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德国装配式建筑一出,日本人也得靠边站!

文章来源:信息来源:中国幕墙工程网  作者:  日期:2017-08-09 11:00:53
文章概括 :

目前,大力发展装配式建筑已经成为我国推动建筑业转型升级的重大战略。鉴于目前我国装配式建筑还处于试点示范到全面推广的过渡阶段,发展过程中还存在一些技术问题有待进一步研究解决;而德国装配式建筑标准规范体系较完善,技术水平也较先进,可供我国装配式建筑研究和实施提供借鉴。


1. 德国装配式建筑发展概况


1.1  德国装配式建筑的起源

德国以及其他欧洲发达国家建筑工业化起源于1920年代,其推动因素主要有两方面:

社会经济因素:城市化发展需要以较低的造价、迅速建设大量住宅、办公和厂房等建筑。

建筑审美因素:建筑及设计界摒弃古典建筑形式及其复杂的装饰,崇尚极简的新型建筑美学,尝试新建筑材料(混凝土、钢材、玻璃)的表现力。在雅典宪章所推崇的城市功能分区思想指导下,建设大规模居住区,促进了建筑工业化的应用。

在1920年代以前,欧洲建筑通常呈现为传统建筑形式,套用不同历史时期形成的建筑样式,此类建筑的特点是大量应用装饰构件,需要大量人工劳动和手工艺匠人的高水平技术。随着欧洲国家迈入工业化和城市化进程,农村人口大量流向城市,需要在较短时间内建造大量住宅办公和厂房等建筑。标准化、预制混凝土大板建造技术能够缩短建造时间、降低造价因而首先应运而生。

德国最早的预制混凝土板式建筑是1926-1930年间在柏林利希藤伯格-弗里德希菲尔德(Berlin-Lichtenberg, Friedrichsfelde)建造的战争伤残军人住宅区。该项目共有138套住宅,为2~3层楼建筑。如今该项目的名称是施普朗曼(Splanemann)居住区。该项目采用现场预制混凝土多层复合板材构件,构件最大质量达到7t。


图01 德国最早的预制混凝土建筑-—

柏林施普朗曼居住小区


1.2 二次大战后德国大规模装配式住宅建设

二次大战结束以后,由于战争破坏和大量战争难民回归本土,德国住宅严重紧缺。德国用预制混凝土大板技术建造了大量住宅建筑。这些大板建筑为解决当年住宅紧缺问题做出了巨大贡献,但今天这些大板建筑不再受欢迎,不少缺少维护更新的大板居住区已成为社会底层人群聚集地,导致犯罪率高等社会问题,深受人们的诟病,成为城市更新首先要改造的对象,有些地区已经开始大面积拆除这些大板建筑。

1.3德国目前装配式建筑发展概况

与常规现浇加砌体建造方式相比,预制混凝土大板技术造价高,建筑缺少个性,难以满足今天的社会审美要求,1990年以后基本不再使用。混凝土叠合墙板技术发展较快,应用较多。

目前,德国的公共建筑、商业建筑、集合住宅项目大都因地制宜、根据项目特点,选择现浇与预制构件混合建造体系或钢混结构体系建设实施,并不追求高装配率,而是通过策划、设计、施工各个环节的精细化优化过程,寻求项目的个性化、经济性、功能性和生态环保性能的综合平衡。随着工业化进程的不断发展,BIM技术的应用,建筑业工业化水平不断提升,德国在建筑上采用工厂预制、现场安装的建筑部品愈来愈多,占比也愈来愈大。

各种建筑技术、建筑工具的精细化不断发展进步。小范围有钢结构、混凝土结构、木结构装配式技术体系的研发和实践应用

小住宅建设方面,装配式建筑占比最高,2015年达到16%。 2015年1~7月开工建设的住宅中,预制装配式建筑为8934套。这一期间独栋或双拼式住宅新开工建设总量较2014年同期增长1.8%;而预制装配式住宅同比增长7.5%!显示出在这一领域装配式建筑受到市场的认可和欢迎。


图02  德国各州2015年预制装配式小住宅(独栋和双拼)

在新建建筑中所占比例,总体平均达到16%左右


单层工业厂房采用预制钢结构或预制混凝土结构在造价和缩短施工周期方面有明显优势,因而一直得到较多应用。


2. 德国装配式建筑的政策措施、发展建设研究


德国预制装配式建筑发展过程中,规模最大、最有影响力当属预制混凝土大板建筑。

2.1原东德地区的预制混凝土大板建造技术应用

由于二战后需要在短期内建设大量住宅,东德地区1953年在柏林约翰尼斯塔(Johannisthal)进行了预制混凝土大板建造技术的第一次尝试。1957年在浩耶斯韦达市(Hoyerswerda)的建设中第一次大规模采用预制混凝土构件施工。此后,东德用预制混凝土大板技术,大量建造预制板式居住区(Plattenbausiedlungen)。预制混凝土大板住宅的建筑风格深受包豪斯理论影响。


图03  哈勒新城 大板住宅


图04  哈勒新城大板住宅,左侧是改造更新后的建筑

图05  哈勒新城 大板住宅


图06  柏林 亚历山大广场 大板住宅


图07  柏林住宅 整体单元吊装施工


图08  德累斯顿大板住宅


1972-1990年,东德地区开展大规模住宅建设,并完成300万套住宅确定为重要政治目标,预制混凝土大板技术体系成为最重要的建造方式。这期间用混凝土大板建筑建造了大量大规模住区、城区,如10万人口规模的哈勒新城(Halle-Neustadt)。在1972-1990年大规模住宅建设期间,东德地区新建、改建共300万套住宅,其中180-190万套用混凝土大板建造,占比达到60%以上,如果每套建筑按平均60平米计算,预制大板住宅面积在1.1亿平米以上。东柏林地区1963-1990 年间共新建住宅27.3万套,其中大板式住宅占比达到93%(数据来源:Die »Lösung der Wohnungsfrage« 作者Dieter Hanauske)。

住宅建设工程耗费了东德大量财政收入。为节约建造成本和快速建设,设计开发出不同系列厂品,如Q3A, QX, QP, P2系列。预制混凝土大板住宅项目大量重复使用同样户型、类似的立面设计。大板建筑规划形态僵硬、缺少变化,在老城区通常采用推倒重建模式,破坏了原有城市肌理。


图09  东德预制装配式建筑构件运输


图10  1973年在新布兰登堡 伊斯特城原东德地区

首个应用WBS70预制大板体系建造的项目


大板建筑当时受到普遍欢迎。虽然大板建筑今天饱受诟病,但在当时大板住宅符合东德的社会意识形态,人人平等,整齐划一。预制混凝土大板技术建造的工业化住宅,功能基本合理,拥有现代化的采暖和生活热水系统,独立卫生间,比未更新改造的20世纪初期建造的老住宅舒适。由于得到东德政府的大量财政补贴,因而这种工业化住宅租金并不很高,受到当地居民的欢迎。大量新建居住区采用大板建筑,导致原有历史街区中的住宅吸引力下降,出租率低,租金无法支持建筑的维护,历史街区中的建筑逐渐破败。这种现象也导致政策制定者重新思考补贴政策,甚至开始尝试用预制技术进行老城历史建筑的改造更新。

1980年代以后,东德政府开始在一些城市的重要地区,尝试从规划和城市空间塑造方面,借鉴传统城市空间布局与建筑设计,打破单调的大板建筑风格。


图11  柏林市中心根达曼市场(Gendarmenmarkt)

用复杂的预制大板技术建造具有传统风格的建筑


图12  罗斯托克市中心

带有传统红砖哥特风格的预制大板式建筑


2.2 原西德地区的预制混凝土大板建造应用

二次大战之后,原西德地区也用混凝土预制大板技术建造了大量住宅建筑,主要用于建设社会保障性住宅。1957年西德政府通过了《第二部住宅建设法》(II.WoBauG),将短期内建设满足大部分社会阶层居民需求的、包括具有适当面积、设施、可承受租金的住宅,作为住宅建设的首要任务。混凝土预制大板技术以其建设速度快、造价相对低廉因而也在西德地区有大面积应用。

较著名的项目包括:

格罗皮乌斯和科布希埃参与的著名的柏林汉莎街区的住宅项目,0.6万居民;

慕尼黑纽帕拉赫居住区(Neuperlach),5.5万居民;

纽伦堡朗瓦萨居住区(Langwasser),3.6万居民;

柏林曼基仕居住区(Märkisches Viertel),3.6万居民;

法兰克福西北新城(Nordweststadt),2.3万居民;

汉堡施戴斯胡珀(Steilshoop),2万居民;

曼海姆佛格斯唐居住区(Vogelstang),1.3万居民;

科隆克崴勒新城(Chorweiler),10万居民。


图13  柏林marzahn居住区


图14  柏林marzahn居住区

图15  科隆 克崴勒新城

图17  慕尼黑奥林匹克村

图16  曼海姆佛格斯唐居住区

 


图18  慕尼黑奥林匹克村


西德地区有大量预制大板建筑,虽然在总建设量中占比不高,但总量估计也有数千万平米。

西德地区居住使用面积1970年为人均22平米,1991年上升到人均36平米。2007年人均超过40平米。


3. 德国装配式建筑的标准规范研究


德国建筑业标准规范体系完整全面。在标准编制方面,对于装配式建筑首先要求满足通用建筑综合性技术要求,即无论采用何种装配式技术,其产品必须满足其应具备的相关技术性能:如结构安全性、防火性能,以及防水、防潮、气密性、透气性、隔声、保温隔热、耐久性、耐候性、耐腐蚀性、材料强度、环保无毒等。同时要满足在生产、安装方面的要求。

企业的产品(装配式系统、部品等)需要出具满足相关规范要求的检测报告或产品质量声明。

单纯结构体系,主要需满足结构安全、防火性能、允许误差等规范要求;而有关建筑外围护体系的装配式体系与构件最复杂,牵涉的标准最多。装配式建筑相关标准非常多,部分标准分列如下:

3.1 混凝土及砌体预制构件、装配式体系标准规范

DIN 1045-3 混凝土,钢筋预应力混凝土机构。第3部分:建筑施工DIN13670的应用规则;

DIN 18203-1 建筑误差。第1部分:混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土预制件;

DIN EN 13369 预制混凝土产品的一般性规定;

DIN 1045-4 混凝土,钢筋预应力混凝土机构。第4部分:预制构件的生产及合规性的补充规定;

DIN EN 13670 混凝土结构的允许误差根据DIN 18202及DIN18203;

DIN EN 14992 预制混凝土产品-墙体;

DIN EN 1520 带开放结构的轻集料混凝土预制件;

DIN EN 13747 预制混凝土产品 楼板系统用板;

DIN 1053-4  砌体。第四部分:预制构件。

3.2 钢结构、装配式体系标准规范

DIN EN 1993-1-1/NA 钢结构设计。第 1-1 部分:建筑物一般性规定和设计规则,欧盟标准3国家参数;

DIN EN 1993-1-2/NA  钢结构设计。第 1-2 部分:结构防火设计一般规则,欧盟标准3国家参数;

DIN 18800-1 钢结构建筑。第一部分 设计和构造;

DIN 18800-7 钢结构建筑。第 7 部分: 施工和生产资格;

DIN EN ISO 16276-1  钢结构腐蚀防护涂层系统,涂层附着性(粘结强度)的评估及其验收标准。第 1 部分: 撕裂测试;

DIN EN 10219-2 由非合金和细晶粒结构钢制造的建筑用冷加工的焊接空心型钢。第2 部分: 限制大小、 尺寸和静态值;

DIN 18203-2: 建筑公差。第2部分,预制钢构件;

BFS-RL 07-101 生产和加工建筑钢结构。

3.3 预制木结构、装配式体系标准规范

DIN EN 1995-1-1/NA 木结构的设计和构造。1-1部分: 一般性规定-一般性规则和有关建筑物规定,欧洲规范 5 - 国家参数;
DIN EN 1995-1-2/NA 木结构的设计和构造。1-2部分: 一般性规定-承重构件的防火设计,欧洲法规 5 - 国家参数:;
DIN EN 14250 木构建筑- 对采用钉片连接的预制承重构件产品的要求;

DIN EN 14509两侧带有金属覆层的承重复合板-工厂加工产品-技术要求;

DIN EN 408 木结构-承重木材和胶合木材-物理和力学性能的规定;

DIN EN 594 木结构-试验方法- 板式构造墙体的承载能力和刚度;

DIN EN 595 木结构-试验方法-检测框架式梁 确定其承载能力和变形情况;
DIN EN 596 木结构-试验方法-板式构造墙体柔性连接的检测;
DIN EN 1075 木结构-试验方法-钉板连接;
DIN 18203-3 建筑公差。第 3 部分: 木材和木基材料的建筑部品。

3.4  预制金属幕墙、装配式体系标准规范

DIN EN 1999-1-1 承重铝结构的设计和构造。第1-1部分: 一般设计规定;

DIN EN 1999-1-4/A1承重铝结构的设计和构造。第1-4部分:冷弯压型板;

DIN EN 14509  自承重式双面金属覆盖夹芯板-工厂制造产品-规格;

DIN EN 14782 (Norm)  适合室内和室外工程使用的、自承重式金属屋面板和墙面板 -产品规格和要求;

DIN EN 14783 适合室内和室外工程使用的、整面支撑的金属屋面板和墙面板,-产品规格和要求;

DIN 18516-1 带后侧通风构造的外墙覆板,第一部分:要求,检验原理;
DIN 24041 穿孔板。


4.德国不同类型装配式建筑技术体系研究


工业化预制建造的缺点:

成本高

在预制建筑出现的初期,工业化建筑产品成本低于传统古典建筑。而今天 用预制混凝土大板形式建造的住宅和办公大楼的成本通常高于常规建造技术建造的建筑物。

究其原因,钢筋混凝土墙是比砌体墙成本更高。预制梁、板结构上大都是简支梁而非连续梁,因而需要较大的用钢量。此外,预制件的连接点通常复杂,有些须采用昂贵的不锈钢材料连接。如果使用保温夹芯板构造,节点更加复杂,大板缝隙的密封处理也会导致额外的费用。大体量的预制板的运输导致更高的运输成本。

缺少个性化

工业化预制建造技术的缺点是任何一个建设项目,包括建筑设备、管道、电气安装、预埋件都必须事先设计完成,并在工厂内预安装到混凝土大板内,只适合大量重复建造的标准单元。而标准化的组件导致个性化设计降低。

德国现代建筑工业化建造技术主要可分为三大体系 :

预制混凝土建造体系

预制钢结构建造体系

预制木结构建造体系 

4.1  预制混凝土建造体系

4.1.1 预制混凝土大板体系

虽然20世纪中叶以后德国有大量混凝土预制大板建造的居住区项目,但这类项目今天看来大部分不太受欢迎,如今预制混凝土大板建造技术在德国已遭抛弃,从1990年代以后基本没有新建项目应用。

取而代之的是追求个性化的设计,应用现代化的环保、美观、实用、耐久的综合技术解决方案,满足使用者的需求。通过精细化的设计,模数化设计,使大量建筑部品可以在工厂内加工制作,并且不断优化技术体系,如可循环使用的模板技术,叠和楼板(免拆模板)技术、预制楼梯、多种复合预制外墙板。因地制宜,不追求高装配率。

4.1.2 预制混凝土叠合板体系

德国大量的建筑是多层建筑。现浇混凝土支模、拆模,表面处理等工作需要人工量大,费用高,而混凝土预制叠合楼板、叠合墙体作为楼板、墙体的模板使用,结构整体性好,混凝土表面平整度高,节省抹灰、打磨工序,相比预制混凝土实体楼板叠合楼板质量轻,节约运输和安装成本,因而有一定市场。

有资料显示混凝土叠合预制板体系在德国建筑中占比达到50%以上。 采用这种装配结构体系,外立面形式比较灵活。由于德国强制要求的新保温节能规范的实施,建筑保温层厚度在20cm以上。从节约成本角度考虑,采用复合外墙外保温系统配合涂料面层的建筑居多。

图19  采用预制混凝土叠合楼板、墙体体系建造的住宅1

图20  采用预制混凝土叠合楼板、墙体体系建造的住宅2

图21 采用预制混凝土叠合楼板、墙体体系建造的住宅3

图22  由德国国家建筑技术研究院审核批准的

一种混凝土叠合板建造体系的节点构造1

图23  由德国国家建筑技术研究院审核批准的

一种混凝土叠合板建造体系的节点构造2

图24  由德国国家建筑技术研究院审核批准的一种

混凝土叠合板建造体系的节点构造3

图25  由德国国家建筑技术研究院审核批准的一种

混凝土叠合板建造体系的节点构造4

 

4.1.3 预制混凝土外墙体系

2012年在柏林落成的Tour Total大厦,代表了德国预制混凝土装配式建筑的一个发展方向。

该项目建筑面积约2.8万平米,高度68米。外墙面积约1万平米,由1395个、200多个不同种类、三维方向变化的混凝土预制构件装配而成。每个构件高度7.35米,构件误差小于3mm,安装缝误差小于1.5mm。构件由白色混凝土加入石材粉末颗粒浇铸而成, 精确、细致地构件、三维方向微妙变化富有雕塑感的预制件,使建筑显得光影丰富、精致耐看。

图26  德国Tour Total大厦建筑效果图

图27  德国Tour Total大厦细节1

图28  德国Tour Total大厦细节2

图29  德国Tour Total大厦预制构件示意

图30  德国Tour Total大厦预制构件1

图31 德国Tour Total大厦预制构件2

图32  德国Tour Total大厦细节3

图33  德国Tour Total大厦构件安装节点

 

4.2  预制钢结构建造体系

4.2.1预制高层钢结构建造体系

高层、超高层钢结构建筑在德国建造量有限,大规模批量生产的技术体系几乎没有应用市场。同时高层建筑多为商业或企业总部类建筑,业主对个性化和审美要求高,不接受同质化、批量化、缺少个性的装配式建筑。另一方面,近年来高层、超高层钢结构建筑的承重钢结构、以及为每个项目专门设计的复杂精致的幕墙体系,都是采用工业化生产、到现场安装的建造形式。因此可以归纳到个性定制化装配式建筑。

法兰克福德国商业银行总部大楼是德国为数不多的高层钢结构建筑。钢制构件和金属玻璃幕墙采用工业化加工、现场安装方式建造。

图34  法兰克福商业银行塔楼实景

图35  法兰克福商业银行塔楼构件示意

图36  法兰克福商业银行塔楼局部效果1

图37  法兰克福商业银行塔楼局部效果2

 

获得德国2012年钢结构建筑奖的帝森克虏伯总部大楼,代表德国近年来钢结构建筑的一个发展方向。由于混凝土结构优异的防火、隔声、耐久、经济实用等性能,以及现代建筑技术能够成熟地利用混凝土结构优异的蓄热性能,来满足愈来愈高的建筑节能和室内舒适度要求,使混凝土或钢混结构成为德国高层建筑最主要的结构形式。

建筑核心筒和楼板通常采用现浇混凝土形式、梁和柱采用钢材、钢混或混凝土形式,以满足承载、防火、隔声、热惰性等综合技术要求;建筑外墙、隔墙地面、天花等部品则大量采用预制装配系统。

图38  帝森克虏伯总部大楼建筑效果1

图39  帝森克虏伯总部大楼局部1

图40  帝森克虏伯总部大楼局部2

图41  帝森克虏伯总部大楼局部3

图42  帝森克虏伯总部大楼局部4

 

2014年落成的欧洲央行总部大楼,一定程度上代表了德国高层办公建筑发展的特点。项目位于法兰克福,建筑高度185米。采用双塔形式,两栋塔楼之间形成一个巨大的室内中庭,中间用钢结构设置多层连接平台,布置绿化和交往空间。建筑结构为现浇钢筋混凝土,以满足承载、防火、隔声、热惰性等综合技术要求;高性能的全玻璃幕墙、隔墙、楼面、天花等采用预制装配系统。

图43  法兰克福欧洲央行总部大楼建筑效果

图44  法兰克福欧洲央行总部大楼施工

图45  法兰克福欧洲央行总部大楼连廊构件吊装

图46  法兰克福欧洲央行总部大楼示意


4.2.2  预制多层钢结构建造体系

汉诺威VGH保险大楼采用一种模块化、多层钢结构装配式体系建造。由承重结构、外墙、内部结构和建筑设备组成。基本构件:楼板5.00mx2.50m,厚度20cm(可加长到10.00m),墙板3.00mx1.25m,厚度15cm。楼板和墙板由U型钢框架和梯形钢板构成,表面防火板。楼面地面可采用架空双层地面构造。 楼板和承重墙板之间采用螺栓固定,并用柔性材料隔绝固体传声。

墙板之间可作为窗、门、百叶等。非承重隔墙采用轻钢龙骨石膏板墙体。

图47  汉诺威VGH保险大楼效果

图48  汉诺威VGH保险大楼模型

图49  汉诺威VGH保险大楼剖面

图50  汉诺威VGH保险大楼节点构造1

图51  汉诺威VGH保险大楼节点构造2 

图52  汉诺威VGH保险大楼节点构造3

图53  汉诺威VGH保险大楼节点构造4

图54  汉诺威VGH保险大楼局部1

图55  汉诺威VGH保险大楼局部2


有特殊要求的多层建筑项目亦有采用预制装配形式建造。法兰克福SQUAIRE商业综合体内部功能包括商业零售、餐饮、酒店、办公等。建筑位于法兰克福机场高铁站上方,因为需要横跨铁路线,因而建筑整体坐落在钢绗架之上,为减轻重量,建筑结构进行了多方面优化设计。钢结构和幕墙体系采用工业化生产现场安装形式建造。

图56  德国法兰克福机场高铁站

SQUAIRE商业综合体效果1

图57  德国法兰克福机场高铁站

SQUAIRE商业综合体效果2

图58  德国法兰克福机场高铁站

SQUAIRE商业综合体局部效果

图59  德国法兰克福机场高铁站与

SQUAIRE商业综合体示意


4.3  预制木结构建造体系     

德国小住宅领域(独栋和双拼)是采用预制装配式建造形式最高的领域,而其中大量采用的是木结构体系。木结构体系之中又细分为木框板结构、木框架结构、层压实木板材结构三种形式。

4.3.1木框板结构   

承重木框架与抗剪板体是木框板结构建筑的特点。      

框体采用实木,最好是构造用全实木(KVH)形式。板材主要由木材或石膏板材料构成。标准化的木截面和标准化的板材尺寸使加工生产和建造得到优化。实木框架和板材有机组合,形成的墙壁、楼板和屋顶结构体系,能够有效地吸收和承载所有垂直和水平荷载。木框板结构建筑自重轻,保温层位于木框材料厚度之间,因而建筑显得轻盈。  

要达到被动房的节能水平,需要增加外侧或内侧保温材料,这一步可以在工厂预先完成。外墙部分可以选择装饰木材面板、面砖、或保温层加涂料等形式。

图60 现代高效保温预制木框板墙体结构

图61  预制木框板结构装配体系构件生产过程

图62  用预制木框板结构装配体系建造的小住宅项目1

图63  用预制木框板结构装配体系建造的小住宅项目2

图64  用预制木框板结构预制装配体系建造的多层居住建筑

   

在工厂预制的墙体等板材中,已经预先安装好建筑的保温隔热、隔蒸汽层和气密层,以及建筑上下水、电气设备管线、或预留穿线和接口空间。工厂预组装的组件还包括建筑的外门和窗户。工地上的工作包括: 建筑上下水管线和电气线路的连接,瓷砖、地板、粉刷、室内门等。预制装配建筑,可以保证质量、控制成本,大大缩短了施工周期: 通常在地下室或建筑地面板完成之后五个星期内可入住。  

计算机控制、自动化生产、现代化的生产组织优化使工业化预制木构住宅不断完善进步。 

预制木结构建筑质量有严格保证,每件预制产品在出厂时都有质量检测合格标识。 

除了小住宅建筑之外,木框板结构在办公建筑、幼儿园、多层住宅、商业建筑等领域也有应用。

4.3.2木框架结构

木框架结构体系是指垂直承载的木制柱和水平承载的木制梁组成的木结构体系。木材大多采用工程用高质量的复合胶合木(Brettschichtholz),跨度可达5米。这种工程用复合胶合木,也被用来建造大跨度体育馆等建筑。辅助性木结构,如楼板次梁、檩条等则采用构造用实木。

用木框架结构体系建造的房屋,其外墙板也具有保温隔热层,隔蒸汽层和气密层,但木框架结构体系中的内外墙板不承担任何结构作用。建筑物的抗剪由木制、钢制斜撑或刚性楼梯间承担。由于墙体是填充性构件,因而墙体可随意布置并在未来轻松更改,楼板也可方便设置挑空构造。建筑内部空间灵活流动,开窗位置与面积灵活,采光和景观好。

图65  典型木框架结构体系建筑细部

图66  预制木框架体系构建加工

图67  预制木框架体系建筑部品在工地进行安装

图68  用预制木框架结构体系建造的独立式小住宅项目1

图69  用预制木框架结构体系建造的独立式小住宅项目2

图70  用预制木框架结构体系建造的独立式小住宅局部

图71 用预制木框架结构体系建造的多层居住建筑

图72  用预制木框架结构体系建造的多层办公建筑

 

4.3.3  层压实木板材结构

层压实木板材结构建筑近十年来得到快速发展。实木板材结构采用交叉层压木材(Brettsperrholz),有很好的结构承载性能,可以加工制成楼板、墙体、屋面板。现代化的计算机控制切割机床,能够轻松切割出任何需要的洞口和形状。层压实木板材结构不受建筑模数限制,可以创造出独特的、纯净的空间,受到建筑师、结构工程师和业主的青睐。 

层压实木板材结构,同以上两种木结构形式一样,可以在工厂加工预制,到现场组装。

图73  层压实木板材结构建筑

图74  层压实木板材结构构件存放


5.  德国装配式建筑相关统计数字


5.1  德国装配式建筑的定义

德国联邦统计局(Statistisches Bundesamt)统计数据中有装配式建筑(Fertigteilbau)一项,Fertigteilbau德文词字面直译为“预制构件建筑”。

德国联邦统计局对装配式建筑的定义为:一座建筑,当其外墙或内墙、采用了楼层高度的或房间宽度的承重预制构件,称为装配式建筑(Ein Bauwerk gilt als Fertigteilbau, wenn geschosshohe oder raumbreite tragende Fertigteile für Außen- oder Innenwände verwendet)。但并没有对采用装配式预制构件的比率做出限制。

5.2  装配式建筑企业及从业人员和营业额情况

根据德国国家统计局统计数字,2015.01-11月期间,德国建筑企业(Bau von Gebaeude,)共2817家,从业人数145335,营业收入 25770百万欧元。其中装配式建筑企业 74家,从业人数7078,营业收入1384百万欧元。

5.3  德国装配式建筑占建筑总量的比例  

根据德国联邦统计局统计数据,德国居住建筑和非居住建筑装配式占比如表1所示。

 

表1  德国批准建造的装配式居住建筑的历年统计数据*

*统计数字为新建建筑,%值为占新建建筑总量 

资料来源:德国联邦统计局


表2  德国批准建造的装配式非居住建筑历年统计数据*

*统计数字为新建建筑,%值为占新建建筑总量

资料来源:德国联邦统计局


由统计数据可见,德国从1999年到2014年,居住建筑中采用了装配式建造技术的占比在9.5%--11%,平均值为10.29%; 非居住建筑中采用了装配式建造技术的占比在42.7—52.7%,平均值为 48.08%。

2015年从事建筑预制装配式构件生产的就业人数及其营业额分别占建筑行业相应指标的份额为5.12%和5.37%。

综合分析数据和资料可以看出,德国建筑行业相关数据统计中有装配式建筑(Fertigteilbau)统计一项,装配式建筑是指建造中采用了大型预制构件的建筑,但对装配率没有硬性规定。虽然近年来非居住建筑中采用装配式技术的建筑占比达到48.08%,但2015年从事建筑预制装配式构件生产企业的营业额仅占建筑行业营业额的5.37%。

 

6.德国装配式建筑发展对中国的借鉴


6.1  预制混凝土大板建筑的经验教训

德国早期预制混凝土大板(PC)建造技术的出现和大规模应用,主要是为解决战后时期城市住宅大量缺乏的社会矛盾。用预制混凝土大板建造的卫星城、城市新区深受20世纪初以《雅典宪章》为代表的理想主义现代主义城市规划思潮的影响。

《雅典宪章》试图克服工业城市带来的弊病,摒弃建筑装饰,用工业化的技术手段,快速解决社会问题,创造一个健康、平等的社会。但人类社会是非常复杂的,城市发展更是复杂的,由于当时的规划指导思想的局限性,建筑过分强调整齐划一,建筑单元、户型、建筑构件大量重复使用,造成这类建筑过分单调、僵化、死板,缺乏特色,缺少人性化。有些城区成为失业者、外来移民等低收入、社会下层人士集中的地区,带来严重的社会问题,近年来部分项目被迫大规模拆除。

图75  预制混凝土大板建筑单调、死板,缺乏人性化尺度,

带来严重的社会问题,近年来部分项目被迫大规模拆除

图76  预制钢结构多层办公建筑1

图77  预制钢结构多层办公建筑2

 

6.2  德国的教训对中国的借鉴与思考 

中国城市建设的高潮已过去,大量城市建筑需求量接近饱和,没有依靠混凝土大板技术快速大规模建设住宅的需求;推动德国混凝土大板建筑大规模应用的另一个因素是以雅典宪章为代表的早期现代城市规划与现代建筑指导思想,发达国家对此经过深度反省、已基本放弃。因此推动德国当年混凝土大板建设的两大动因在当今的中国社会都不存在。  

混凝土大板建造体系在人性化城市空间塑造、个性化建筑表现、建筑成本控制、建筑构造技术问题解决等方面都存在严重不足,这是混凝土大板体系今天在德国被抛弃的根本原因,这点值得我们深思。中国不应盲目推广混凝土大板建设体系。特别不应为了追求预制率水平而推广混凝土大板建设体系。

德国建筑工业化发展趋势

今天德国的建筑业突出追求绿色可持续发展,注重环保建筑材料和建造体系的应用。追求建筑的个性化。设计精细化。由于人工成本较高,建筑业领域不断优化施工工艺,完善建筑施工机械、包括小型机械,减少手工操作。建筑上使用的建筑部品大量实行标准化、模数化。强调建筑的耐久性,但并不追求大规模工厂预制率。

其建筑产业化体现在如下方面:  

工厂化:大量构件、部品在工厂生产,减少现场人工作业、减少湿作业

工具化:施工现场减少手工操作,工具专业化、精细化 

工业化:现代化制造、 运输、安装管理,大工业生产方式   

产业化:BIM系统的全面应用,全行业,全产业链的现代化,工业4.0模式

建造技术方面: 

办公和商业建筑的建造技术以钢筋混凝土现浇结构、配以各种工业化生产的幕墙(玻璃、石材、陶版、复合材料)为主。

多层住宅建筑以钢筋混凝土现浇结构和砌块墙体结合,复合外保温系统、外装以涂料局部辅以石材、陶板等为主。

联排及独立住宅则有砌体、木结构、少量钢结构常规建造体系,以及工业化生产预制砌体、预制木结构全精装修产品。

工业厂房、仓储建筑成本控制严格,以预制钢结构、混凝土框架结构,配以预制金属复合保温板、预制混凝土复合板居多。

建造体系的选择:

经济性、审美要求、施工周期、功能性(防火、隔声、维护、使用改造的灵活性、热工舒适性…)、环保与可持续性等方面的综合考量是选择何种建造体系的关键。

大部分装配式建筑,由于重复大量使用相同构件,容易出现单调、廉价的感觉。但通过精细化设计,利用预制装配式构件,也能够建设个性鲜明、较高审美水平的建筑。

德国经验对中国的借鉴与思考

中国推广装配式建筑最主要的目的应是提高建筑产品质量、提高建筑的环保和可持续性。建筑产业化的发展方向应该是工厂化、工具化、工业化、产业化的全面推进。特别应该大幅提高建筑材料、部品、成品的质量标准要求,和生产、建造、安装过程中的环保要求。应因地制宜选择合适的建造体系,发挥建筑工业化的优势,达到提升建筑品质和环保性能的目的。

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