李國強:鋼結構工業化系統集成建筑
發布時間:2016-01-30 14:20:23   文章欄目:行業新聞   瀏覽次數:
李國強(同濟大學、國家土建結構預制裝配化工程技術研究中心)
  
  1、工業化建筑現狀
  
  建筑業的地位及影響
  
  建筑業:國民經濟的支柱產業
  
  全社會50%以上固定資產投資,要通過建筑業才能形成新的生產能力或使用價值。
  
  建筑業總產值:GDP 的20%以上建筑業技術進步,對經濟、社會影響巨大。
  
  建筑能耗:32%國家全部能耗。是最大單項能耗行業。
  
  三次工業革命對制造業的推動
  
  第一次工業革命:(18世紀從英國發起)瓦特發明蒸汽機,以機器代替手工勞動,生產力大大提高。
  
  第二次工業革命:(19世紀七十年代)電力廣泛應用,實現電氣化、自動化,生產力進一步提高。
  
  第三次工業革命:(發端美國,始于二戰后初期)計算機的發明和應用,實現信息化,生產效率大大提高。
  
  建筑業的現狀
  
  現場手工建造為主,導致問題:建造效率低、資源浪費、品質難以保障、對環境影響大。
  
  工業化建造:工廠化制造+ 機械化裝配+ 信息化管理
  
  部品工廠預制+ 產品現場裝配= 預制裝配
  
  解決建筑業現狀問題的途徑:工業化建造
  
  國家戰略需求:高效、優質、節約、環保
  
  產業轉型升級需求:勞動力成本快速增長的挑戰
  
  國家的相關政策
  
  國務院2013年1號文《綠色建筑行動方案》(2013.1.4):大力發展綠色建材;推動建筑工業化;加大政策激勵。
  
  住建部,國家《建筑業發展“十二五”規劃》(2011):“加強技術創新和任務”中第3項任務:積極推動建筑工業化。
  
  結構件、部品的標準化。
  
  提高構配件工業化制造水平。
  
  鼓勵在工程上采用制造、裝配方式,提高機械化施工水平。
  
  工信部,《中國“兩化”融合發展報告》藍皮書(2011):加強建筑企業信息化建設,不斷提高信息技術應用水平
  
  地方政府的相關政策
  
  2013年,上海市政府滬府辦〔2013〕52號文件。
  
  住宅單體預制率應不低于15%(中環內25%),預制外墻面積不低于50%,制定土地、規劃、金融、財政、稅收等方面的配套鼓勵政策。
  
  2012年,南京市建立中國建筑工業化創新特區
  
  2011年,沈陽市創建國家現代建筑產業化示范城市。
  
  2012年,北京市在原規劃的基礎上,獎勵3%的建筑面積。
  
  國家土建結構預制裝配化工程技術研究中心
  
  2013年科技部批準組建我國唯一建筑工業化國家級研發平臺。
  
  工程中心技術對象:裝配式建筑、裝配式橋梁
  
  工程中心四大建設任務
  
  工程中心四大研發平臺建設
  
  土建結構預制裝配化技術行業公共研發平臺
  
  ◆裝配式建筑技術研發平臺
  
  ◆裝配式工程結構技術研發平臺
  
  ◆專用裝備與工藝技術研發平臺
  
  ◆信息化管理技術研發平臺
  
  IM (Building Information Modelling)
  
  建筑建造全過程信息交互與管理
  
  2、鋼結構工業化建筑主要形式
  
  工業化建筑體系類型
  
  按主要構件材料劃分:木結構、混凝土結構、鋼結構。
  
  按建筑體系構成劃分:
  
  ◆一維體系:梁、柱構件拼裝成框架。
  
  ◆二維體系:墻板、樓板拼裝成建筑。
  
  ◆三維體系:箱體和箱體拼裝成建筑。
  
  ◆混合體系:以上體系的混合。
  
  木結構工業化建筑
  
  ◆一維體系:木框架。
  
  ◆二維體系:板式結構。
  
  ◆三維體系:箱式結構。
  
  混凝土結構工業化建筑
  
  ◆一維體系:預制梁柱構件。
  
  ◆二維體系:預制墻樓板。
  
  ◆三維體系:箱式結構。
  
  鋼結構工業化建筑
  
  ◆一維體系:鋼框架。
  
  ◆二維體系:板式結構。
  
  ◆三維體系:箱式結構。
  
  工廠化程度:一維體系< 二維體系< 三維體系。
  
  個性化程度:一維體系> 二維體系> 三維體系。
  
  鋼結構建筑是一種綠色建筑,低碳環保
  
  ◆材料的回收和再生利用率高,可達70%。
  
  ◆鋼結構建筑建造及拆卸后產生的建筑垃圾僅為混凝土建筑1/4。
  
  板結構型式
  
  幾種工業化建筑體系的對比
  
  木結構特點:生態環保。
  
  預制混凝:符合用戶使用習慣。
  
  土裝配鋼結構:最適宜工業化建造。
  
  核心問題:材料來源受限、運輸和安裝不方便、墻體與結構構件的配合不方便。
  
  瓶頸:1)規模小、成本高;2)沒有形成產業體系。
  
  3、關鍵技術
  
  “工業化建筑”特征
  
  ◆工業化建造
  
  建筑工業化建造是將建筑部品在工廠預制,實
  
  行社會化、商品化生產,現場采用機械化裝配,減少人工作業。
  
  ◆系統集成
  
  包含結構系統、維護系統、水暖電系統和內裝修系統的集成,形成滿足使用功能需求的預制轉配式建筑產品。
  
  ◇模數化、標準化建筑體系
  
  ◇建筑圍護體系
  
  ◇建筑部品連接
  
  ◇建筑系統集成
  
  模數化、標準化建筑體系
  
  ◇建筑體系模數化
  
  ◇建筑部品系列化
  
  ◇基于建筑標準化的多樣化
  
  一種適應建筑多樣性的結構方案:束柱體系
  
  優點: 梁與柱可以錯位搭接,適應住宅平面布置不規則的要求;由束柱提供結構抗側剛度與承載力,梁與束柱(單柱)可鉸接;所有現場連接節點采用螺栓連接,實現快速裝配。
  
  建筑圍護體系:墻板、樓板
  
  預制混凝土保溫外墻
  
  復合墻板
  
  建筑部品連接: 墻板與結構的連接、墻板與墻板的連接、結構構件間的連接。
  
  鋼結構剛性連接不便于螺栓連接:便于結構連接的裝配式鋼結構減震建筑。
  
  整體技術方案(結構):將整體結構分成承重和抗側力兩個體系、 結構承重體系為鉸接框架、 結構抗側力體系為減震結構。
  
  建筑系統集成  皮:外圍護系統;骨:結構系統;膽:設備、家具、裝修;筋:管線。
  
  設備管線系統(筋)
  
  設備管線系統包括暖通與空調系統、給水排水設備系統、燃氣設備系統、電氣與照明系統、消防系統、電梯系統、新能源系統、智能化系統。
  
  自抗側結構—聯肢剪力墻具有較好抗震性能
  
  原因:
  
  1)小震和風作用時,連梁聯系聯肢墻整體工作,剛度較大;
  
  2)中震、大震時,連梁屈服耗能減震。
  
  4、發展策略
  
  目前的問題:
  
  工業化建筑體系還不完善
  
  還沒有被社會普遍接受的工業化民用建筑
  
  工業化建筑配套體系還不完善
  
  配套部品、連接構造還不完善,成本較高
  
  工業化建筑建造體系還不完善
  
  設計、施工分離
  
  工業化建筑認證體系尚未建立
  
  預制建筑部品及裝配整體建筑性能如何保證?
  
  我國發展工業化建筑的策略
  
  產業鏈:開發商→ 建筑供應商→ 部品供應商→ 材料商。
  
  建筑供應商: 設計、施工一體化
  
  認證體系: 部品認證→ 集成建筑認證
  
  兩大支撐: 政府政策+ 技術研發
  
  產業聯盟: 材料、部品、設計、建造、科研、集成
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