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1、新型节能环保工业化住宅体系研究与应用 张季超李楠许勇楚先锋杨作用广州大学土木工程学院 王可怡 东莞市万科建筑技术研究有限公司 【提要】以新型预制装配整体式钢筋混凝土结构住宅体系为研究对象，通过对该体系的材料、 结构选型、构件设计、节点设计等方面的理论分析及试验研究，使其能够做到在规划、设计、建造、 使用、维护全寿命过程中尽量减少对能源、土地、水和材料等资源的消耗，并尽可能对资源进行循 环利用，实现资源节约和循环利用，成为真正意义上的节能、环保住宅体系，为今后住宅产业化的 发展建立坚实的技术支撑体系。 【关键词】新型节能环保住宅体系装配混凝土结构住宅产业化 一、研究背景及意义 随着城镇化进程和生
2、活水平的提高，一方面住宅建设的任务还很繁重，另一方面又面临着越来 越严峻的资源、环境、生态压力，继续沿用传统的方式进行住宅建设，不但需要较长的建设周期， 而且消耗大量的自然能源和社会资源，各个方面都将难以承受【1J 。此外，既有住宅也是造成能源紧 张的重要方面。我国既有城乡住宅建筑总量约3 3 0 亿m 2 ，而节能型住宅不足2 。这些既有住宅还 在无节制地消耗着大量的能源，比发达国家建筑能耗高2 3 倍，这势必进一步加剧我国能源紧缺 的矛盾2 1 。 根据国外文献，美国对芝加哥的一幢三层3 8 0 0 0m 2 的钢结构公共建筑物作了能耗分析，结果是： 生产耗能为4 2 4 年的日常运转耗能
3、量，施工耗能为1 8 6 年的日常运转耗能量。瑞典对一栋使用年 限为4 0 年的居住建筑作了能耗分析，结果是：生产耗能量约占总耗能量的4 ，施工耗能量占2 5 t 3 。 由此可见，作为建筑体系，其耗能是伴随其整个生命周期，包括生产、施工以及后期日常运转。而 目前常规建筑节能主要针对后期运转方面，却忽略了建设早期规划、设计、建造时期所产生的大量 能耗，无法实现真正意义的节能。 “新型节能环保工业化住宅体系”正是在上述背景下提出的。拟通过对新型预制装配整体式钢筋 混凝土结构住宅体系使用的材料、结构选型、构件设计、节点设计进行探讨和研究，为达到住宅标 准化、制造工厂化、现场装配化的最终目的，提供思
4、路及一定理论及实验依据。以求在房屋全寿命 过程中的早期阶段，即生产和旌工中就尽量减少能源、土地、水和材料等资源的消耗，并尽可能对 资源进行循环利用，实现资源节约和循环利用，成为真正意义上的节能、环保住宅体系。对新型节 能环保住宅体系的定义，如下图l 所示。 3 8 2 i 一二氅三霎里霎夏一瘦j o ：嚣j _ 1 楚一堕Jl ! 二互r i i 二i - r - # u 镕1 一。 目l 新型节能环保I 化住宅体系 该体系的推r 应用将宵助于实现丁住宅建造的标准化酷计、工厂化加1 和装配化施上，从根本 提高房屋质量、缩矩开发周期，在环保和节能等方面，都比传统建造模式有极大的改善，真正达 到“
5、四节一环保”的效果，即节能、节水、节地、节材和环保。 二、新型节能环保工业化住宅体系关键技术研究 由于新型住宅体系是以预制装配式混凝土结构体系为研究基础，针对其整体性及抗震性能等方 面的小足- 在借鉴国外成熟技术的基础上，结合我国实际国情，在构件连接的形式上采取了些新 的处理方法。例如，诚体系在叠合楼板中采用了格构钢筋和人上拉毛粗糙处理；粱、柱构件处采用 了剪力键、钢筋对焊、端头锚、铡筋连接套管菩不同于传统的锚田、连接构造措施。试验及实践证 明这些构造措施有效地加强了构件的薄弱部位，将菩结构构什连成相互统一的整体，保证了结构 的整体性能。同时方便掩上和吊装，有利于缩短工期；充分拄挥了装配式结构
6、自身的优势，人人减 少了现浇混凝土结构在能源、水源和材料等方面的消耗，并且在推广冉面比钢结构及钢混凝土结构 相比更具优势。 1 、新型节点研究 通过对美国N o r t h r l d g e 等地震的震害调查表明，一些大空间的预制混凝土框架结构破坏较严重 主要表现为因各构件间的连接破坏而导致结构整体离散、倒塌。吲此，预制构件间的连接是预制混 凝土结构的薄弱环节，也是预制混凝士结构抗震研究的重点及结构整体抗震研究的6 口提和基础”】。而 预制装配整体式结构与现浇混凝土结构的根本区别，就在于预制装配整体式结构中柱、粱、板的连 接方式。其连接包括梁柱连接、柱柱连接、梁粱连接、粱板连接、板柱连接、墙
7、板连接等”l 。 目前，万科企业股份公司已联台L 州大学进行了一系列的预制装配轺体式结构构件与现浇结构 构件的对比静力试验和低刷反复荷载试验。研究内容包括粱柱中节点试验研究( 8 个构件) 、粱柱 边节点试验研究( 2 个构件) 、主次粱节点试验研究( 1 6 个构什) 、粱板节点试验研究( 1 6 个构件) 和降板节点试验研究( 1 6 个构件) ，如图2 、3 所示。此外，职方还进行了预制装配框架结构体系隔 震垫安装工艺的试验研究，如图4 所示。并通过试验获得了大量的第一手研究资料为深入开展节 能环保工业化住宅体系关键技术集成及其产业化研究奠定了理论基础。 圈I 卫F 目2 女粱节 d 验
8、围3 粱柱十节点试验目4 震垫安装I 艺 3 8 3 2 、新型叠合楼板 在装配整体式混凝土结构的实际工程应用中，叠合楼板的应用最为广泛。传统叠台板的现浇层 与预制层之间的混凝土，不能很好的连接在一起。叠台面水平抗剪是一个薄弱环节，影响板的整体 性【6 】。在新犁硅合楼板中较好的解决了这个问题，图5 为新型叠合板剖面不意图。 K * # 自t、 #、 图5 叠台楼板剖i i 意图 叠台板的预制部分在牛产时设置有格构铡筋，使预制板与现浇扳有机的结台在起；同时，在 预制板叠合r 进行拉毛粗糙处理，形成粗糙面，使现浇混凝上与预制部分的粘结更牢固，如图6 所示。在工厂制作好的预制板运输到现场后，通过起
9、吊机械安装到预定位置。由于预制构件的工厂 化生产严格控制好了构件的尺、J 捌格，构件的安装精度偏差可以达到l c m 以下。 圄6 叠台板m 制部分表面目7 叠台板目连接处 接。在扳与粱连接位置的垂直方向，放置钢筋伸人到粱内，板的下部 到粱上，在浇注好板现浇层后，梁板形成一体，具有良蚶的罄体性。 3 、新型叠台集 对于预制板间的连接 问题，是通过在预制板M 接缝的垂直 向上，每隔 一段距离放置一定长度的 连接钢筋如图7 所示， 使孤劬精预制板连成一整 体，板缝在浇注表层时由 混凝十填实，消除缝隙， 预制板间得到很好的连 通过放置的钢筋有效的锚固 叠台梁的预制部分与现浇部分的连接，是影响其性能的
10、关键，需采用相应措施增加其整体性。 在新型装配整体式混凝土结构体系中叠合粱通过箍筋把这两部分连接起柬。同时在预制粱的叠台 面处进行同预制板相似的拉毛租糙处理通过粗糙面加强现浇混凝 与梁预制部分的枯结，如图8 所示。此外，粱预制部分带有预制粱模，H 以尽量减少粱现浇部分的模板使崩量。为了防止粱模受 到碰撞破坏，需对其进行一定构睹处理，如加钢筋网片。梁的两端面上设置内凹的剪力键，加强粱 目8R 制粱 田9 | 柱边节点端头锚目l o 粱粱主筋对焊 - 柱节点处粱预制端面的截面抗剪承载力。预制粱之间主筋连接优先采用级套筒螺纹接头”，如 图9 所示。部分难操作位置，采用新犁“铜压板密封焊接上艺”或附加
11、连接板焊接，形成连续钢筋， 可保证钢筋的连接效果，如图1 0 所示。 4 、新删融制# 目1 jm # # *目】2m “# # 口 新型预制柱把连接节点设 置在粱柱节点处，在预制柱的柱 头与现浇混凝土结合面上进行 粗糙处理，增加预制混凝上与现 浇混凝土的粘结力：同时为了节 省节点现浇时模板使用量，在预 制柱头上设置柱模。柱模需进行 防裂构造措施处理，如布设钢箭 网片，如图1 1 所币。预制柱的柱脚与下一层柱头结合采用套管进行连接。同时在柱脚端面上，设 置凹槽q I 以使上下柱的连接得到加强，如图1 2 所示。柱预制时，在柱脚部主箭对应位置处布置套 管。安装过程中，把预制柱吊装到预定位置，使下
12、层柱头主筋插入到套管内。确定好柱的位置后， 向套管内注入专门的砂浆把上下丰筋连接起来。此方法可以保证柱的垂直精度和整体性，施工、 吊装快捷方便。 三、研究成果应用情况及前景分析 在项目实施过程中，研究人员不仅注重理论分析及实验研究还注重操作的町行性。在完成了 一系列的工岂实验井取得阶段性成果后。万科企业通过建造实验楼的方式进行综台的模拟验证 井在2 0 0 8 年完成万科青年群体住宅试验楼的建设，即青年之家工业化住宅产品，见图1 3 。 + ，：1 - f 一目l ，r ，j 。j 在青年2 家工业化住宅产品完成后，企业还将在深圳万科第五园建造了总建筑面积约1 0 0 0 0 m 2 工业化住
13、宅，见图1 4 。以便在工业化住宅的技术体系、工程管理、台作资源等方面进行进一步的有 益尝试。 新型节能环保工业化住宅体系的研究和推广应用，对于节能环保、提高住宅产品品质、促进行 业中建筑材料、部品的标准化生产等方面具有非常重要的意义。其突出优势和对行业的贡献体现为： 1 、节约社会赉潭 在能源方面。新型住宅体系因其围护材料的革新，使用能耗远低于传统住宅体系：同时建造过 程中的集中生产也使得建造能耗低于传统手工方式。 在水源方面。新型住宅体系改变了混凝土构件的养护方式，实现养护用水的循环使用，从而达 到节水的目的。 在材料方面。工厂化集中生产的方式，降低了建筑主材的销耗；装配化施工的方式，降低
14、了建 筑辅材的损耗喁1 1 9 1 。表1 给出了新型住宅体系与传统住宅体系的节能、降损、减排比较情况。 表1 额型住宅体系与传统住宅体系的节能、降损、减排比较 ： 项目 传统住宅体系 新型住宅体系 对比情况 施工消耗 2 0 k g m 2 1 6 k g m 2 降低约2 0 施I ：能耗 旌工用水量 1 5 3 m 3 | 矗0 6 1 2 m 3 m 2 减少约6 0 用水最 混凝十损耗 3 1 2 减少约6 0 混凝土损耗 钢材损耗 2 4 5 1 2 2 7 减少约6 0 钢材损耗 木材损耗0 0 0 5 m 3 m 2 0 0 0 1m 3 m 2 减少约8 0 木材损耗 施工垃
15、圾 5 0 k g m 2l O k g m 2 减少约8 0 施工垃圾 装修蟛圾2 吨户0 4B 吣产减少约8 0 装修垃圾 注：资料来源刀科建筑研究中心及相关合作机构估算 2 、减少旌工对环境造成的污染 现场装配施工相较传统的施工方式，极大程度减少了建筑垃圾的产生、建筑污水的 排放、建筑噪声的干扰、有害气体及粉尘的排放。 3 、提高住宅的质量和性能 工厂化生产，机械化施工能够使住宅的质量得到有效保证，提高住宅的性能。在建 筑施工的精确度上，以混凝土柱的垂直度误差为例，按照传统施工方法制作的混凝土构 件尺寸误允许值为5 “ - - - 8 m m ，而在实际现场经常会出现超过l O m m
16、的误差，预制方式生 产的混凝土柱子的误差在2 m m 以内。 4 、住宅的建造效率能够得到大幅度的提升 通过预制生产和装配式生产方式可大幅度减少建造周期，减少现场施工及管理人员 数量。 5 、可使劳动密集型的住宅建造方式逐步改善 由于大部分施工现场的工作转移到了工厂里面，随之施工现场的农民工也将转移到 工厂里面，成为产业工人。其工作条件会得到提高，其产业技术会得到培训，其福利待 遇会更有保障，这将会对中国的城市化进程产生积极的影响【1 0 1 。 综上所述，该成果将有助于实现了住宅建造的标准化设计、工厂化加工和装配化施 工。新住宅体系的应用将从根本上提高房屋质量、缩短开发周期、在环保和节能等方面 都比传统建造模式有极大的改善，真正达到“四节一环保护”的效果，即节能、节水、节 地、节材和环保。 参考文献 1 】温家宝加快建设节约型社会抓紧解决环境污染问
