1.3.1 国内装配式混凝土结构的发展经历

1.3.1 国内装配式混凝土结构的发展经历

国内装配式混凝土结构的发展历程可分为发展初期、发展起伏期、发展低潮期和新发展阶段4个关键时期,各时期的时间节点以及特点如图1.14所示。

图1.14 我国装配式混凝土结构建筑发展阶段及各阶段特点

1)发展初期

我国的装配式混凝土结构的发展初期为20世纪50年代初至1976年,这个时期是我国建筑工业化的萌芽阶段。在苏联建筑工业化浪潮的影响下,我国在“一五”计划(1953—1957年)中提出借鉴苏联及东欧各国经验,在国内推行标准化、工厂化、机械化的预制构件和装配式建筑。在苏联专家的帮助下,我国装配式建筑的应用领域逐渐从工业建筑和公共建筑发展到住宅建筑。

20世纪50年代,苏联帮助我国建设的156个大项目大都采用了预制装配式混凝土技术,为我国装配式混凝土结构在工业建筑和公共建筑的应用打下了基础。通过学习和引进苏联建筑工业化的相关技术和规范,1958年8月出版的《装配式标准构件的设计》为我国初期装配式混凝土结构建设提供了依据。为迎接国庆十周年,1959年我国首例高层装配式框架结构建筑——北京民族饭店(图1.15)于北京西长安街干道建成。

图1.15 北京民族饭店

20世纪60年代至70年代,预制构件的生产方式逐渐由小型预制构件厂的大量手工作业过渡到大型正规构件厂的机组作业,此时全国混凝土预制技术突飞猛进地发展,全国各地数以万计的大小预制构件厂雨后春笋般出现,为住宅装配化发展提供了物质基础。东欧的预制技术和当时国际盛行的装配式大板住宅体系(图1.16)也传至我国。

图1.16 装配式混凝土大板结构示意图

发展初期我国采用的预制构件主要包括预制柱、预制梁、预制屋架、预制屋面板、预制空心楼板以及预制墙体,其中预制空心板是城镇住宅建设最常用的预制构件。这一时期我国主要技术来源是苏联,但是科学研究的进展远不及项目的建设速度,许多技术都没有经过科学的验证和分析,多种专用材料(如绝热材料、密封材料、防水材料等)的性能不过关,造成外墙渗漏、墙体冬季因冷桥而室内结露,使得这个时期建造的装配式建筑物质量低劣,饱受诟病。

2)发展起伏期

发展起伏期大体上是从1976年到1995年,这个时期经历了装配式建筑的停滞、发展、再停滞的起伏波动。导致装配式混凝土结构建筑发展急转直下的原因主要有以下3点:①唐山大地震为装配式建筑带来的负面影响;②住房商品化政策的影响以及装配式建筑配套技术研究的滞后;③现浇混凝土结构的引进和冲击。

经过建筑工业化初期的发展,20世纪70年代城镇住宅主要采用的是多层无筋砖混结构,该结构中墙体由小型黏土砖砌成,楼板多采用预制空心楼板拼接而成。由于施工中缺乏科学的监管体系和符合标准的施工技术,预制空心板与竖向构件没有任何拉结,简单地用砂浆铺坐在砌体墙上。这使得1976年的唐山大地震为我们带来了血与泪的惨痛教训,原本安装方便快捷的预制空心板成为地震中阻碍人们逃生的“棺材板”,这也引起了人民对装配式混凝土结构体系抗震性能的担忧,使得装配式混凝土结构的发展陷入了短暂的停滞。

20世纪80年代,在政府部门持续的大力推广下,大批的混凝土大板和框架轻板厂开始出现,掀起了预制混凝土行业的又一股热潮。这一时期,预制混凝土工业化程度明显提高,预制构件种类多样,各地纷纷组建产业链条企业,标准化设计体系快速建立,一大批大板建筑、砌块建筑纷纷落成。但随着预制混凝土企业大规模出现,工业化构件生产无法满足建设需要,某些资质不足的小型乡镇构件厂充斥市场,导致部品质量下降,造成了很多安全隐患。另外,相应的配套技术研发没有跟上,防水、保温、隔声等影响住宅性能的关键技术均出现问题,加之住房商品化带来了多样化需求的极大提升,使得形式单一的建筑工业化不再适应于当时的社会发展而又逐渐陷于停滞。

图1.17 现浇剪力墙结构和框架结构

20世纪80年代初至1995年,国外的现浇混凝土被引入我国,随着各类模板、脚手架以及商品混凝土的普及,砖石、砌体结构逐渐被抛弃,而现浇楼板的框架结构、剪力墙结构、筒体结构等体系孕育而生。从20世纪80年代开始,现浇混凝土结构体系的应用越来越广泛,现浇框架结构[图1.17(a)]满足了大跨度公共建筑和工业建筑的需求,现浇剪力墙结构[图1.17(b)]或筒体结构大大增加了结构的抗侧能力,提高了结构的最大允许高度,使建筑向高层发展,适应了当时的城市发展需求。伴随着现浇混凝土体系的引入,大量农民进城务工,劳动力市场资源充沛,现浇建造方式的成本优势更加凸显。越来越多的企业选择了现浇的建造方式,而装配化的建造方式逐渐淡出了大众视野。

3)新发展阶段

新发展阶段指的是2010年左右至今,这个时期装配式建筑重新登上历史舞台并受到极大的重视。经历了二十余年现浇混凝土的工程应用,该建造方式存在的问题逐渐显露。我国社会、经济发展引起的劳动力市场变化,现浇混凝土结构建设对环境造成的严重污染以及现浇结构自身的限制等因素,使得现浇混凝土结构的发展难以为继。

随着现浇混凝土技术研究的不断深入以及现浇混凝土结构大范围的应用,“十一五”期间(2006—2010年),建筑业完成了一系列设计理念超前、结构造型复杂、科技含量高、使用要求高、施工难度大、令世界瞩目的重大工程,完成了上百亿平方米的住宅建筑,为改善城乡居民居住条件做出了突出贡献。但是现浇技术的缺点日益彰显,现场湿作业量大,需要大量劳动力,模板工程也需要大量手工作业,现浇混凝土养护耗时长,施工现场污染严重,现浇混凝土结构建设受天气影响严重等问题难以解决。与此同时,劳动力市场发生剧烈变化,从事体力劳动的人力资源越发紧张,人力劳动成本大幅上升,长期以来以现场手工作业为主的现浇生产方式难以为继。

为此,采用标准化设计、工业化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理的装配式混凝土建筑重新引起了关注,装配式建筑所具备的建设周期短、劳动力需求量低、现场湿作业量少、工程建设受天气影响小等优点解决了现浇结构在新的发展阶段所遇到的难题。在新的发展形势下,装配式混凝土结构的发展势在必行,而新的装配式结构有别于20世纪的装配式混凝土结构体系,向德国学习的预制叠合技术在我国发展形成了装配整体式混凝土结构体系。该体系的设计原则为“等同现浇”,即使装配后的构件及整体结构的刚度、承载力、恢复力特性、耐久性等类同于现浇混凝土构件及结构。对于该体系,国内最早形成完善法规文件的是深圳市2009年发布的技术规范《预制装配整体式钢筋混凝土结构技术规范》(SJG 18),此后我国装配式混凝土结构以该体系为基础投入了大量的研究、实验,为新发展阶段我国装配式混凝土结构的发展奠定了基础。

在新发展阶段,国务院以及住建部对建筑工业化和装配式建筑给予了高度的重视,出台了大量重要规划和指导意见,如图1.18所示,为建筑工业化的发展指明了方向。

在2011年《建筑业发展“十二五”规划》的推动下,装配式混凝土结构的规范、图集逐渐完善。2014年发布的行业标准《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ 1)为装配式混凝土结构在全国的应用打下了坚实的理论和技术基础,2015年又陆续颁布了一系列装配式混凝土结构图集,如《预制钢筋混凝土板式楼梯》(15G367-1)、《桁架钢筋混凝土叠合板(60 mm厚底板)》(15G366-1)、《装配式混凝土结构连接节点构造(楼盖结构和楼梯)》(15G310-1)、《装配式混凝土结构连接节点构造(剪力墙结构)》(15G310-2)、《预制混凝土剪力墙外墙板》(15G365-1)、《预制混凝土剪力墙内墙板》(15G365-2)、《装配式混凝土结构住宅建筑设计示例(剪力墙结构)》(15J939-1)等,为预制构件的生产和装配式混凝土结构工程实践提供了依据。

在2016年《关于大力发展装配式建筑的指导意见》和2017年《建筑业发展“十三五”规划》的大力推动下,我国建成了一大批装配式建筑项目,诞生了一批优质的装配式建筑研发和建造企业,如中建海龙、中建科技等;发布了一系列完善的装配式建筑相关规范、图集,如《装配式混凝土建筑技术标准》(GB 51231)、《装配式建筑评价标准》(GB/T 51129)等;编著了大量指导装配式建筑设计、生产、施工的书籍,如《装配式建筑系列标准应用实施指南(钢结构/装配式混凝土/木结构)》等;开发出了针对装配式建筑设计、生产、施工的软件和程序,如PKPM-PC、广联达BIMMAKE、盈建科YJK-AMCS、嗡嗡科技BEEPC等。

图1.18 新发展阶段国家重要政策发布时间及主要内容脉络图

2021年发布的《住房和城乡建设部标准定额司关于2020年度全国装配式建筑发展情况的通报》的统计结果,给出了近年来新建装配式建筑面积情况以及新建装配式建筑占新建建筑比例的变化情况,如图1.19所示。统计结果还反映了当时标准化程度不高是制约装配式建筑发展的重要问题。

针对上述装配式混凝土结构标准化程度不高的问题,住房和城乡建设部于2021年9月发布的《装配式混凝土结构住宅主要构件尺寸指南》和《住宅装配化装修主要部品部件尺寸指南》,以及2022年3月发布的行业标准《装配式住宅设计选型标准》(JGJ/T 494),为引导生产企业与设计单位、施工单位就构件和部品部件的常用尺寸进行协调统一提供了有力的保障。

2022年1月发布的《“十四五”建筑业发展规划》除图1.18中的主要内容外,还在加快智能建造与新型建筑工业化方面提出了7大主要任务:完善智能建造政策和产业体系、夯实标准化和数字化基础、推广数字化协同设计、大力发展装配式建筑、打造建筑产业互联网平台、加快建筑机器人研发与应用、推广绿色建造方式。这标志着装配式建筑正逐渐与互联网技术融合发展,物联网、大数据、云计算、人工智能、区块链等新一代信息技术将为建筑领域带来新的产业升级。

图1.19 2016—2020年新开工装配式建筑发展趋势

在我国装配式混凝土结构的新发展阶段中,随着越来越多研究人员的投入,装配式混凝土结构体系也层出不穷,如装配整体式混凝土结构体系、全装配混凝土结构体系、装配式模块化结构体系、世构体系等,它们各具特色并为建筑工业化的发展起到了显著的推动作用。