住宅的做法有所不同。
所謂裝配式住宅是指不同于傳統的全手工操作建筑的工業化建筑,是建筑工業化的產物。建筑工業化是將建筑設計標準化,構件生產工業化,因此組成建筑的構件都在建筑工廠里完成;然后通過物流運輸到施工現場,再根據科學的管理方式進行現場安裝,即減少施工現場的作業以降低人力資本和建筑垃圾。目前我國供暖事業也迅速的發展,從節能及供暖質量出發住宅常用的采暖方式有兩種,散熱器采暖和低溫地板輻射采暖。這兩種采暖方式在裝配式住宅中的設計和敷設方式都有區別于傳統住宅。那么對于裝配式住宅暖通專業如何將自己專業設計的相關部分加入到裝配式住宅的標準構件中成為設計過程中一項新的工作。
首先裝配式住宅采用散熱器采暖。房間的熱負荷計算方法不變,因此散熱器片數的計算方法不變。但是采暖管線從分戶熱計量裝置出來后就不能像傳統住宅那樣敷設于建筑面層內。因為裝配式住宅的樓板為疊合樓板。
疊合樓板示意圖
疊合樓板分兩部分,下部為預制板上部為現澆板,樓板上面只做20mm的找平層,因此采暖管線沒有條件敷設于建筑面層內。也因樓板的現澆層內有鋼筋,及電器的預留管線,預留管線交叉垂直方向上不能超過兩次,所以采暖管線預埋于樓板現澆層內不可行。那么采暖管線從分戶熱計量裝置出來后,對于高層,采暖管線可以在管線位于的暖井內就引至梁下,在公共空間設置吊頂,將采暖管線敷設于公共空間的吊頂內然后引至所需用戶戶內。用戶戶內的采暖管線同樣不能暗敷,只能明敷采暖管線;因此采暖管線盡量沿墻角,墻根敷設。若要實現管線的暗敷只能通過后期的室內裝修。對于多層,采暖管線經過分戶熱計量裝置后直接進入戶內,戶內做法同高層住宅一樣。
在采用散熱器采暖時需要遵循一定的原則,做到經濟性與安全性的統一,追求熱舒適度。一般而言,需要將供水的溫度控制在95℃以內,避免熱媒的氣化,還要計算系統的設計,確保相應條件的傳媒溫度的降低。要想裝配式住宅的采暖達到一定的舒適度,還需要增加散熱器的數量。將95/70℃作為基礎進行比較,當熱媒的平均溫度降低10℃,就需要增加20%的散熱器。當然熱媒的溫度不能任意的降低,必須在一定的范圍之內。在采暖設計的過程中,必須結合裝配式住宅的特點,收集熱媒設計的參數,確保同一熱源的建筑物的散熱器數量差別不大,降低采暖系統的失調度。鑒于
裝配式住宅的實際配置的散熱器面積大于理論需要的散熱器面積,需要留有一定的余地,將實際的散熱器面積大于理論面積控制在10%一30%內。
其次裝配式住宅采用低溫地板輻射采暖。地板輻射采暖已經成為裝配式住宅的重要采暖方式之一,具有溫度適宜和節約能量的優勢。首先,合理控制室內的溫度。室內的平均輻射溫度決定著人的舒適感,地板輻射采暖的設計中,室內的圍護結構的溫度較高,導致平均輻射溫度加大,在室內的設計溫度降低1~3℃,可以有效的提高人的舒適度。研究表明,室內設計溫度每降低1℃可節約燃料10%,可見地板輻射采暖在給人帶來舒適感的同時,很大程度的節約了能量,節能效果大增。其次,室內溫度分布均勻。在地板輻射采暖的設計中,地板表面的溫度是控制在30℃,溫度在垂直方向上降低,很大程度的減少了上部空間向室外的熱損失。另外,地板輻射的采暖可以減少對室內空間的破壞,加熱管埋在地下,增加了建筑面積,保護了室內環境,減少了能源與資金的浪費。地板輻射采暖在節約能源,提高舒適度的同時,還簡單方便,一方面便于對采暖設計的調節和控制,有效的對采暖進行管理,另一方面,在熱計量裝置的幫助下,簡化了用戶熱計量的計算,為用戶提供了優質的供暖服務。
為了有效的進行地板輻射采暖設計,需要借助一定的材料,金屬管道已經逐步被抗老化和耐高溫的塑料管取代。利用地板輻射采暖時,對于盤管間距的計算方式按照《地面輻射供暖技術規程》即可。分集水器之前的管道設計及敷設和散熱器采暖方式入戶前的管道敷設方式是一致的。但是對于只有20mm的建筑面層來說是不可能敷設地熱盤管的,因此采用低溫地板輻射采暖方式可以根據中國建筑工業出版社2010年10月發行的規范《CSI住宅建設技術導則(試行)》的采暖篇來實施,即在住宅套內樓板上設置架空地板,采暖管線入戶后連接分集水器,分集水器的各環地熱盤管敷設在架空地板內。但設置架空地板對應的是戶內層高的凈高會降低。
上述兩種采暖方式,在傳統住宅建筑中是普及使用的,在設計過程中也較為熟悉,熱源系統也不變,仍是主要城市集中供熱、鍋爐供熱或小型燃氣鍋爐房為其熱源,輸配系統也是一樣的,因此用于裝配式住宅是完全可行。但是在做采暖系統的設計時,采暖管線穿墻是無可避免的,而裝配式住宅的墻及樓板等構件都是在工廠里完成生產的標準構件,不能再像傳統手工操作那樣邊施工邊預留,或著對于非承重的墻可以在設備專業進場施工時根據需要現鑿,或是因為修改而重新開洞。構件生產工業化后,暖通專業的洞口不能有現鑿的情況,否則破壞構件的完整性,必須在構件上進行預留。因此要配合建筑構件的標準化就需要有構件的工藝設計,在傳統的設計結束后暖通專業要配合工藝設計,將采暖所需的洞口或套管的位置及尺寸體現在墻體和樓板的工藝圖紙上,以保證工廠生產的各個構件的正確性。且預留洞口尺寸的大小應有合理的富裕量及可施工的操作空間以確保采暖管線現場安裝的可行性和準確性。這也變相增加設計人的工作量。因此需要更快捷的制圖應用軟件。目前熱門的三維制圖軟件Revit就可以在標注平面的同時確定立面,還可以很好的解決管線碰撞問題。
總之,不管是傳統的建筑形式,還是工業化的裝配式,采暖的方式都可以沿用傳統的好的方式。無論改變系統形式,還是使用新的采暖方式都是為了使居住環境更加的舒適。在對裝配式住宅進行采暖設計時,需要綜合考慮裝配式住宅的特點,不僅要考慮供暖的效果,還要考慮采暖設計對住宅整體環境的影響。結合住宅的獨特性,根據各個采暖設計的優缺點,進行有效的選擇。在裝配式住宅采暖設計的發展中,需要不斷創新采暖方式,做到采暖方式與建筑結構的結合,將采暖設計和建筑設計緊密的結合??偠灾瑢τ谘b配式住宅的采暖設計需要結合住宅的具體情況,抓住問題的關鍵,綜合考慮,優化技術,同時積極的相應國家的政策,減少投資和費用,提高能源的利用率。
參考文獻:
1.《地面輻射供暖技術規程》JGJ142-2004,中國建筑工業出版社,2004
【關鍵詞】鋼結構;裝配式; 住宅;優化
裝配式住宅誕生于20世紀初期,這種建筑設計標準定型,構件在自動化生產線上加工,現場采用螺栓、自攻螺釘等連接件和密封材料干式組裝,無濕作業,施工安裝便捷。近30年來在歐美等國家(地區)逐步發展起來。裝配式住宅不僅改變了傳統住宅的結構模式,而且完全替代了磚、混凝土、石材、木材,真正實現了標準化設計、工廠化生產、機械化施工,從而大大降低了施工現場的勞動強度,縮短了施工工期,這種方式已在國外得到了推廣。為推廣鋼結構裝配式住宅在我國的利用,本文對鋼結構裝配式住宅在我過的發展現狀進行總結,并從我國鋼結構裝配式住宅的設計思路及其優化方案等方面進行了探討。
1 我國鋼結構裝配式住宅的現狀
1.1設計方法落后
傳統是住宅設計和預裝裝配式鋼結構住宅的設計無論從結構體系的設計、基本模數的確定、平面的定位方式、設計的指導思想等方面都存在著很大的區別。在方案階段,通用結構體系和專用結構體系沒有區分,數模化、標準化的設計思想沒有得到足夠重視;在施工圖階段,缺少對于構件及裝配節點的深化探討,沒有解決構配件的標準化定型和裝配節點的構造詳圖設計,這些問題或多或少阻礙了預制裝配式鋼結構住宅的發展。
1.2設計規范缺失
鋼結構裝配式住宅由于在我國發展的時間較短,在相關設計、施工標準等方面的規范文件缺失較多,與之相關的施工工藝、工法和安全規程還未建立,相對于國外發達國家的裝配式住宅發展,我國在某些方面遠遠落后與國外的發展,甚至在某些方面和國內現行的建筑技術標準、規范在很多地方還不兼容,使得裝配式住宅在設計、審批、驗收等方面無標準可依。這對于工業化住宅的大規模推廣是一個障礙。
1.3部件發展滯后
鋼結構體系住宅成套技術,由于缺乏技術引導及自主創新,市場需求并沒有達到產業化的程度。因此,我國的相關產品功能性單一,工廠化程度不高,產品質量還不能滿足住宅產業化標準的要求。目前,該技術零散而不系統,技術水平及標準參差不齊,不配套,需進一步研究創新并進行整合。我國鋼結構住宅在建材和部品方面,目前建造鋼結構住宅方面的所學材料大部分需要從國外運來,甚至有些外商在中國大陸委托加工的部件,往往也只能到國外去采購,在國內市場上一時還找不到,這嚴重制約了鋼結構住宅的發展及推廣。
1.4環保節能意識落后
一項調查數據顯示,我國每年新建建筑中 95%屬于高能耗建筑,產生的建筑垃圾每年高達數億噸,其中產生的污染物是引起霧霾的主要因素。鋼結構裝配式住宅相對于傳統的磚瓦建設材質具有節能環保方面的優勢,但是在另外一方面,環保節能的鋼材在整個鋼結構住宅中的使用率很低,根據2012年的統計數據,在10%左右,絕大部分的鋼結構裝配式住宅中使用的鋼材僅僅是一般材質的鋼材,在節能、環保、安全性能方面滿足不了當前的需要。安全性能低、使用壽命較短,而且鋼材制造過程中對環境的污染較嚴重。
2 我國鋼結構裝配式住宅的設計思路
2.1以建筑結構為主導,結構專業為輔助
鋼結構住宅設計首先要遵循住宅建筑設計中的一般原則,這是建筑設計的最重要原則,在滿足這個要求的前提下,才能更多地關注其現場板材裁截量、使用功能、節能環保以及建筑效果等,然后是發揮鋼結構的優勢。單純突出鋼結構而不考慮生活的舒適性,不能滿足人文要求的鋼結構住宅項目是沒有市場的,必將影響鋼結構住宅在我國的大量推廣應用。
2.2戶型設計標準化、定型化
目前在鋼結構裝配式住宅方面缺乏戶型設計的標準化、定型化標準,大多住戶住宅戶型設計隨意,規格多種多樣,這樣會導致鋼結構裝配式住宅現場施工的不確定性,嚴重拖延整個工程的現場施工周期,對整個工程造成嚴重的不利影響。因此,針對標準化生產的板材尺寸統一的特點,房間的深入設計要遵循一定的原則要求,房間開間的尺寸滿足模數制的要求,盡可能減少異形板的使用量和現場版材裁截量,以提高生產效率,提高生產周期。
2.3 廚衛設計標準化、定型化
住房的心臟是廚房和洗手間,由于內部管道多,功能復雜,在設計施工的時候往往是最耗時耗力的部分。在鋼結構裝配式住宅設計過程中,一定要遵循復雜問題簡單化的原則,對于廚房、衛生間的設計執行標準化,定型化。盡可能減少異形板的使用量和現場板材裁剪,住宅民戶設計一套標準化、定型化的程序,減少施工過程中不確定因素影響,以提高整個工程的施工周期。
2.4 平面布置系列化、模塊化和靈活化
在鋼結構裝配式住宅設計過程中,以住宅間、套型或單元為單位模塊,以木塊的多種拼接形式來適應總平面的布置變化。實現住宅平面功能的開放設計,充分發揮構件標準化設計、工廠化生產、通用化應用、多樣化組合的特點。
3我國鋼結構裝配式住宅的優化方案
3.1 建立功能需求明確、結構合理的住宅戶型
一套功能需求明確的戶型必須遵守,合理布局、動靜分區、充分利用的原則,合理布局就是根據集體條件將特性相近的行為單元組合在一起,動靜分區則是在行為單元組合中盡量避免相互干擾,充分利用則是充分利用房間空間面積。鋼結構裝配式住宅,在房屋的柱梁方面數量要盡量少,結業鋼材用量,設計并成功裝配一套宜居舒適、布局合理、動靜分區、潔污分區的優秀戶型,
3.2 環保節能
“鋼結構在建筑全壽命周期內貫穿減量化、再利用、資源化,減量化優先的循環經濟發展原則,是當前城鎮化建設對自然環境影響最小的一種建筑結構體系。高科技是指建筑設計和建造環節突出節水、節電、節材、節能的設計理念。鋼結構是典型的環保綠色建筑,僅垃圾排放量就比傳統混凝土建筑減少約六成。因此在鋼結構裝配式住宅中廣泛應用環保節能的鋼材,可以滿足環保、節能的要求。在具體戶型中控制建筑體形系數、床墻比、減少外形的凹凸、大坡頂、入口設門斗等技術,可以很好達到環保節能的目的。
3.3 追求戶型造型的美觀
戶型的美觀是現代人對生活的追求,鋼結構裝配式住宅作為一種先進的建筑方式,必須重視戶型的美觀。在具體過程中要遵循以下四個技巧,動靜分開、公私分開、主次分開、干濕分開,重點對屋頂、檐口、入口雨棚頂、窗線條、腰線處理等方面的設計,有利于家具擺放提高使用面積,也符合中國人的消費心理。
參考文獻:
[1] 葉之皓.我國裝配式鋼結構住宅現狀及對策研究[D]. 南昌大學碩士論文. 2012, 11-17
[2]盧俊凡, 王佳, 李瑋蒙. 等. 裝配式鋼結構住宅建筑體系的發展和應用[J]. 城市住宅. 2014(6):23-26
[3] 陳以一, 王偉, 童樂為. 等. 裝配式鋼結構住宅建筑的技術研發和市場培育[J].住宅產業, 2012(12):15-18
【關鍵詞】鋼結構;裝配式; 住宅;優化
裝配式住宅誕生于20世紀初期,這種建筑設計標準定型,構件在自動化生產線上加工,現場采用螺栓、自攻螺釘等連接件和密封材料干式組裝,無濕作業,施工安裝便捷。近30年來在歐美等國家逐步發展起來。裝配式住宅不僅改變了傳統住宅的結構模式,而且完全替代了磚、混凝土、石材、木材,真正實現了標準化設計、工廠化生產、機械化施工,從而大大降低了施工現場的勞動強度,縮短了施工工期,這種方式已在國外得到了推廣。為提高鋼結構裝配式住宅在我國的利用,本文對鋼結構裝配式住宅的發展現狀進行總結,并從我國鋼結構裝配式住宅的設計思路及其優化方案等方面進行了探討。
1 我國鋼結構裝配式住宅的現狀
1.1設計方法落后
傳統式住宅設計和裝配式鋼結構住宅的設計從結構體系的設計、基本模數的確定、平面的定位方式、設計的指導思想等方面都存在著很大的區別。在設計方案階段,通用結構體系和專用結構體系沒有區分,數模化、標準化的設計思想沒有得到足夠重視;在施工圖階段,缺少對于構件及裝配節點的深化探討,沒有解決構配件的標準化定型和裝配節點的構造詳圖設計,這些問題或多或少阻礙了裝配式鋼結構住宅的發展。
1.2設計規范缺失
鋼結構裝配式住宅在我國發展的時間較短,在相關設計、施工標準等方面的規范文件缺失較多,與之相關的施工工藝、工法和安全規程還未建立,相對于國外發達國家的裝配式住宅發展,我國還比較落后,甚至在某些方面和國內現行的建筑技術標準、規范在很多地方還不兼容,使得裝配式住宅在設計、審批、驗收等方面無標準可依。這對于鋼結構裝配式住宅的大規模推廣是一個障礙。
1.3部件發展滯后
鋼結構體系住宅成套技術,由于缺乏技術引導及自主創新,市場需求并沒有達到產業化的程度。我國的相關產品功能性單一,工廠化程度不高,產品質量還不能滿足住宅產業化標準的要求。目前,該技術零散而不系統,技術水平及標準參差不齊,不配套,需進一步研究創新并進行整合。
1.4環保節能意識落后
一項調查數據顯示,我國每年新建建筑中 95%屬于高能耗建筑,產生的建筑垃圾每年高達數億噸,其中產生的污染物是引起霧霾的主要因素。鋼結構裝配式住宅相對于傳統的磚瓦建設材質具有節能環保方面的優勢,但是在另外一方面,環保節能的鋼材在整個鋼結構住宅中的使用率很低,根據2012年的統計數據,環保節能的鋼材利用率在10%左右,絕大部分的鋼結構裝配式住宅中使用的鋼材僅僅是一般材質的鋼材,在節能、環保、安全性能方面滿足不了當前的需要。
2 我國鋼結構裝配式住宅的設計思路
2.1以建筑結構為主導,結構專業為輔助
鋼結構住宅設計首先要遵循住宅建筑設計中的一般原則,以建筑結構為主導,結構專業為輔助。這是建筑設計的最重要原則,在滿足這個要求的前提下,才能更多地關注其現場板材裁截量、使用功能、節能環保以及建筑效果等。單純突出鋼結構而不考慮生活的舒適性,不能滿足人文要求的鋼結構住宅項目是沒有市場的,必將影響鋼結構住宅在我國的大量推廣應用。
2.2戶型設計標準化、定型化
目前在鋼結構裝配式住宅方面缺乏戶型設計的標準化、定型化標準,大多住戶住宅戶型設計隨意,規格多種多樣,這樣會導致鋼結構裝配式住宅現場施工的不確定性,嚴重拖延整個工程的現場施工周期,對整個工程造成嚴重的不利影響。因此,針對標準化生產的板材尺寸統一的特點,房間的深入設計要遵循一定的原則要求,房間開間的尺寸滿足模數制的要求,盡可能減少異形板的使用量和現場版材裁截量,以提高生產效率,提高生產周期。
2.3 廚衛設計標準化、定型化
住房的心臟是廚房和洗手間,由于內部管道多,功能復雜,在設計施工的時候往往是最耗時耗力的部分。在鋼結構裝配式住宅設計過程中,一定要遵循復雜問題簡單化的原則,對于廚房、衛生間的設計執行標準化,定型化。盡可能減少異形板的使用量和現場板材裁剪,住宅設計一套標準化、定型化的程序,減少施工過程中不確定因素影響,以提高整個工程的施工周期。
2.4 平面布置系列化、模塊化和靈活化
在鋼結構裝配式住宅設計過程中,以住宅間、套型或單元為單位模塊,以木塊的多種拼接形式來適應總平面的布置變化。實現住宅平面功能的開放設計,充分發揮構件標準化設計、工廠化生產、通用化應用、多樣化組合的特點。
3我國鋼結構裝配式住宅的優化方案
3.1 建立功能需求明確、結構合理的住宅戶型
一套功能需求明確的戶型必須遵守,合理布局、動靜分區、充分利用的原則,合理布局就是將特性相近的行為單元組合在一起,動靜分區則是在行為單元組合中盡量避免相互干擾,充分利用則是充分利用房間空間面積。鋼結構裝配式住宅,在房屋的柱梁方面數量要盡量少,節約鋼材用量,設計并成功裝配一套宜居舒適、布局合理、動靜分區、潔污分區的優秀戶型,
3.2 環保節能
“鋼結構在建筑全壽命周期內貫穿減量化、再利用、資源化,減量化優先的循環經濟發展原則,是當前城鎮化建設對自然環境影響最小的一種建筑結構體系。鋼結構是典型的環保綠色建筑,僅垃圾排放量就比傳統混凝土建筑減少約六成。因此在鋼結構裝配式住宅中廣泛應用環保節能的鋼材,可以滿足環保、節能的要求。在具體戶型中控制建筑體形系數、床墻比、減少外形的凹凸、大坡頂、入口設門斗等技術,可以很好達到環保節能的目的。
3.3 追求戶型造型的美觀
戶型的美觀是現代人對生活的追求,鋼結構裝配式住宅作為一種先進的建筑方式,必須重視戶型的美觀。在具體過程中要遵循以下四個技巧,動靜分開、公私分開、主次分開、干濕分開,重點對屋頂、檐口、入口雨棚頂、窗線條、腰線處理等方面的設計,有利于家具擺放,提高使用面積,也符合中國人的消費心理。
3.4 鋼結構設計安全性高
裝配式住宅鋼結構在安全性能方面,要保證結構的鋼材、螺栓與螺釘、圍護材料、粘接密封材料符合要求。樓蓋、墻體和屋蓋的結構構造與連接形式、緊固件的選用符合規定。防火性能方面,注意建筑構件燃燒性能和耐火極限、房屋長度、面積、間距、裝修材料、管道及其包覆材料、構件內填充材料等方面。耐久性方面,要求鋼結構件采用鍍鋅進行防護。住宅舒適性方面,樓面、外墻和屋面所采取的填充保溫棉、噴射液體發泡材料或外貼泡沫隔熱板材等保溫與隔熱措施,以及墻體、樓板和屋頂所采取吸音、隔聲(消聲)措施,住宅圍護結構采取的防結露措施均要滿足技術要求指標。
參考文獻:
[1] 葉之皓.我國裝配式鋼結構住宅現狀及對策研究[D]. 南昌大學碩士論文. 2012, 11-17
[2]盧俊凡, 王佳, 李瑋蒙. 等. 裝配式鋼結構住宅建筑體系的發展和應用[J]. 城市住宅. 2014(6):23-26
[3] 陳以一, 王偉, 童樂為. 等. 裝配式鋼結構住宅建筑的技術研發和市場培育[J].住宅產業, 2012(12):15-18
關鍵詞:高層;裝配式住宅;立面設計
高層裝配式建筑的不斷發展,推進高層裝配式建筑立面設計的不斷發展。現有的立面設計出現一些缺憾,造成裝配式住宅功能和外觀逐漸下降。設計人員不能掌控設計細節,對于材料的選擇失誤,導致建筑性能質量下降。設計人員對于當地文化習俗的不了解,影響建筑外觀設計。本文通過對現代高層建筑的立面設計進行分析,提出如何完善立面設計技術的改進措施。
1 高層裝配式住宅立面設計概述
1.1 裝配式住宅概述
裝配式住宅是指提前制作好建筑構件,在工地上裝配完成的建筑。具有施工建造時間短,不受環境和溫度的影響等優勢。裝配式建筑由于是事前做好構件,能夠節省一部分勞動力支出。
裝配式住宅隨著建筑技術的發展,現代的建筑技術能夠實現房屋批量式的建造。在進行建造時,改變傳統建造技術,直接將構件組裝就能夠實現房屋的建造。裝配式建筑最早是在美洲出現并使用的,那時的裝配式建筑比較簡單,就是用木頭搭建好的簡單房屋。隨著技術和設備的不斷發展,現在裝配式建筑逐漸增加了多種類型。
裝配式建筑使用的建筑構件,提前在工廠生產加工好,然后再運輸到施工現場進行裝配安裝。工廠生產的裝配構件主要包括墻板,疊合板,陽臺和樓梯等,生產好的構件能夠減少傳統施工過程混凝土澆筑或是磚砌的時間。隨著電子信息自動化控制的發展,構件的生產成本會逐漸降低,建筑整體的施工成本會隨著降低。隨著安裝技術的發展和安裝設備的更新,建筑的安裝成本也會逐漸降低,整體建筑的造價就會降低。未來裝配式建筑的發展將會趨向綠色化以及裝配裝修一體化。
裝配式建筑根據材料等因素的不同,有多種不同的形式,例如砌塊型裝配式建筑,板材型裝配式建筑以及盒式裝配式建筑等。砌塊型建筑是指事前加工完成的塊狀的建筑材料建造的建筑,分為空心或是實心,材質大多是輕質材質。板材型建筑是指建筑材料使用的是大型墻板等材料,是工業化建筑中最常見的一種建筑類型。盒式建筑結合了板材建筑的特點,進而發展成為能夠同時進行裝修的裝配式建筑。
1.2 立面設計概述以及現狀
立面O計是指建筑的功能和結構趨向一體化,結合了建筑結構外觀或是功能等因素,使用美術學方法進行美觀化處理。立面設計的發展,使建筑能夠達到實用美觀于一體化。
現有的立面設計大多存在相互模仿的趨勢,在設計創意方面不能及時創新。往往會有某個建筑建成之后,出現多個同類型的建筑相繼出現。這種盲目跟風的設計現狀,阻礙了我國立面設計水平的提高。
一些設計人員在抄襲某種建筑的風格時,對于裝配構件的尺寸不能進行很好的控制,導致構件在生產安裝時遇到問題。在設計時,將幾種不同風格的構件運用在一起,形成的建筑物往往會有混搭風的特點,但這種混搭風完全不在美學的審美范圍之內。一些住區在進行設計時,稍微用一些西方的搭配方式,就會號稱國外風情建筑小鎮。這種混亂的設計,使立面設計魚龍混雜,阻礙立面設計水平的提高。
在進行裝配建筑立面設計時,設計者不能遵循建筑的設計原則。設計出的建筑落后于時代的藝術發展,設計理念的落后導致建筑設計整體質量下降。在設計時,不尊重當地文化傳統及生活習慣。設計者由于不理解當地文化習俗,設計出的建筑只是新穎,與當地民俗格格不入,這樣建筑的整體效果也會大打折扣。
1.3 對設計方案進行分析
裝配式建筑的立面設計,不僅要考慮功能和美觀性,設計方案的細節同樣對建筑質量有直接影響。設計細節包括建筑立面線條的選用,或是立面材料的選用等多個方面?,F有的裝配式建筑立面設計不能考慮建筑線條或是色彩過渡的設計,對于門窗等細節的設計不重視。導致建筑外觀看似是一種風格,內里裝修和搭配卻是多種不同的風格。混亂的風格使建筑整體藝術性下降,居民們的居住滿意度下降。
立面設計時,對于建筑裝配材料的使用不恰當,使得建筑整體性能降低。如圖是裝配式建筑常使用的建筑材料。
在進行建筑材料的選用時,設計者沒有考慮到地區溫度的差異對材料造成的影響,只考慮材料對建筑外觀的作用。但建筑主要需要考慮的是性能和穩定性,在滿足性能和穩定性的基礎上才會考慮外觀審美。例如北方建筑使用的材料抗寒性較差,就會出現建筑物質量下降的情況。對于材料細節的搭配,設計者應考慮地理位置因素的存在。例如冷色調的建筑會使人感覺寒冷,在北方的裝配建筑中如果使用冷色調,會加重居住者不舒服的視覺感。設計時還要考慮建筑的功能和用途,例如用于工業生產的建筑,不適合用淺色調進行裝飾,防止建筑外觀給人臟亂的感覺。
對于裝修和建造組裝能夠一體化進行的建筑,設計者沒有考慮裝修的風格以及裝修需要的材料質量,對建筑整體質量造成影響。
2 高層裝配式住宅立面設計技術改進措施
2.1 從立面設計細節進行改進
從立面設計細節方面進行改進,能夠完善高層裝配式住宅立面設計技術改進措施。立面細節的設計,需要考慮色彩以及材料等多方面因素。在進行色彩設計時,需要考慮建筑整體的風格。建筑外觀和風格能夠決定建筑主體使用的顏色,但建筑的細節顏色卻還是需要設計者進行考慮。例如大面積色彩過渡顏色的使用,顏色和線條搭配的使用等。
建筑材料的選用,同樣需要進行考慮。因為建筑是裝配式建筑,在選擇材料時要考慮使用輕質材料,方便施工和裝配。建筑結構的材料選擇,對建筑整體的清潔度相關,重工業重污染的工廠避免使用抗污染能力較差的材料。南方地區在選擇材料方面,要考慮南方多雨潮濕的氣候情況。北方地區氣候比較干燥,冬天的時候溫度較低,因此在材料的選用上面更多的考慮建筑材料抗寒性能。
隨著節能環保理念的發展,對于建筑工程方面也有了更高的要求。要求建筑物在施工建造階段,符合節能理念,使用節能材料。一些建筑物在設計時,使用玻璃作為美觀裝飾。玻璃反光對城市會造成嚴重的光污染,不利于城市整體建筑效果,和城市節能發展。從建造成本上考慮立面的重復性元素運用,提高工業化程度,同時也能節約造價,減少污染。
2.2 從設計原則方面進行改進
從設計原則方面考慮,能夠完善高層裝配式住宅立面設計技術改進措施。裝配式建筑在設計時,需要遵循規范的設計原則,但現有的設計原則存在不完善的特點。對現有的設計原則進行補充,能夠完善建筑整體效果。
原有的設計原則包括設計理念符合時展等,但在設計中還要考慮當地傳統文化。例如一些公園和雕塑的建筑,結合了當地文化特點進行設計。建筑物的設計同樣需要結合當地文化,一般具有當地文化鮮明特點的建筑,能夠成為當地地標性建筑物。例如斗獸場等建筑物,就符合古羅馬英勇好斗的精神特點,而斗獸場也稱為古羅馬標志性的建筑物之一。
對于建筑形體的設計,需要考慮建筑的功能以及地理特點。現代的建筑具有封閉性的特點,不利于人們之間的整體交流。對房子整體進行改進,使人們之間的交流增加。避免社會的發展,逐漸趨向無交流的模式中,因此建筑立面設計還遵循方便交流化的原則。
裝配式建筑的建造流程也是設計師需要關注的設計要點,只有熟悉構件的生產安裝過程,才能在設計中及早改進,避免出現不適用或無法實現的問題。
2.3 從設計人員方面進行改進
從設計人員方面進行改進,能夠完善高層裝配式住宅立面設計技術改進措施。設計人員的設計理念以及價值觀,對建筑外觀設計有直接重要的影響作用。提高設計人員對不同地區傳統文化的理解,學習當地風俗習慣。這樣在當地進行建筑設計時,才不會設計出與地區格格不入的建筑。
對于建筑整體空間的設計,要考慮最大限度的發揮空間利用率。例如一些陽臺的建造可以設置成開放性的空間,增加空間的使用面積。對于裝修的設計同樣可以增加空間利用率,實行掏空裝修或是重復利用空間和物體的裝修,能夠增加建筑物可以使用的面積。發揮單位建筑面積最大的使用效果,提高建筑物的使用效率。
3 結束語
對高層裝配置建筑立面設計進行改進,可以從設計細節和原則方面進行,完善設計人員的設計理念。高幼芭涫階≌立面設計的改進,能夠促進裝配式建筑的發展,促進建筑行業的發展。同時建筑行業的發展,需要各個行業共同的技術支持,能夠促進社會的可持續發展。
參考文獻
[1]崔文賢,謝浩.高層裝配式住宅立面設計技術探討[J].建筑工程技術與設計,2016(13):498.
關鍵詞:預制裝配式混凝土;設計;施工
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.097
傳統的混凝土建筑大都采用現澆模式,此種施工方法有能耗大、污染高、材料利用率低、施工技術落后、成本大等諸多方面的問題,而且在工程建筑中如果調度不當會影響工程進度,因此與當前經濟環境下的發展理念逐漸偏離,為此,預制裝配式混凝土住宅逐漸成為當前發展的必然趨勢。
1 預制裝配式混凝土住宅設計
1.1 結構設計
要進行裝配式混凝土住宅結構設計首先要根據實際環境、使用需求、還有設計要求進行構件拆分,因此對構件的數量、質量、型號、受力強度以及使用性能要進行合理的分析,必要的時候要進行力學的試驗性確定,以保證選擇的科學性,構件拆分不但影響著后續的設計還影響著工程的施工,一定要科學合理。完成構件拆分之后,我們進行裝配構件節點設計,把裝配構件之間、裝配構件與現澆結構之間通過裝配節點實現連接形成結構整體。
1.2 建筑設計
預制裝配式住宅在建筑設計上要根據實際情況配合結構設計進行。設計要保證結構設計的外立面美觀統一,盡可能的將結構設計中存在的PC構件產生的不勻稱性消除掉,遵循原則如下:
(1)保證平面功能,采用線條進行劃分、顏色上的對比、凹凸韻律的變化、紋理細節上的彌補等手段對 PC 構件進行劃分,塑造出富有一定變化韻律的立面效果。
(2)滿足立面變化的同時要保證PC 構件的使用性能、成本可控、施工技術可行。
(3)線條要布置合理,最好層層布置,防止因布置不合理產生PC 構件種類多變,增加工作難度。
2 預制裝配式混凝土住宅施工
2.1 整體施工前準備
預制裝配式混凝土在結構施工中,要根據設計需要提前做好模具生產廠家、預制構件生產廠家的選擇,確定構件臨時支撐體系、預埋件和窗框的選定等相關準備,除此之外就是常規的施工準備,務必做到精細到位。
2.2 進行構件運輸車輛選擇、堆放場地和運輸道路修整
構件運輸車輛要根據構件的長度、寬度、高度、重量進行合理選擇,除此還要根據安全運輸的相關規定和現場的實際情況確定,一般情況下所運輸構件的裝載長度不得超出車廂 2m 以上;構件的裝載寬度不得超出車身寬度;構件的高度從地面起不超過 4m;運輸構件的重量不得超過汽車最大載重量。在進行場地道路布置時必須明確構件的進場路線,道路凈寬不得小于 6m,運輸車輛通過時距道路邊緣不小于 0.5m,并且要根據運輸車輛的回轉半徑在道路轉彎處的內側鋪設鋼板,如果遇到特殊情況要和道路管理的有關部門進行協商解決。
2.3 起重機的確定
裝配式混凝土構件的吊裝需要特有的施工流程和現場平面布置。施工流程有構件吊裝、支撐體系安裝拆卸及關于構件間如何結合的施工,在施工中盡量最大限度地發揮起重機械的工效。起重機械選擇依據構件的數量、重量、施工過程、施工環境、施工半徑、構件位置、吊具重量、塔吊位置等因素確定。
2.4 合理進行施工階段劃分、節點控制、構件安裝順序確定
裝配式混凝土結構施工階段劃分根據1d 內構件可能安裝的數量確定,還要考慮實際的環境影響和澆筑量是否滿足施工使用量以及建筑間是否有伸縮縫,控制好時間節點,明確預制構件的安裝順序,結合工作人員的工作效率和設計時對施工的特殊要求進行確定。
2.5 標準層施工步驟的確定
合理確定施工順序和標準層工期,以 7d 一個標準層為例:第 1 天,進行放線和外腳手架的加高;第 1~3 天,剪力墻配筋、模板;第2 天,進行墻體部位裝配式混凝土安裝;第 2~3 天,梁、樓板進行支撐、支模;第 2~4天,梁配筋;第 3天,進行裝配式混凝土樓梯部位安裝(1 層樓下);第 4~6天,樓板配筋施工;第 5 天,進行裝配式混凝土陽臺部位安裝;第 6 天,根據實際情況進行塔吊提升,同時進行澆筑前檢查;第 7天,混凝土澆筑。
2.6 預制構件的支撐
預制構件和現澆結合部在形成的初期對外力荷載的承受能力較低,為了防止構件位置在側壓力的作用下出現偏移而影響整體結構的穩定性,我們要對其結構進行支撐?,F澆混凝土的最大側壓力=混凝土密度×新澆筑混凝土高度,可以用對拉螺栓承擔該側壓力。
2.7 預制構件的預制施工
按設計要求對預埋件在預埋安裝前進行抗拉拔試驗;預制施工時要保證預埋件的位置要求,如果鋼筋與預埋件定位發生沖突,可適當挪動墻體配筋,范圍在-10~+10 mm;要保證預制構件施工后,表面光滑無破損;對內側與結構相接面做均勻拉毛處理,拉深4~5 mm;預制構件脫模標準是達到混凝土抗壓強度設計值的75%且不小于15 MPa;要防止預埋螺栓孔灌入混凝土,并在成型后填塞柔性泡沫棒;在預制疊合板與現澆層接合面做成凹凸差不小于4 mm的人工毛面。
2.8 預制構件的安裝工藝
預制件的安裝工藝為:放線抄平鋪找平灰餅,準備工具鋪灰起吊、就位臨時固定脫鉤、矯正塞水平縫(預制件下)梳整預埋鋼筋焊接豎縫支模整體澆筑與預制件相連的梁、柱預制件頂部抄平預制件頂部鋪找平灰餅鋪灰預制件上部梁及柱澆筑。
3 結束語
預制裝配式混凝土住宅設計美觀,注重品質,施工過程環保節能,高效優質,是當代住宅產業化和建筑工業化形勢下的創新產物,發展預制裝配式住宅是大勢所趨。結合實際情況將預制混凝土住宅從設計到施工全方位優化,形成產業化的縱深化發展,刻不容緩。
參考文獻:
[1]段凱元,張季超.預制裝配式混凝土住宅設計施工一體化研究[J].施工技術,2014(11):45-47.
[2]初文榮.預制裝配式混凝土結構特點與設計體會[J].中外建筑,2015(05):172-174.
【Abstract】In our country's life, housing as an important demand, its design and assembly of the structure play a vital role. With the progress of world science and technology, the design and optimization of steel structure assembly house provides a new way for modern housing design. Based on this, the paper studies and analyzes the design form, design and optimization of the steel structure assembly house in our country, so as to provide reference opinions and suggestions for our residential type steel structure design.
【關鍵詞】鋼結構裝配住宅;設計方案;優化方案
【Keywords】steel structure assembly house; design scheme; optimization scheme
【中圖分類號】TU391 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069(2017)06-0034-02
1 引言
鋼結構裝配式的住宅設計興起于20世紀70年代,并在歐美國家廣泛流行。裝配式住宅設計不但改變了傳統的住宅結構模式,也使住宅設計實現了標準化。而鋼結構裝配式的住宅設計不僅提高了住宅施工的效率和質量,也縮短了施工工期,進而使得鋼結構的裝配式住宅設計在國外受到廣泛歡迎。但是由于我國的鋼結構裝配式住宅設計存在設計綠色環保意識不足、設計水平較低以及設計規范缺失及部件發展落后等問題,使得我國鋼結構裝配式住宅設計的發展一直止步不前,所以,通過研究鋼結構裝配式住宅設計,借助對廚衛、戶型和平面布置等方面進行設計研究,優化鋼結構裝配式住宅設計,進而不斷推動我國建筑行業的發展。
2 我國鋼結構裝配式住宅的形勢
2.1綠色環保意識不足
綠色環保意識不足是現今鋼結構裝配式住宅設計面臨的形勢。隨著我國城市化的加快,越來越多的建筑項目不斷開工,而建筑行業作為一個高消耗的行業,其環保意識不足是其中的薄弱環節。而鋼結構具備環保功能,但是在建筑的施工中,對鋼結構的使用卻少之又少,進而影響鋼結構裝配式的住宅設計。
2.2 設計水平不高
設計水平不高,對于鋼結構的設計要點沒有把握,進而影響鋼結構裝配式住宅設計水平。在進行鋼結構裝配式住宅設計中,其設計理念、結構體系以及平面的定位方式等都與傳統的住宅設計不盡相同,但是在施工階段,缺少對鋼結構裝配式住宅設計的詳細分析,進而影響其設計水平。因此,要對鋼結構的設計要點進行嚴格的把控。
2.3 設計規范缺失以及部件發展落后
設計規范缺失以及部件發展落后使得鋼結構裝配式住宅設計無規范可依,進而影響鋼結構裝配式住宅設計。在進行鋼結構裝配式住宅設計中,沒有對鋼結構住宅設計形成統一的標準和規范,使得在進行設計施工時無規范可依,進而阻礙鋼結構裝配式住宅設計。此外,部件發展落后,無法推動現今技術水平和設計體系理念的進步,進而使得鋼結構裝配式住宅設計無法滿足人們的需求。
3 鋼結構裝配式住宅的設計
3.1 廚衛設計標準化
在進行廚衛的設計時,要根據廚衛的功能以及性能進行設計。在廚衛的設計中,由于廚衛的管道繁雜且多,因此,在進行廚衛的設計時要謹慎,要制定一套標準的廚衛設計規范,在簡單化的基礎上,進而不斷提高廚衛設計的標準化和定型化。有一套標準化的廚衛設計規范,使得在進行住宅施工時,能減少不必要的問題,進而提高施工的效率和水平[1]。
3.2 戶型設計標準化定型化
戶型設計標準化和定型化也是鋼結構裝配住宅設計中的重點。在我國的鋼結構裝配式住宅設計中,由于其發展較晚,在戶型設計中沒有統一的標準,進而影響住宅的施工,產生施工問題。因此,針對這樣的狀況,需要對房間的尺寸、板材的尺寸等進行統一,減少對異形板的使用,進而縮短生產周期[2]。
3.3 平面布置系列化靈活化
平面布置系列化靈活化使得鋼結構的住宅設計更加完善。因此,在鋼結構裝配式住宅設計中,可以利用木塊的多種拼接適應總面積的布置變化,實現住宅平面功能的開放設計,充分發揮構件標準化設計等特點。
3.4 以建筑結構為主,結構專業為輔
通過以建筑結構為主,結構專業為輔進行鋼結構裝配式住宅設計,在尊重其原則的基礎上,可以對綠色環保以及建筑效果等方面進行設計。在進行設計時,要滿足人們的生活需求,以舒適為主,為人們提供適宜的住宅設計風格和水平。
4 鋼結構裝配式住宅設計的優化方案
關鍵詞:節能減排;裝配式住宅;營造體系;標準化;模塊化
中圖分類號:TU208
文獻標識碼:B
文章編號:1008-0422(2014)06-0141-06
1 引言
裝配整體式混凝土結構是由預制混凝土構件或部件通過鋼筋、連接件或施加預應力加以連接并現場澆筑混凝土而形成整體的結構,又簡稱為預制裝配式結構(precast concrete,PC結構),按照此工藝建造的建筑,稱為裝配式建筑,亦可稱為PC建筑。由此體系建造的住宅為裝配式混凝土住宅。裝配式混凝土住宅是住宅生產方式的變革,住宅產業化是住宅建設的發展趨勢,是實現節能減排、發展低碳經濟的必然需求。當今世界,能源緊張、節能減排已是全球共同的話題,住宅建筑的工業化和產業化勢在必行。
裝配式住宅工業化生產,這與國家產業結構改革、節能減排、原材料的循環利用、提升建筑質量等是密切相關的,政府在管理層面上也出臺了一系列政策大力支持。裝配式混凝土住宅已逐步在全國各地進行推廣,各地也初步形成了符合當地特色的裝配式混凝土住宅體系,也有相關的地方規范出臺。但從目前裝配式混凝土住宅的實際情況來看,存在的一個重要的問題是,標準化、模數化沒有充分體現;建筑形式與裝配式、工業化的關系不緊密。產生此問題的根本原因是缺少一個標準的營造體系。
2 營造體系的標準化需求
國內的PC技術有很多種,各地不盡相同。萬科在全國各地推廣的PC也有多種體系,北京萬科的是預制整體式剪力墻技術(豎向套筒連接),深圳萬科是內澆外掛體系,上海萬科是PCF體系,上海城建(集團)采用的是框架體系。體系眾多,裝配式住宅產品的設計標準化、模數化的概念不強,和現澆的住宅產品比沒有實質性的變化。標準化、模數化的缺失,導致裝配式住宅的建造成本大幅度提升。同時也存在為了預制而預制,或者象征性的采用部分的PC技術。達到此目的很容易,造價也不會太高。然而建立一套成熟的技術體系則需要長時間的實踐和堅持,只有不斷改進和優化才能進一步降低成本,將技術的推廣應用推向成熟。
2.1 裝配式建筑的技術策略
基于對裝配式建筑多年研究和實踐,建議可采用如下技術策略。
2.1.1 向制造業學習
我國建筑行業一直走的是粗放型的發展道路,標準化缺失,模數化沒有真正推廣開,建筑部品在推廣和應用模數協調方面貫徹不力,導致住宅產業化長期形不成,開發成本、效率和效益低下。住宅開發及部品生產標準化概念淡薄,模數協調理論早丟到腦后。部品設備無序化生產,技術引進名目混亂。我們一直號召向制造業學習,像造汽車那樣造房子,向機械行業、計算機行業學習,學習什么?首要的就是要學習標準化、模塊化思想,用標準化的理論知識武裝頭腦,結合建筑行業的實際,解決PC技術應用帶來的成本居高不下、難以標準化的問題。同時需要建立標準化的一系列標準文件,占據行業發展的高端地位,引領社會化大協作生產模式的技術發展方向。
2.1.2 熟悉各種不同的技術體系,吸取各種技術體系的長處,尋找技術實施和研發的現實條件
技術體系的成熟不是一天兩天的事情,各種結構技術體系均存在一定的優缺點,沒有完美的技術體系。但可以結合規范的允許范圍,促進成熟可靠技術的實施推廣;并聯合社會各界技術研發力量,搭建尚未成熟的技術的研發平臺,熟悉掌握各種可能出現的技術,在有條件時開展試驗。
2.1.3 以成本為導向研發、設計產品,同時注意技術體系的延展性
宜家的產品設計有一個特色,那就是“先制訂價格,再進行具體設計和生產”,所以出現很多價格低廉、非常具有設計感的家居產品。宜家憑這樣的設計理念讓宜家的產品走進了干家萬戶,在激烈的市場競爭中占得一席之地。
做裝配式住宅也可以根據售價未開始設計,根據不同的受眾群體來設計適合他們的裝配式住宅。但同時還要考慮到裝配式技術的延展性,縱向是自身技術的發展的脈絡要清晰,在質量穩定和成本可控的同時逐步提升預制率,提供更加高質量的產品,橫向是將裝配式住宅技術向其他領域擴展到辦公、商業乃至于各種業態的綜合集群建筑。
2.2 關于標準化、模塊化的研究
2.2.1 標準化
標準定義為“在一定范圍內獲得最佳秩序,對活動或其結果規定共同的和重復使用的規則,導則或特征的文件。該文件經協商一致并經一個公認的機構批準?!睒藴蕬撘钥茖W技術和經驗的綜合成果為技術,以促進最佳社會效益為目的。制定標準的對象是重復性事物或概念;制定標準的對象,包含生產、技術、經濟工作和社會活動各個領域,但并不是所有的事物或概念,而是比較穩定的重復性的事物或概念;標準產生的客觀基礎是“科學、技術和實踐經驗的綜合成果”;標準在產生過程中要“經有關方面協商一致”;標準的本質特征是統一;標準“由標準主管機構批準以特定的形式,作為共同遵守的準則和依據”的統一規定?!皹藴省笔且粋€廣義的概念,有文件標準、實物標準等。
2.2.1.1 標準化的定義
標準化為在一定范圍內獲得最佳秩序,對實際的或潛在的問題制定共同的重復使用的規則活動。上述活動主要是包括制定、及實施標準的過程。標準化的重要意義是改進產品、過程或服務的適用性,防止貿易壁壘,并促進技術合作。標準化的總目的是為了在一定的范圍內獲得最佳秩序并促進最佳的社會效益。除此之外,標準化還有一個或多個特定目的,以適應某種需要或選擇。標準化的方法原理:標準化的基本原理通常是通行的八字原理:“統一、簡化、選優、協調”。
2.2.1.2 標準化設計
標準化設計是指標準件的選用和常用件的設計。標準件設計中提高效率的最簡便的方法是建立標準件庫和常用件庫。經過生產實踐的檢驗具有優良的性能才能確立為標準件,其結構和參數都已經標準化,所以無須對其結構合理性進行檢驗。在標準件庫設計中體現了信息傳遞的單向性,即設計者只能選用不能修改。標準件庫的優點如下:采用統一的描述格式,不同系統開發的標準庫可以進行信息交換,最大限度地減少重復開發標準件庫造成的資源浪費,并提高了系統的可靠性;為設計人員提供盡可能完整的標準件信息,該信息不僅包含尺寸、圖形信息,還包括材料、功能信息等。基于事物特性表的標準件庫體系是開放的,易于擴充。
2.2.2 模塊化
模塊的本意就是“組件、預制件或預制住房單元”等,人們采用標準的尺寸的磚、石和黏結劑,通過不同的組合,可建成形狀、風格各異的建筑物。磚、石的形狀雖然簡單,但是他們的組合是多變的。Module的形容詞modular則表示有節奏的進行測量,含有積木化或組裝式等含義,模塊化(modularization)一詞就兼有積木化的意義。由若干塊“積木”,可以組合成不同形狀和風格的建筑物,雖然他們的元素不多,但它具有快速組合和形式多變的特點,這正是人們所需要的優點。模塊化是在通用化、系列化、組合化等標準化基礎上引入系統工程原理而發展起來的一種標準化的高級形式,表現特征為尺寸模數化、結構典型化、部件通用化、參數系列化,組裝積木化。作為組合化發展的高級階段,模塊化的理論基礎是系統的分解與組合原理。
2.2.2.1 模塊化的涵義
所謂模塊化設計,就是在標準化理論的基礎上運用系統工程的原理,將一復雜的工程產品分解成層次合理的簡化、系列化、標準化單元模塊,并用這些標準化模塊組合成各種不同產品的過程。它是以功能分析為基礎,通過功能、用途不同的各模塊的互聯組合實現基型產品和變型產品,主要包括模塊劃分與模塊組合兩個過程,模塊劃分是功能模塊的結構設計過程,模塊組合則是根據具體的功能要求,選擇合適的模塊組成產品。根據模塊化設計思想,產品的構成層次發生了重大的變化。模塊成了設計制造單元,要設計并建立標準模塊庫、專用模塊庫與相似的零部件庫。生產時,查找標準模塊庫、專用模塊庫,對無法直接利用的模塊可在其基礎上進行變性設計形成新的模塊,重新拼合模塊使之成品化,縮短了設計周期。
2.2.2.2 模塊化設計
模塊化設計的關鍵是模塊化標準化和通用化。它是指結構標準化,尤其是模塊接口標準化和通用化。模塊化設計所依賴的模塊化的組合,即連接或接口。顯然,為了保證不同功能模塊的組合和相同功能模塊的互換,模塊化應具有可組合性和互換性兩個特征,而這兩個特征出現在接口上,必須提高其標準化、通用化、規格化的程度。例如,具有相同的功能,不同性質的單元一定要具有相同的安裝基面和相同的安裝尺寸,才能保證模塊化的有效組合。計算機行業中,由于采用了標準通用的總線結構,來自不同國家和地區廠家的模塊均能組成計算機系統并協調工作,使這些廠家可以集中精力、大量生辰某些特定的模塊,并不斷進行精心改良和研究,促使計算機技術達到空前的發展。
2.2.2.3 模塊化與模數協調
關于模塊化與模數協調,模塊化是復雜產品標準化的高級形式,無論是組合式的單元模塊還是結構模塊都貫穿一個基本原則,這就是用型式和型式尺寸數目很少且有經濟合理的統一化單元一模塊,組合成大量具有各種不同性能的各種復雜的非標準綜合體,這一原則成為模塊化原則。為了實現模塊化原則,保證模塊是由模塊組成的產品在尺寸上的協調,必須建立一套模數系統對產品的主尺度、性能參數以及模塊化的外形尺寸進行約束,這就是建筑中的模數協調。
模數協調工作是各行各業生產活動中最基本的技術工作,遵循模數協調原則,全面實現尺寸配合,可保證在住宅建設過程中,在功能、質量和經濟效益方面獲得優化,促使住宅建設從粗放型生產轉化為集約型的社會化協作生產。
2.2.2.4 模數協調技術在裝配式混凝土住宅設計的目的
模數協調技術在裝配式混凝土住宅設計的目的主要表現在以下幾方面:實現住宅建筑的設計者、制造業者、經銷商、建筑業者和業主等人員之間的生產活動互相協調;能從建筑各部位尺寸進行分割,并確定各部件(模塊)的尺寸和邊界條件,是部件(模塊)規格化,又不限制設計自由;優選某種類型的標準化方式,達到使用數量不多的標準化部件(模塊),建造不同類型的住宅建筑;能使建筑部件(模塊)尺寸的數量達到優先化;促進部件(模塊)的互換性,使部件(模塊)的互換與其材料、外形或生產方式無關;采用合理化的方法定位,吊裝和組裝部件(模塊),以簡化施工現場作業。
2.2.3 PC技術體系選定要訣
PC技術體系選定的過程中一定要做到“六化”,即簡化、統一化、通用化、組合化、系列化、模塊化。具體可表現為以下九點:
1)結構布置盡可能的簡單,構件的規格盡可能的簡化;
2)相同通用構件體系的住宅產品可以實現多種戶型和樓型,但是具有相同的“基因”,實現一種統一外部表現,個性化的表現通過外表面顏色、附加構件如陽臺板、空調板等的設置實現個性化;
3)構件、戶型應該形成事實上的通用化體系,并具有互換的特性,促進產品和部件的標準化;通用構件應具有很靈活的組合性特點;
4)按照建筑模數,形成構件、部品的系列化分布,以適應更加多樣的需求;
5)PC建筑首先拆分為標準模塊,然后是標準構件,形成一定的系統層次關系;某些非標部位形成非標模塊,以適應部分特殊需求;
6)標準化需要形成一定的標準化構件和部品庫,且這是一個開放的系統,易于擴充;
7)拆分構件時應注意構件在整個系統中的作用及其更換性的可能性以及必要性,并保持構件在功能及結構方面有一定的獨立性和完整性,構件問的結合要素便于連接與分離;
8)構件的標準化背后其實就是模板的標準化,目的就是提升鋼模的利用效率,標準的構件可以由可變模板技術實現系列化的構件系統;
9)模塊化數理方面的支撐就是模數協調技術,模數協調技術首先利用基本模數網格控制建筑物的平立剖面,以利于拆分成單元模塊或構件,并利用構件定位技術、公差與配合等技術實現部件安裝接口的模數協調。
3 裝配式混凝土住宅相關體系
根據近年未裝配式混凝土住宅按結構體系體可分為預制框架體系、預制剪力墻體系、預制疊合剪力墻結構體系、內澆外掛體系(各體系綜合比較見表1)。
3.1 預制框架體系
預制框架結構體系(如圖1)的主要特征是將框架結構的構件拆分成梁、柱、樓板等基本預制結構體,單個構件重量較小,有利于預制和運輸。連接處可以選擇在梁柱節點,也可選擇在梁柱節點以外,垂直構件連接一般采用套筒灌漿連接,可以實現高可靠性的連接。節點區或分段連接區現澆,樓板疊合層一般現澆,形成整體的剛度,達到等同現澆、抗震的目的。目前上海地區現行規范規定,裝配整體式混凝土框架結構總高度不應大于50m。
外墻作為結構體的荷載,不作為主要受力構件,根據建筑物的性質,可以選擇預制混凝土墻板或者玻璃幕墻。預制墻板與結構體的連接采用干法或濕法連接,必定有一個方向與結構體鉸接。結構體遇到外部荷載發生形變時,墻板之間可以發生變形,但墻體本身不發生破壞。
預制框架可以結合現澆剪力墻或者預制剪力墻同時使用形成框架剪力墻結構體系。預制框架結構體系在上海、南京、沈陽有部分項目應用。
3.2 預制剪力墻體系
預制剪力墻結構體系將剪力墻結構體系的建筑拆分成剪力墻、樓板等構件,構件類型較少,但單個構件重量較大,剪力墻板豎向采用套筒或者漿錨連接,套筒可靠度高但是造價比較高,漿錨連接理論可行、造價較低,但施工質量保證難度較大;墻板水平向采用預留現澆段連接。預制剪力墻的平面布置與現澆結構區別不大,用于住宅比較容易適合傳統的高層住宅的消費習慣?,F行上海地區沒有規范出臺支持本系統。目前在國內預制剪力墻技術北京、沈陽、哈爾濱有部分項目應用(如圖2、圖3)。
3.3 預制疊合剪力墻結構體系
預制疊合剪力墻是為了實現住宅產業化而生產的一種介于全現澆鋼筋混凝土剪力墻和全預制剪力墻之間的一種剪力墻結構構件。預制墻板工法又稱為PCF工法,日本是較早推廣、應用這種剪力墻的國家,技術也相對成熟。目前,預制疊合剪力墻在日本作為框架填充墻或框架結構中的抗震墻使用,真正作為受力構件用于純剪力墻結構的工程實例不多見,同時日本工程界對于結構高度超過60m的建筑中采用預制疊合剪力墻態度謹慎?,F行上海地區規范規定預制疊合剪力墻結構只適用于結構總高度不大于60m,層高不大于5.5m,抗震等級為三級以及以下的小高層、高層剪力墻結構住宅外墻。目前在國內預制疊合剪力墻技術上海有部分項目應用。
3.4 其他體系
在國內展開應用的其他體系還有NPC體系、預制疊合墻板體系等,這些體系與前述介紹的三種體系之一無本質區別。內澆外掛體系本質上是將部分外墻板當成荷載,受力結構采用現澆結構的形式,兩者利用現澆連接在一起,本質上不屬于結構受力構件采用PC技術的范疇,不具備技術延展性,屬于為了預制而預制。預制異形柱結構體系也是一種適合于預制構件標準化的結構體系,由于本體系現澆結構的適用范圍(上海地區異性柱框架結構適用的高度為21m,異形柱框架剪力墻結構技術體系適用的高度為40m)不算大,且尚未開展相應預制工法的研究,預計未來可以作為一種比較有特點的預制技術體系加以應用。
4 基于標準營造的技術體系研究
基于裝配式混凝土住宅標準營造可以從標準構配件、標準戶型和標準立面三方面人手形成一套完善的技術標準體系。
4.1 標準構配件
標準構配件有立柱、疊合梁、墻板、疊合板,樓梯,陽臺六種構件(如圖4),每種構件的規格控制在2種以內,可以提高模板的重復利用率,降低模板的攤銷費用,從而降低生產成本。
4.1.1 標準立柱
規格600x600,可采用預制柱或現澆柱。
方柱VS扁柱(見圖5):方柱形狀和受力性能I-IN個方向完全相同,更有利于構件梁、墻體的標準化,提高模板的利用率;扁柱在角部設置帶來了多種非標準構件,處理難度較大。
4.1.2 標準墻板
150厚預制混凝土外墻板或200厚預制夾心保溫墻板,造價要求高時采用單板,造價允許時可采用夾心墻板(見圖6)。
4.1.3 標準樓板
采用疊合樓板,板厚140(60預制+80現澆)(見圖7)。
4.1.4 標準樓梯
采用預制樓梯(見圖8)。
4.1.5 標準陽臺板
采用懸挑疊合陽臺板(見圖9)。
4.2 標準戶型設計
4.2.1 戶型設計原則
裝配式混凝土住宅設計應該充分體現標準化、模數化的設計理念。筆者結合實際情況,對戶型的設計總結出若干原則:
1)裝配式框架一剪力墻體系的預制率的高低可調節性大,且此體系還可以用于辦公、商業、學校等一系列的公共建筑中,市場前景廣闊。因此,新的戶型設計依舊選用裝配式框架一剪力墻體系;
2)針對中小戶型設計,提出將梁柱外凸到室外,以減弱凸梁凸柱對室內的影響;
3)建筑尺寸盡量統一,從而可以較少預制構件的種類和規格。通過構件之間不同的組合來達到各種戶型的使用要求;
4)廚房、衛生間、陽臺等小構件尺寸盡可能一致。
4.2.2 標準戶型設計
在上述原則的指導下,提出了如圖10所示的標準戶型設計。
此戶型構件的種類少,大部分的構建是以6.6m和3.3m為基本尺寸。平面規則,基本沒有凹凸,體形系數小,對節能有利。柱網規則,縱橫兩個方向均能對齊,對結構受力有利。沒有凹口,對房間采光有利。梁柱外凸,減少了結構構件對平面的影響。此戶型設計成一房、二房、三房,三種不同戶型的組合形式,可滿足中小戶型的住房基本功能需求。戶型單元之間可分可合(如圖11)。
此戶型的建筑構(部)件可拆分為:交通核剪力墻部分、樓梯、框架柱、框架梁、護墻體、陽臺、樓板、空調板等(如圖12)。剪力墻為現澆構件、樓板和陽臺為疊合構件、其它的均可做成預制構件(如圖13)。可根據工程實際情況,自主選擇預制構件。
4.2.3 戶型的可延展性設計
僅一種戶型是不可能滿足市場的需求。在上述對裝配式建筑的認識、實踐和設計原則的指導下,提出了一系列的戶型設計方案。同樣的建筑構件,通過不同的組合,再配以不同的現澆的交通核,未滿足不同住宅需求,實現簡化、統一化、通用化、組合化、系列化、模塊化設計,衍生出三種系列的戶型平面。
4.2.3 1A系列
由三戶組成一個單元,開間模數3300,進深模數4500。通過現澆交通核的不同,來滿足11-24層的戶型要求(如圖14、15)。
4.2.3.2 B系列
由四戶組成一個單元,開口按摩模數3300,進深模數3300和3600。通過現澆交通核的不同,未滿足11-24層的戶型要求(如圖16、17)。
4.2.3 3C系列
由四戶組成一個單元,開間模數3300,進深模數由三種。通過內天井來實現中間戶型廚衛等房間的通風和采光。此設計建筑進深大,有利于節約用地(如圖18、19)。
4.2.3.4 通廊式戶型(如圖20)
上述系列的房型都體現了標準化、模數化、系列化的概念。戶型平面規整,有利于建筑節能。但建筑的進深不大,對節約土地不利。如果能逐步采用暗衛生間,對裝配式建筑的戶型設計是非常有利的。既可以減少凹凸和內天井,又能加大建筑進深。小面寬、大進深的建筑可以節約土地。
4.3 標準立面設計
裝配式建筑的立面設計同樣應體現標準化、模數化的理念。在二進制的計算機領域里“0”和“1”創造了數字世界,簡單卻擁有無限可能。在做立面設計時可以借鑒這個概念。“0”可以看做裝配整體式混凝土結構,“1”可以看做標準化、模數化的通用部件。兩者相結合,并以不同的排列和組合未達到立面設計的變化與同一性。
上述建筑戶型的立面上已經存在有四種元素――柱、梁、板、陽臺(欄桿)。此四種元素是建筑的基本構件?,F代住宅建筑中通常會在空調板外加百葉,來隱蔽空調室外機。因此,立面上總共有柱、梁、板、陽臺(欄桿)、百葉共五種元素。通過五種元素的不同組合方式、柱和墻面的顏色和材質的變化,來到達立面設計的標準化、模數化、多樣化(如圖21)。
5 標準營造體系控制造價的基本心思路
裝配式混凝土住宅控制造價的總體思路是:大力推廣標準化工作,促進預制構件的社會化大生產和加強施工操作人員的培訓,降低預制構件的造價和安裝價格;部分簡易構件,比如疊合樓板推行工地現場就地預制,減少運輸費用。而在采用較低PC率的時候,比如立柱不采用預制,內隔墻全部采用傳統砌塊等靈活措施。
下面參照已有項目,根據標準營造體系進行不同PC率的造價分析(見表2―5,表內數據基于筆者部分工程實踐,按照上海市相關技術規程和定額計算標準)。