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本文摘錄自2016年9月29日至10月1日在加拿大阿爾伯塔省埃德蒙頓市舉行的模塊化和非現場施工(MOC)峰會,作者爲新加坡國立大學土木與環境工程系戴碩,南京工業大學名譽教授劉建勇2,戴子權3,王彥波4由于2016年還是新加坡大規模推廣PPVC的前期,後續很多項目沒有實施,因此文章中提到的最高案例現在已經被多次打破……但是本文提到的新加坡全年多雨,在施工過程中如何做到防水,這是幾乎所有模塊化建築從業企業早期都會碰到的問題,作者雖然沒有在細節上給出答案,但是提供了一種科學的分析方法。關聯閱讀:筆記《模塊化建築的防水問題1》
摘要預制預制體施工(PPVC),也被稱爲體塊模塊化施工,最近已被用于高層建築施工。然而,在現場連接體積單元的有效方法還沒有很好的發展。因此,預期的高生産率受到了阻礙,PPVC建築的成本大大高于傳統的建築方法。此外,模塊對准和水滲透等問題經常暴露在組裝過程中。此外,地方規範要求和地域差異常常導致連接技術發展的不同優先級和關注點。本文主要討論PPVC系統中采用的通用連接技術。根據螺栓連接的擰緊位置不同,提出了三種連接方法。基于提出的可施工性准則和結構性能對這些方法進行評估。收集的信息有助于設計師和承包商理解開發新連接技術時的優先級和問題。介紹PPVC系統已廣泛應用于世界各地的低層建築中。然而,在新加坡這樣人口密集的國家,推動PPVC系統在40層以上高層建築中的應用成爲最終目標。這不僅可以解決可預見的施工人力減少問題,還可以支持改善環境、節約資源等方面的可持續發展。在全球範圍內,只有一座PPVC建築已經建成超過30層(B2大西洋大廈,紐約)(Farnsworth 2014)。而且,該項目已經推遲了兩年多,比傳統的施工方法更加耗時。由于連接技術問題,整個項目暫停,模塊從10層開始就不能安裝。連接工藝設計與施工能力的不一致使整個工程陷入停頓。此外,連接的模塊可能會遇到可服務性問題,如損壞的外觀,如圖1所示的視覺不舒適。正如Harrell等人指出的,模塊外殼最容易被忽視的設計是相鄰模塊之間的連接,如圖2所示。在各種模塊化建築項目中,漏水問題已被廣泛報道,包括B2 Atlantic Tower、Darwin SOHO Apartments (Gardiner 2015;Harrell et al. 2016)。
在施工過程中出現這麽多問題的原因是,對于設計人員來說,首先考慮的是結構的性能。設計師通常會提出一種連接技術,然後專注于結構性能的評估,而不是考慮在施工過程中可能發生的情況。然而,經驗告訴我們,除了結構性能之外,更全面的考慮也很重要:1. 模塊組裝:連接模塊和完成組裝有多容易?對于過大的誤差有什麽應急計劃嗎?修改的速度和成本會有多快?修改是否會嚴重影響原有的目標結構性能?2. 滲水:施工過程中下雨時,堆疊模塊和非堆疊模塊如何防止滲水?此外,需要保護接頭不受腐蝕。3.檢查通道:是否有檢查和維護通道?如果是,成本效益如何?4. 消防費用:連接技術對模塊內和連接區域的消防有什麽影響?5. 工作環境安全:是否需要額外的腳手架?工人是否在危險的環境中工作?6. 行業數量:除了專業的鋼鐵工人,現場還需要多少行業?(朱明點評:減少工種數量)7. 模塊連接孔:模塊連接是否導致模塊完成損壞?8. 建築靈活性:連接技術對模塊和整個建築的建築布局有多大的靈活性?第1項對于所有項目都是至關重要的,如果不能解決它,將直接導致每個項目的失敗。第2項在新加坡這樣的熱帶地區要求特別高,那裏幾乎每天都有傾盆大雨;一旦水滲透到模塊或接頭區域,采取任何補救措施幾乎是不可能的。項目3應嚴格執行,以確保新開發的PPVC系統的安全性和可靠性,特別是在沒有足夠的知識和官方指南的情況下。例如,在新加坡定期檢查是強制性的(BIP Checklist For PPVC 2016)。第4項在新加坡是一個重要的考慮因素,因爲消防費用非常昂貴。如果模塊的設計和連接技術能夠兼容,允許利用某些結構構件(如混凝土填充柱)的固有防火性,這將是非常劃算的。然而,一些連接技術排除了使用CFC的可能性。項目5指出PPVC連接的主要好處之一,安全的工作環境,可能會受到損害,如果需要外部腳手架。通常情況下,如果使用腳手架,必須是那種可以升起的堆疊模塊。因此,在現場建造是非常昂貴和耗時的。項目6在決定模塊組裝的成本和速度方面起著重要作用。例如,位于紐約布魯克林的Atlantic Yards建築B2采用了純鋼解決方案,通過使用橫向承重支撐而不是傳統的混凝土核心,以節省成本和時間(Farnsworth 2014)。如果需要在立面、牆壁或樓板上建立連接通道,第7項將被擡高。然而,這些通道可以用于檢查和維護,因此有自己的優勢。第8項對于建築設計很重要,因爲有些連接技術並不能適用于所有情況,稍後將進行說明。上述問題是本文用于回顧連接技術的標准和優先順序。結構性能也被評估,因爲它直接決定了連接技術在高層建築中的適用性。