谷明旺:PC住宅中預制墻體的不同安裝方法
隨著我國住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展,越來越多的企業(yè)開始進行“工業(yè)化住宅”的研發(fā)和生產(chǎn),追求“像造汽車一樣的造房子”,將房屋分解為多個模塊在工廠加工成半成品,現(xiàn)場只要進行裝配施工即可變?yōu)槌善纷≌?,在許多發(fā)達國家由于人工成本很高,工業(yè)化生產(chǎn)的住宅不但品質(zhì)好、施工速度快,甚至比傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工造價更低,其成熟的技術已經(jīng)得到廣泛認可,并逐漸成為住宅生產(chǎn)的主流方式,其中用預制混凝土構件(precast concrete,簡稱PC)建設的PC住宅以優(yōu)良的性價比在不同國家受到普遍歡迎。
歐洲等國在二戰(zhàn)結束后開始發(fā)展用PC構件進行大量的住宅生產(chǎn),發(fā)展至今德國、法國已經(jīng)出現(xiàn)產(chǎn)能過剩,上世紀六、七十年代起,美國、加拿大、日本等國的PC住宅技術開始發(fā)展,近二十年來,PC住宅在中東、新加坡、香港、澳門開始興起,并已被市場接受。我國在上世紀八、九十年代也曾興起過“裝配式大板住宅”,但由于受到各方面條件的制約,大板結構構件之間多以簡單的機械連接為主,在房屋性能方面存在眾多嚴重缺陷,快就被市場淘汰,截至目前,由于自然條件、資源條件、技術標準的差別,各國對PC墻板的構造設計和安裝方法存在很大的區(qū)別。
中國的PC住宅結構特征主要就是“兩塊板”——墻板和樓板,其中的PC樓板與國外大同小異,但由于外墻板兼具維護、防水、隔聲、采光、通風、保溫、裝飾等多項復雜功能,不同的構造方法、生產(chǎn)工藝和安裝工法決定了不同的PC住宅技術路線和結構體系,這也是PC住宅發(fā)展的關鍵,為了解決好質(zhì)量、進度、成本之間的矛盾,眾多的國內(nèi)企業(yè)紛紛從日本、德國、法國、美國、澳大利亞等國家引進各種不同的PC技術,各國的PC住宅之間的技術和性能差異很大,行業(yè)內(nèi)也產(chǎn)生了“中國的PC住宅主體結構應該采用什么樣的技術體系?”的爭論,其實,對于PC墻板的安裝技術無外乎“后安裝法”(日本工法)、“先安裝法”(香港工法)兩種主流的安裝方式,為了說明兩種不同工法的區(qū)別和適應性,本文作者總結數(shù)年研究與實踐的心得,簡述PC墻體的主流生產(chǎn)和安裝方式,并結合我國住宅主要是“墻結構”的特點,與讀者共同探尋適合我國PC住宅技術發(fā)展的正確方向。
所謂“后安裝法”即:待房屋的主體結構施工完成后,再將預制好的PC墻板作為非承重結構安裝在主體結構上,其中主體結構可以是鋼結構、現(xiàn)澆混凝土結構、預制混凝土結構,這樣的非承重PC墻板又稱為外墻掛板,此做法在歐美日非常多,尤其以日本發(fā)展的最為成熟。
“后安裝法”的特點是:由于安裝過程會產(chǎn)生誤差積累,因此對主體建筑的施工精度和PC構件的制作精度要求都非常高,導致主體施工費用、構件模具費用和安裝人工費用都很高,而且構件之間多數(shù)采用螺栓、埋件等機械式連接,構件之間不可避免地存在“縫隙”,為了美觀往往將這些縫隙設計成明縫,必須要進行填縫處理或打膠密封,這種工法必須進行細致的施工,否在容易在防水、隔音等方面出現(xiàn)問題。
“后安裝法”適合與鋼結構或高精度的PC結構主體相結合,其現(xiàn)場施工時基本是以“干作業(yè)”為主,可以說“后安裝法”是PC建筑發(fā)展的高級階段,在美國一般是配合鋼結構主體或后張預應力混凝土結構使用,而敬業(yè)的日本人可以把PC構件做得像鋼結構一樣的精準,把后裝工法發(fā)揮到了極致,因此將“后安裝法”稱為“日本工法”亦當之無愧。
所謂“先安裝法”即:在進行建筑主體施工時,把PC墻板先安裝就位,用現(xiàn)澆的混凝土將PC墻板連接為整體的結構,其主體結構構件一般為現(xiàn)澆混凝土或預制疊合混凝土結構,先安裝法的PC墻板既可以是非承重墻體,也可以是承重墻體,甚至是抗震的剪力墻。
“先安裝法”的特點是:在施工過程中,用現(xiàn)澆混凝土來填充PC構件之間的空隙而形成“無縫連接”的結構,現(xiàn)澆連接施工的過程是消除誤差的機會,而不會形成“誤差積累”,從而大大降低了構件生產(chǎn)和現(xiàn)場施工的難度,更易于市場推廣。同時構件之間“無縫連接”的構造增強了房間的防水、隔音性能。香港房屋署在發(fā)展PC住宅的過程中,先是從法國和日本引進了“后安裝法”,結果普遍出現(xiàn)了縫隙漏水的情況,給后期維護帶來了難度,為了解決這一難題他們從新加坡引進了“先安裝法”,整體無縫連接的結構徹底解決了香港房屋外墻滲漏的維修之苦,因此香港房屋署將這種工法不斷改進和推廣至今,現(xiàn)在香港已經(jīng)有幾千萬平米公屋和居屋采用先安裝法的PC外墻,因此“先安裝法”又被叫做“香港工法”。
究竟哪種工法更符合我國PC住宅的發(fā)展需求呢?面對這一疑問,眾多國內(nèi)外企業(yè)對兩種工法進行了實踐探索,特別是萬科和長沙遠大都在實際工程中應用過兩種工法,筆者也曾在快而居公司對兩種工法進行了實驗對比,基本掌握了兩種不同工法各自的優(yōu)缺點,并結合我國的住宅特性,系統(tǒng)地研究了它們在建筑結構設計、預制構件拆解、構件生產(chǎn)、安裝構造等方面的區(qū)別(見下表)。
對比內(nèi)容 |
先安裝法 (香港工法) |
后安裝法 (日本工法) |
總結 |
設計上的區(qū)別: 是否可承重,與主體結構的關系 |
既可設計為彈性約束的非承重外墻,也可設計成承重墻或抗震剪力墻。既可參與結構受力,也可與結構弱連接。 |
一般設計為非承重外墻作為外墻掛板使用,PC墻板被當成“荷載”依附在主體結構上,同時不會約束主體結構的變形,受力特征類似于幕墻。 |
將PC墻板設計成剪力墻參與結構受力是一種發(fā)展和創(chuàng)新,也是解決我國剪力墻結構為主的多高層住宅重要的技術手段。 |
連接方式區(qū)別:整澆連接和機械式連接 |
在PC構件與現(xiàn)澆混凝土交接部位留出連接鋼筋,并做出鍵槽或自然粗糙面以保證新舊混凝土連接成為整體。 |
在PC構件與主體結構交接部位預埋螺栓或埋件,通過螺栓或焊接等機械連接方式固定墻板。 |
先安裝法PC構件連接部位的自然粗糙面制作效果是新舊混凝土連接成為整體的關鍵技術,在香港已經(jīng)十分普及。 |
構件之間連接的性能區(qū)別:無縫和明縫 |
新舊混凝土被“無縫連接”,施工縫處具備一定的自防水性能,一般不需額外處理,也不需要后期維護。 |
構件之間存在宏觀的明縫,必須進行填縫處理,以提高房屋的防水、防火、隔音性能。 |
后裝法對填縫材質(zhì)的強度、彈性、耐久性要求較高,目前主要依靠進口,維護周期約5~20年。 |
PC墻板精度要求 |
構件邊緣一般有伸出連接鋼筋,接合面設有鍵槽或自然粗糙面,現(xiàn)澆部分可適應PC墻板的誤差,因此對PC墻板的精度要求較低。 |
構件邊緣一般不出鋼筋,而是在構件表面預留預埋連接螺栓或埋件,PC墻板的尺寸以及各連接件的位置要求十分精確,否則將影響安裝。 |
在后安裝法施工中,如果構件精度不高,或者主體結構的精度不高,將導致PC墻板無法正確地安裝。 |
水電管線的做法區(qū)別 |
可以類似于現(xiàn)澆結構在PC墻板中預留預埋暗管或暗線,在現(xiàn)場通過現(xiàn)澆部位連接成為系統(tǒng)。 |
由于構件之間成為“硬碰硬”式的連接,一般只能在PC墻板表面走明線明管。 |
日本工法只能采用SI的理念,必須要做精裝修來處理明線明管,無形中提高了工程造價。 |
PC墻板的生產(chǎn)成本 |
由于出筋的需要,模具制作和裝、拆模具相對復雜,構件的生產(chǎn)成本略高。 |
模具構造簡單,但對模具的制作精度要求非常高,構件的生產(chǎn)成本略低。 |
后安裝法模具費用高、預埋件費用高,目前“日本工法”的構件成本是“香港工法”的2倍左右 |
對工程進度的影響 |
結構封頂時等于主體和PC外墻已經(jīng)完工 |
PC外墻的安裝滯后于主體結構施工 |
從以上對比的內(nèi)容不難看出,“日本工法”以干式作業(yè)為主,其結構體系更趨向于“裝配式結構”,而香港工法提倡預制與現(xiàn)澆相結合,結構體系為“裝配整體式結構”,從在編的國家行業(yè)標準《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》內(nèi)容來看,國內(nèi)PC住宅的發(fā)展方向是裝配整體式結構,國內(nèi)眾多企業(yè)在PC外墻技術的發(fā)展趨勢也與此相符,比如萬科、長沙遠大都經(jīng)歷了從學習“日本工法”開始,后來逐步轉變?yōu)?ldquo;香港工法”而走向成熟運用,萬科集團、黑龍江宇輝、中南建設、山東萬斯達也都采用了“先立墻、后澆筑”的施工方法,走的是裝配整體式結構的道路,這些用先安裝工法建造的PC住宅,其性能與傳統(tǒng)工藝建造的住宅基本沒有區(qū)別。
對PC住宅預制外墻的安裝工法研究,其意義不是簡單地聚焦于“先裝”還是“后裝”,在于兩種不同的工法在前期的結構設計、構造方法、構件模具、構件生產(chǎn)、安裝施工環(huán)節(jié)存在著重大區(qū)別,并且對房屋性能、建筑成本方面影響巨大,對于合理確定PC住宅的技術路線和結構體系具有重要的意義。“香港工法”比較適合當前中國住宅產(chǎn)業(yè)化重點發(fā)展“裝配整體式結構”的現(xiàn)狀,而“純裝配式”的“日本工法”則可用于公共性建筑。
作者簡介
谷明旺,全國一級注冊結構工程師,中國水泥與混凝土制品協(xié)會預制構件分會副秘書長,深圳市現(xiàn)代營造科技有限公司總經(jīng)理