過去中國也向國外發達國家學習先進技術,日本和新加坡兩國的裝配式建築發展相對成熟,將日本和新加坡的技術移植到中國是否具有可行性?雖然同爲亞洲國家,但中國、日本和新加坡(以下簡稱“中日新”)的裝配式技術體系及連接節點各不相同。本文從抗震設計、節能保溫、施工管理、建築膠使用和國家政策等方面,淺談中日新裝配式建築發展差異。
01.抗震設計
地震情況
國家
地震情況
設計方法
中國
少數地區地震頻發,一般震級較小
抗震設計
日本
多地震國家,震級較大
隔震、減震設計
新加坡
地震很少發生
基本不考慮地震作用
立面影響
由于建築抗震設計方法不同,使得中日新三國規範對建築規則性要求不同,建築立面風格差異也較大。
中國建築
立面多樣
日本建築
立面規則
新加坡
不規則建築
結構體系
在中日新三國裝配式建築中,中國和新加坡裝配式剪力牆技術應用較爲廣泛,主要應用在住宅中;日本裝配式框架、裝配式剪力牆均有應用,公建和住宅都有采用。
中國剪力牆住宅裝配式施工
日本的裝配式框架施工
新加坡組屋裝配式剪力牆施工
鋼筋連接形式
中日新三國裝配式建築中,均有剪力牆住宅,預制豎向構件連接,雖然均采用套筒灌漿技術,但由于抗震設計方法不同,在裝配式住宅實際應用中也有較大差異。
日本裝配式剪力牆主要用在低多層建築中,豎向鋼筋普遍采用灌漿套筒連接,連接鋼筋直徑大、數量少,不易變形,在裝配式框架結構中,框架柱的連接鋼筋直徑大、數量多,框架梁水平鋼筋也有采用灌漿套筒連接。新加坡豎向鋼筋也采用灌漿套筒連接,與日本類似,連接鋼筋直徑大、數量少。中國的裝配式剪力牆豎向連接鋼筋也采用灌漿套筒,但直徑小、數量多,對于生産和施工工藝要求比較高。
由于中國的抗震設計和剪力牆住宅的結構形式,裝配式“等同現澆”的原則要求節點構造符合現澆混凝土設計規範,導致豎向連接鋼筋較多,鋼筋容易偏位且對孔難度大,後澆節點部位鋼筋綁紮複雜。未來應對現有技術體系及連接節點進行優化,可研究安全度高、現場施工高效的新工藝工法。
中國套筒灌漿
剪力牆施工
新加坡套筒灌漿
剪力牆施工
日本套筒灌漿
預制柱施工
連接鋼筋
直徑小、數量多
連接鋼筋
直徑大、數量少
連接鋼筋
直徑大、數量多
裝配式建築連接鋼筋的直徑和數量,直接影響現場施工精度和質量,目前在低多層建築中已經有項目采用大直徑、大間距的連接套筒及其他連接構造,後續在高層建築中深入研究連接鋼筋直徑和數量,突破傳統現澆混凝土規範的束縛,進而提高現場效率。
02.節能保溫
新加坡全年高溫多雨,建築節能主要采取隔熱的設計方法,建築設計非常注重外遮陽設計,日本和中國華北地區緯度基本相同,節能設計均要求形成封閉空間,但日本建築普遍采用內保溫設計,而中國大部分建築采用外保溫設計,僅在南方夏熱冬暖地區采用內保溫設計。
新加坡
預制外牆板遮陽板一體成型
新加坡
住宅陽台、外遮陽實景
日本內保溫體系
中國外保溫體系
節能保溫形式對預制外牆的構件選型影響較大,新加坡地區普遍采用單層預制牆板,遮陽板隨預制構件整體預制;日本外圍護結構大量采用ALC條板和預制混凝土外挂牆板,采用內保溫,並結合SI管線分離技術,大大降低預制構件生産和施工難度;而中國根據南北差異不同,分區域地選用預制夾心保溫外牆板、預制單層牆板、內澆外挂牆板等,外保溫給裝配式建造帶來一定的生産和施工難度,導致了中國比日本新加坡的預制構件更加複雜。
03.施工管理
在項目施工管理模式方面,日本和新加坡都是以EPC總承包模式建造,總承包商負責整個項目的實施過程,有利于項目統籌規劃和協同運作,工作責任和界限更加清晰,能夠使設計、施工最大限度發揮價值,進而有效提高項目建造質量,避免出現多單位配合的脫節現象,同時降低項目總體建造成本。同時,日本的施工管理,將人員安排、作業面施工內容、工序交接、機械設備安排等都做到精細化策劃,施工效率高、質量優。中國大多數項目仍采用逐層分包的管理模式,有設計、生産、施工脫節現象存在。
裝配式建築要求設計、生産、施工一體化,建築、結構、機電設備一體化,技術、管理、市場一體化,中國近年來也提出加大力度推廣EPC總承包模式,目前仍處于探索階段,相關配套的管理制度尚未完善。未來隨著EPC模式的推廣,應能降低裝配式建造成本、提高建造質量。
04.建築膠使用
日本和新加坡的裝配式建築,廣泛地使用建築密封膠,並將預制構件拼縫外露,定時檢修維護,已被百姓接受。中國的裝配式建築目前尚處于發展初期,建築密封膠産品並未形成統一標准,質量參差不齊,産業工人匮乏,建築密封膠施工質量不佳,中國老百姓對建築密封膠的接受度不高。甚至有些項目在建築密封膠部位采取砂漿封堵的錯誤做法,後期使用過程中有較多開裂。規範建築密封膠産品質量,提高施工水平對裝配式建築發展也十分重要。
中國建築密封膠
施工質量好的案例
中國建築密封膠
施工質量差的案例
正是由于建築密封膠施工質量不可控,中國的很多裝配式項目設計時,對建築密封膠有所顧忌,很多項目前期方案,設計師放棄預制構件拼縫外露,甚至將預制構件之間的接縫打膠後表面再覆蓋砂漿,這種錯誤的設計方式,後期存在開裂風險。一方面設計人員要重視裝配式項目預制構件間的拼縫設計,另一方面項目要嚴格控制密封膠産品質量和現場施工質量,從而使預制構件拼縫外露也能實現完美的實施效果。
05.國家政策
日本在上世紀60年代末開始大力發展裝配式建築,起初也是政府主導,在經濟、技術、協會等方面給予大力支持,首先在集合住宅低矮房子中推廣預制剪力牆,由于人工成本逐步增加,企業自主研發能力增強,逐步將預制構件應用到高層和超高層建築中,降低整體建造成本。
20世紀80年代,新加坡建屋發展局(HDB)開始大力發展裝配式建築,政策導向主要爲了限制外國勞工數量,新加坡的組屋爲政府投資,全部要求采用裝配式方式建造,經過多年的發展,新加坡組屋已經形成高度標准化的套型、戶型及施工工法。
中國裝配式建築發展幾經波折,2016年國務院再次提出大力發展裝配式建築的要求,各地方政府也出台了容積率獎勵、提前預售、財政補貼等激勵政策,近兩年裝配式建築發展規模跨越式發展,但與此同時,裝配式建築也遇到了成本增量高、施工工期無優勢、建造質量有待提升、配套制度不完善等問題。
政策推動不應是裝配式發展的內在動力,切實提高效率、降低成本才是裝配式能夠發展的核心,國家政策、企業研究也都應該以“兩提兩減”爲目的,才能使中國的裝配式建築健康發展。設計生産施工企業應加大研究投入,創新實踐,突破現澆理論,從各方面提高裝配式建造質量。