日本、歐洲、中國的裝配式建築到底有何不同？

作者丨楊思忠 北京市住宅產業化集團股份有限公司

節選自《國內外裝配式建築技術特點及其發展探索》

日本

一、日本的建築工業化的發展歷程

啟示:

? 「追求數量」、「數量質量並重」、「綜合品質提升」三個階段

? 「主體工業化」與「內裝工業化」協調發展

日本的建築工業化是在滿足住宅市場需求、不斷提高住宅品質的過程中逐步發展起來的。戰後日本面臨的最大問題就是住房緊缺。據不完全統計, 20世紀40年代日本當時缺房戶達420萬戶，占當時人口1/4。為了解決「房荒」問題，日本政府開始採用工廠生產住宅的方法進行大規模的住宅建造。直到60年代初住房問題才得到緩解。此後，日本的住宅建造逐步實現了從「單純追求數量」到「數量與質量並重」再到「多方面綜合發展」的轉變,並在政府的大力支持下獲得了快速發展。經過近60多年的發展，日本的住宅產業已形成「一套較完整體系」，是住宅產業化發展最為成熟的國家之一。

日本的建築工業化發展道路與其他國家相比差異較大，除了主體結構工業化之外，藉助於其在內裝部品方面發達成熟的「產品體系」，日本在內裝工業化方面發展同樣非常迅速，形成了「主體工業化」與「內裝工業化」協調發展格局。從上世紀六十年代到九十年代,工業化住宅占所有住宅比例從10%提升到28%左右。

二、主體結構工業化體系分類

日本的主體結構工業化以預製裝配式混凝土PC結構為主，同時在多層住宅中也大量採用鋼結構集成住宅和木結構住宅。

?PC結構住宅經歷了從WPC(預製混凝土牆板結構)到RPC(預製混凝土框架結構)、WRPC(預製混凝土框架-牆板結構)、HRPC(預製混凝土-鋼混合結構)的發展過程，具體的發展示意如下圖所示。

三、WPC結構體系

?日本的WPC體系主要由PC牆板組成結構的豎向承重體系和水平抗側力體系，PC牆板與PC樓板之間，以及PC牆板自身之間採用乾式連接或半乾式連接。

?WPC體系作為一種簡易連接的PC結構體系，在日本主要適用於5層及以下縱橫牆布置均勻的住宅類建築。WPC體系是日本工業化住宅早期發展的主要結構形式之一，目前在日本已經較少採用WPC工法體系。

日本WPC工法體系示意

?在WPC工法的基礎上，結合PC框架及濕式連接節點，研發出了帶預製牆板的PC框架-牆板體系(WRPC)，其主要運用在6-15層的住宅中。

?由於採用部分PC框架代替了PC牆板，因此其建築平面布局更加靈活，同時由於採用濕式連接節點，因此其整體結構的安全性、抗震性能及適用高度都有所提高。

?為適應建築平面布局和PC結構體系特點，其採用的PC框架柱通常為扁平型的壁式框架，PC牆板可以是單向布置，也可以是雙向布置。

日本WRPC工法體系示意

四、RPC結構體系

?日本大量採用PC框架體系(RPC)，基於日本建築結構設計方法，有如下特點：

1. 由於框架結構延性好、抗震性能好、結構受力明確、計算簡單，日本的混凝土結構自身以鋼筋混凝土框架結構為主。

2. 由於填充和圍護結構大量採用成品輕質板材，且板材與主體結構之間採用柔性連接，因此日本的混凝土框架結構在地震作用下的層間變位限值要明顯大於我國，同時結合高強混凝土、高強鋼筋、建築減隔震措施的運用，日本的混凝土框架結構可以運用在高層或超高層建築中。

3. 日本的住宅一般為精裝修交房，且大量採用SI內裝工業化體系，採用集成化內裝部品，因此框架結構自身的梁、柱對建築戶型影響較小。

4. PC框架體系在等同現澆的設計思路下，其構件的加工和現場安裝施工相對於其他體系而言要簡單方便。

日本RPC工法體系示意

五、HPC結構體系

雖然日本的PC結構體系以RPC為主，但日本的各大建築企業在此基礎上均研發了一些具有各自技術特點的其他PC工法體系，其中HPC工法就是典型案例。

HPC工法是將鋼結構與PC結構相融合的PC工法，結合了預製混凝土結構和鋼結構的優點，廣泛運用於辦公類建築中。

日本HPC工法示意和工程實例

六、如何做框架？

日本考察交流：日本並非所有的高層建築都採用隔震、減震等措施，大部分還是採用傳統的抗震構造，超高層住宅幾乎清一色為框架結構。

近年來隨著技術的進步和要求的不斷提高，特別是311大地震後，在日本採用隔震、減震措施的建築越來越多，也是將來的一大趨勢。

在以抗震構造設計的超高層框架結構中，不可避免的會有大柱、大梁，影響室內使用。

日本框架結構超高層住宅（48+2層）施工速度統計

解決辦法：

? 採用高強鋼筋和高強混凝土來減小構件尺寸。

?東雲項目樑柱主筋強度等級為490MPa，箍筋685Mpa，首層柱混凝土強度60Mpa，而東京雙塔則高達130Mpa。

日本RPC結構混凝土強度

解決辦法：

? 通過合理的戶型分割並配合精裝修來盡量減少大柱、大梁對室內空間的影響；

? 日本還有一套比較合理的面積計算原則，建築面積只計算套內面積，陽台、過道則不算面積。

邊梁外推及上反梁設計

七、日本為什麼用固定台座工藝？

配備自動生產設備的固定台座工藝

日本RPC結構套筒灌漿施工

歐洲

一、歐洲的雙面疊合剪力牆結構體系

雙面疊合剪力牆結構體系：由疊合牆板、疊合樓板、疊合梁以及疊合陽台等構件，輔以必要的現澆混凝土形成的剪力牆結構。

? 優點：上下層剪力牆現澆連接，內外牆板與內芯整體受力；預製部分代替了部分模板，可全自動化生產。

? 缺點：適用範圍目前受限。

雙面疊合剪力牆

疊合樓板

疊合陽台

疊合梁

預製樓梯

邊緣構件構造形式

中國雙面疊合剪力牆結構體系標準發展

中國

一、中國的中高層住宅以剪力牆結構為主

優點：

?用鋼筋混凝土牆板來代替框架結構中的樑柱，同時承受全部水平和豎向荷載；

?側向剛度大，空間整體性好，水平力作用下抵抗變形的能力牆強，抗震性能好，材料用量省；

?房間內不會露樑柱，整齊美觀，不影響使用。

缺點：

?不容易滿足大空間需求的房間，空間改造麻煩；

?理論計算方法比較複雜，尤其是剪力牆開洞的影響；

?由於空間分割及牆體開洞，構件標準化比較困難。

適宜於建造層數較多、對大空間要求不高的高層建築，如住宅。

差異原因：

國內外差異-- 歷史、文化

中國：秦磚漢瓦；不希望露梁露柱。民眾對日照要求較高，板式建築受歡迎。

國外：傳統木結構

國內外差異– 標準規範

土地緊缺，以高層為主

按照國家抗震和高層建築規範要求，高層建築以剪力牆和框架-剪力牆結構為主，框架結構的使用高度和層間位移角控制較嚴。

國內外差異– 經濟發展

二、結構體系選擇

現階段推進工業化，應立足於中國規範標準體系、經濟技術發展水平、行業發展水平和客戶需求，並且充分考慮中國不同地區的特點和要求，選擇並發展適合於本地區特點的工業化結構體系和技術體系，循序漸進的推進工業化進程。

? 從技術角度講，框架結構受力明確，構件易於標準化、定型化，也利於採用SI分離技術，最適合作為工業化結構體系，應積極進行研究。

? 應積極發展新型剪力牆結構體系。

三、EVE裝配式剪力牆結構建築體系

預製樓梯成組立模

EVE預製圓孔牆板成組立模生產線

四、鋼結構外牆板維護結構

北京成壽寺B5地塊定向安置房項目

五、縱肋疊合剪力牆體系——北京市住宅產業化集團

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