PC技術(shù)簡介及其在實際工程中的應(yīng)用
1、PC技術(shù)的概念和優(yōu)勢
PC技術(shù)是建筑工業(yè)化非常重要的一部分。關(guān)于PC技術(shù),萬科給出的定義是:PC技術(shù)即預(yù)制混凝土構(gòu)件技術(shù),它是以提升產(chǎn)品品質(zhì)性能為目的,以提升產(chǎn)品生產(chǎn)效能、提升客戶價值為目標,通過研究客戶需求、產(chǎn)品定型,進而實現(xiàn)工廠預(yù)制、現(xiàn)場裝配的生產(chǎn)方式。PC技術(shù)最大的優(yōu)勢是可以讓造房子像造汽車一樣,縮短建筑周期,減少能源消耗,降低建設(shè)成本。這些可以從以下數(shù)據(jù)得到說明:
(1)由于施工水平方面的差距,國內(nèi)房產(chǎn)企業(yè)的效益是美國的1/5,是日本的1/10。
(2)傳統(tǒng)作業(yè)時大量工人在施工現(xiàn)場的高空墜落、觸電、物體打擊等是事故頻發(fā)率最高的三項。而工廠化把大量工地作業(yè)移到工廠,現(xiàn)場工人最多可減少89%,大大減少了現(xiàn)場安全事故發(fā)生率。
(3)PC樓的土建工期比普通住宅可縮短30%,滲漏、開裂、空鼓、房間尺寸偏差等質(zhì)量通病可降為零。
(4)現(xiàn)場垃圾減少83%,材料損耗減少60%,可回收材料占66%,建筑節(jié)能50%以上,建造周期減少70%,PC綜合節(jié)水效果36%,整體節(jié)能減排達到60%的標準。
據(jù)不完全統(tǒng)計,按現(xiàn)有的開發(fā)量估算,到2012年,如果整個住宅行業(yè)都實行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),社會資源年消耗的節(jié)約可達到:1)節(jié)約能耗90.4萬t標準煤,相當(dāng)于22.6億度電量,約為葛洲壩發(fā)電站2個月的發(fā)電總量;2)節(jié)約用水20 340萬m3,約為19個杭州西湖的水量;3)節(jié)約混凝土損耗142.4萬m3,相當(dāng)于285棟18層住宅混凝土用量;4)減少鋼材損耗13.56萬t,相當(dāng)于188棟18層住宅用鋼量。
2、國外工業(yè)化發(fā)展進程和各國PC技術(shù)簡述
歐洲自20世紀20~70年代在住宅工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化方面持續(xù)不斷地發(fā)展并相對成熟,從20世紀80年代開始注重住宅的節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展和提高住宅品質(zhì)等綜合性能。
在亞洲,日本、新加坡和中國香港工業(yè)化相對成熟。日本在20世紀60年代初住宅需求急劇增加,為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和效率,開始對住宅實行部品化、批量化生產(chǎn),20世紀70年代是日本住宅產(chǎn)業(yè)的成熟期。新加坡的PC技術(shù)發(fā)展有近30年的歷史,預(yù)制混凝土在公共住宅建設(shè)中的市場份額已從1996年的30%增加到2001年的60%。香港的PC技術(shù)發(fā)展也有近20年的歷史,香港政府為支持住宅產(chǎn)業(yè)化的推行,對采用PC技術(shù)的項目在容積率指標上比非PC體系的項目優(yōu)惠10%。同時專設(shè)香港建筑事務(wù)監(jiān)督屋宇署,對PC進行品質(zhì)控制和質(zhì)量監(jiān)督。筆者參觀香港大角咀PC住宅項目,整個小區(qū)50多棟住宅,每棟為58層的超高層住宅,每單元8戶的標準戶型,全部采用標準PCF外墻體系。
在我國大陸早就有PC這種工法的應(yīng)用,上海中森在進行萬科金色里程項目實踐時還沒有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范及政策支持,如何使海外的先進技術(shù)與我國現(xiàn)有的設(shè)計標準相融合、匹配,最終配合相關(guān)部門形成行業(yè)標準,需要設(shè)計單位通過配件工廠及施工現(xiàn)場進行大量的研討和試驗工作。
萬科是國內(nèi)最早將住宅產(chǎn)業(yè)化作為重要的戰(zhàn)略目標,并將產(chǎn)業(yè)技術(shù)投入到商業(yè)開發(fā)的地產(chǎn)公司。一方面是其敏銳地認識到由于節(jié)能環(huán)保問題日趨突出,未來政府對施工現(xiàn)場提出限制性政策的可能性很大;另一方面則是為了保持自身銷售規(guī)模的可持續(xù)發(fā)展。萬科要在建筑品質(zhì)、客戶滿意度、管理水平及能耗等方面做得比過去更好,就必須改變傳統(tǒng)的建造方式,這些都促使萬科下決心做PC。
萬科最早學(xué)習(xí)的是香港的預(yù)制混凝土外墻技術(shù),而在做完1號實驗樓之后,萬科開始向日本學(xué)習(xí),其中很大的一個原因是香港地區(qū)大多數(shù)建筑僅使用預(yù)制混凝土外墻,而日本多使用有結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范的裝配整體式預(yù)制混凝土住宅。
3、日本PC模式與中國香港PC模式的比較
3.1 PC的應(yīng)用范圍比較
(1)中國香港:PC結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要包括陽臺、樓梯、凸窗、空調(diào)板及PCF墻板五部分,主要應(yīng)用于高層住宅和公寓,多以剪力墻結(jié)構(gòu)體系為主;對梁、柱、樓板的PC構(gòu)件應(yīng)用目前僅用于少量5層以下的中小學(xué)等框架結(jié)構(gòu)(圖1,2)。
圖1 香港PC工程現(xiàn)場照片-大角咀住宅項目
圖2 香港PC工程現(xiàn)場照片-香港數(shù)碼港住宅項目
(2)日本:對PC結(jié)構(gòu)構(gòu)件沒有太多限制,除陽臺、樓梯、凸窗、空調(diào)板、PCF墻板五部分外,梁、柱、樓板,包括整體衛(wèi)生間、整體廚房等均可使用,所以評價日本的建筑是否采用PC不單純指哪些構(gòu)件,而是看它采用PC的百分比,比如80%的PC,甚至做到100%的PC,即整棟樓全部工廠裝配。
3.2 構(gòu)件配筋方式的比較
香港模式的PCF構(gòu)件采用普通直錨式拉結(jié)筋,混凝土板無加強構(gòu)造,預(yù)制構(gòu)件的剛度較小,強度也不能保證,在運輸和吊裝等施工過程中會產(chǎn)生裂縫及較大變形,必須采取補強設(shè)備防止構(gòu)件破壞,這樣就使施工成本增加較多。直錨式鋼筋是一種開放式的拉結(jié)筋,構(gòu)造相對簡單,只適用于香港這種非抗震地區(qū)使用。香港PCF板的厚度多為100mm(圖3)。
圖3 香港構(gòu)件配筋方式
日本模式的PCF構(gòu)件采用縱橫雙向桁架筋,可以保證預(yù)制構(gòu)件在脫模、運輸、吊裝、存放過程中具有足夠的剛度和強度,不產(chǎn)生裂縫及過大的撓度變形。桁架筋是一種封閉式的拉結(jié)5筋,能使預(yù)制構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件疊合得更牢固,整體性更強,具有良好的抗震性,適合抗震地區(qū)使用(圖4)。
圖4 日本構(gòu)件配筋方式
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3.3 PCF與結(jié)構(gòu)主體關(guān)系的比較
香港模式的PCF為純外掛構(gòu)件,不參與結(jié)構(gòu)主體受力工作,所以構(gòu)造配筋較簡單。
日本模式的PCF可將PC內(nèi)部一定的厚度與結(jié)構(gòu)外墻或框架柱的鋼筋保護層疊加工作,從而減小外墻厚度,增加可用面積。
3.4 適用范圍的比較
香港PC模式是近年來在日本模式的基礎(chǔ)上模仿、簡化以適應(yīng)香港當(dāng)?shù)氐那闆r而總結(jié)出來的一種模式,相對日本模式,香港模式較為粗糙、節(jié)點簡單,但沒有規(guī)范限制,可操作性強。純?nèi)毡綪C結(jié)構(gòu)體系在我國無法完全照用,因為我們沒有相應(yīng)的計算軟件、驗算方法和規(guī)范可遵循,沒辦法將PCF的一部分加入結(jié)構(gòu)主體計算。而日本各大建設(shè)集團均有完善的設(shè)計、制造工法,相當(dāng)于行業(yè)標準,其是以雄厚的建設(shè)集團的試驗基地和實踐項目積累出的經(jīng)驗數(shù)據(jù)為后盾。作為多地震國家,日本PC工法形成了完整、可靠的設(shè)計制作施工流程。
4、PC技術(shù)在萬科金色里程B04地塊項目中應(yīng)用
4.1 規(guī)劃和建筑設(shè)計
本項目地處上海市浦東新區(qū)中環(huán)線內(nèi),項目總用地面積為80866m2,其中B04-1地塊面積為11000m2,屬綠化用地;B04-2地塊面積為69 413.7m2,屬住宅用地??偨ㄖ娣e13.6萬m2,共建造房屋28幢,其中住宅27幢,配套公建1幢??砂仓镁用?66戶,近3000人;小區(qū)容積率1.5,建筑密度20%,綠化率50%。其中采用PC技術(shù)的1-7#高層住宅建筑面積達81252m2(圖5)。
圖5 萬科金色里程整體鳥瞰圖
小區(qū)住宅樓主要為高層單元式住宅樓和多層排屋。其中低于90m2的中小房型占了73%。高層住宅為一梯兩戶,住宅平面設(shè)計功能合理,設(shè)施完善,分區(qū)明確,流線順暢。起居廳、主臥均朝向南面,滿足使用要求的同時又保證景觀的利好性。多層住宅以4層的四拼和六拼為主,帶地下室,內(nèi)部布局合理有序。建筑形式格調(diào)高雅,追求建筑自身的光影、虛實變化,并能從材質(zhì)和色彩上體現(xiàn)出高貴的品質(zhì)。
本次設(shè)計高層部分采用“PC結(jié)構(gòu)工程”,即對樓房的一些部件,在工廠加工完成,再到工地現(xiàn)場進行拼裝。本次設(shè)計對建筑的外墻、樓梯、陽臺、凸窗、空調(diào)板五個部位進行預(yù)制。立面造型以簡潔的體量強調(diào)建筑的雕塑感。為達到簡潔體量的目的,建筑的凸窗、陽臺、挑臺等均由PC外墻工廠加工完成。在高層建筑上強調(diào)建筑的水平線條與垂直線條的交叉,在完善體量的同時,又強調(diào)出建筑的高聳形態(tài);而多層住宅則以塊面的構(gòu)成與開窗的形式強調(diào)建筑的幾何美感,并通過材料的質(zhì)感及顏色的變化,使整個建筑親切、自然又極富時代感(圖6~9)。
圖6 萬科金色里程高層住宅外觀
圖7 萬科金色里程高層住宅外觀細部
圖8 萬科金色里程住宅平面圖
圖9 萬科金色里程住宅立面圖
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4.2 PC建造技術(shù)的應(yīng)用
本工程的建筑主體結(jié)構(gòu)形式為剪力墻,外掛預(yù)制混凝土墻板、預(yù)制混凝土陽臺、凸窗、空調(diào)板等構(gòu)件。除了使用了上述各預(yù)制構(gòu)件,還運用了預(yù)制混凝土樓梯技術(shù)。
運用PC建造技術(shù)的優(yōu)點可概括為以下幾方面:
(1)外墻PC板。外墻面磚牢固;外面磚效果精準(工廠內(nèi)統(tǒng)一鋪貼成型);減少滲漏幾率;建造速度明顯加快;減少人力投入;施工質(zhì)量可控;減少模板使用量;標準戶型被劃分為幾個組成構(gòu)件,工廠有序、保質(zhì)、保量地提前生產(chǎn),施工現(xiàn)場除現(xiàn)澆承重剪力墻部位,主要是吊裝外掛PC墻板和陽臺凸窗等PC構(gòu)件以及澆合承重部位及預(yù)制構(gòu)件,人力物力的投入大大減少,傳統(tǒng)需要10個月完成的工作量僅需6個月即可完成,而且節(jié)約了80%的勞動力(圖10~12)。
圖10 萬科金色里程A軸預(yù)制板裝配圖
圖11 萬科金色里程PC墻體施工圖
圖12 萬科金色里程現(xiàn)場施工
(2)PC的連接防水。改傳統(tǒng)的材料粘結(jié)性防水變?yōu)闃?gòu)造輸導(dǎo)性防水,漏水幾率大大降低,同時不會積水返潮(圖13~15)。
圖13 板縫接口縱斷面圖
圖14 金屬壓條縱斷面圖
圖15 板縫接口橫斷面圖
(3)PC的門、窗預(yù)埋。窗整體性、氣密性好;門窗牢固程度大大增加;幾乎沒有門窗變形(窗框在工廠生產(chǎn)過程中已預(yù)埋至預(yù)制構(gòu)件,精準而變形微?。?
(4)PC凸窗構(gòu)件。結(jié)構(gòu)整體性好;外觀精致(將復(fù)雜的凸窗在工廠由鋼模精確加工,施工質(zhì)量提升)。
(5)PC陽臺、PC空調(diào)板構(gòu)件。陽臺、空調(diào)板的預(yù)制構(gòu)件尺寸精確,方便擺放電器;排水系統(tǒng)無二次污染,不易堵塞(在預(yù)制陽臺或空調(diào)板構(gòu)件中,同時考慮并預(yù)留了設(shè)備專業(yè)的孔、洞、預(yù)埋件等,實現(xiàn)一步到位或方便安裝的施工裝修現(xiàn)場);欄桿造型精致(在預(yù)制陽臺構(gòu)件中,預(yù)埋了安裝欄桿扶手的安裝件,無須現(xiàn)場焊接,質(zhì)量與美觀兼具);減少模板用量;減少腳手架(陽臺構(gòu)件等吊裝后可增加人員可操作面)(圖16,17)。
圖16 萬科金色里程陽臺平面放大圖
圖17 局部墻體留洞圖
(6)PC樓梯構(gòu)件。樓梯平整并且踏步高度、寬度精確、統(tǒng)一,在逃生時絆倒幾率大大降低;減少模板重復(fù)用量,節(jié)材節(jié)時,質(zhì)量提高。
4.3 SI工法的室內(nèi)裝修工法
由于外部采用了PC構(gòu)件的“外保護層”,故萬科金色里程1-7#高層住宅采用了EPS板外墻內(nèi)保溫體系,節(jié)能環(huán)保,外立面效果出色。加之本工程采用了前沿的SI工法進行室內(nèi)精裝修,結(jié)合內(nèi)保溫施工,縮短了工期,提升了質(zhì)量。所謂SI工法就是指骨架體(支撐體)和填充體(內(nèi)裝體)完全分離的一種施工方法,也是創(chuàng)造長壽命、可變、可持續(xù)使用居所的施工體系。
金色里程1-7#高層住宅項目體現(xiàn)SI工法的室內(nèi)裝修工法主要有以下幾點:
(1)架空樓板。管線和結(jié)構(gòu)完全脫離,安拆方便;管線不接觸鋼筋混凝土,使用年限長;結(jié)構(gòu)減少開鑿量,結(jié)構(gòu)本身質(zhì)量提升;減少了濕作業(yè),縮短了工期;地板更有彈性,對于兒童更加安全;更可在架空層中鋪設(shè)地暖,提升住宅品質(zhì)。
(2)輕鋼龍骨石膏板隔墻。房間可自由分隔;室內(nèi)隔氣隔聲效果好;無返潮;管線便于更換維修;室內(nèi)空間可變,實現(xiàn)幾代人都可居住同一個“家”。
(3)同層排水。物權(quán)問題得到解決;減少阻塞和返水,有效解決噪聲和滲漏,節(jié)約水源;更換馬桶無須樓板打孔,減少樓板開洞,對結(jié)構(gòu)有利。
(4)輕鋼龍骨薄吊頂系統(tǒng)。管線脫離于結(jié)構(gòu)之外,維修、更換方便;不同設(shè)備管線各行其道,更加安全可靠,使用壽命增加,真正讓住宅“由內(nèi)到外”都可持續(xù)化。
5、結(jié)語
作為萬科戰(zhàn)略合作伙伴之一的中國院上海中森,參與了萬科繼金色里程一期兩棟PC實驗樓項目之后的二期項目設(shè)計。經(jīng)過比較,我們?nèi)诤先毡竞拖愀跴C的工法,結(jié)合90m2小戶型特點,采取了以下措施:
(1)結(jié)構(gòu)主體采用剪力墻體系,使室內(nèi)小空間盡量完整。
(2)在PC應(yīng)用范圍上參照香港模式,外圍護體系為純PCF形式,樓梯段為PC構(gòu)件。
(3)在PC與結(jié)構(gòu)主體關(guān)系上以PC不參與主體工作、純外掛考慮,使項目在工期緊、無法進行實驗檢驗的情況下,得到相關(guān)部門的批準,盡快合法化。
(4)借鑒和發(fā)揮日本PC工法的優(yōu)勢,細部節(jié)點處理細致,安全性能好,交接縫的防水措施牢固,外部構(gòu)件的配置更美觀、人性化。
(5)PC外墻厚度盡量減薄,發(fā)揮日本PCF豐富的計算經(jīng)驗和縝密的配筋方案,由原來的95mm減到85mm,加大了使用空間。
編輯:陳宗勤
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