世構(gòu)體系：預制裝配化的成功實踐
文：劉亞非
在中國，要實現(xiàn)建筑業(yè)的現(xiàn)代化，必須走工業(yè)化的道路，依靠科技進步，用建筑工業(yè)化、部品標準化、施工機械化、管理信息化的“四化”才能徹底解決手工操作多、現(xiàn)場制作多、材料浪費多、高空作業(yè)多的“四多”現(xiàn)象。為此，很多建筑業(yè)企業(yè)都開始踏上這條探索之路，并都積累了經(jīng)驗，做出了成績。其中，南京大地建設集團有限責任公司（下稱“大地建設集團”）的世構(gòu)體系就是一成功案例。
世構(gòu)體系的引進和開發(fā)
1998年，大地建設集團通過廣泛調(diào)查研究，從法國PPB國際公司引進“預制預應力混凝土裝配整體式框架結(jié)構(gòu)體系”（簡稱“世構(gòu)體系”）的設計、生產(chǎn)、施工安裝成套技術。該體系的設備和大型模具均從法國進口，包括2套柱生產(chǎn)線（1套4根，長14米/根）；2套梁生產(chǎn)線（1套2條，長72米/條）；2套板生產(chǎn)線（長78米、寬2.5米∕套）；集下料、震動、平整為一體的程控自動播料機；預應力整體張拉設備等。另外還配套了混凝土攪拌站和蒸汽養(yǎng)護設備，并設立了一個二級試驗室。
大地建集團引進的世構(gòu)體系，其核心技術是采用現(xiàn)澆或預制鋼筋混凝土柱，預制預應力混凝土梁、板，通過鋼筋混凝土后澆部分將梁、板、柱及節(jié)點連成整體的新型框架結(jié)構(gòu)體系。該體系符合建筑工業(yè)化的發(fā)展方向和建設節(jié)約型社會的精神，屬住房和城鄉(xiāng)建設部“十二五”推廣的建筑業(yè)“10項新技術”之一。其預制梁、板采用先張法施工工藝，預制板受力主筋采用抗拉強度標準值為1570 N/mm2高強預應力鋼筋，強度設計值1110 N/mm2，相當于普通現(xiàn)澆板主筋（常采用I級鋼筋）強度設計值的5倍左右；預制梁受力主筋采用抗拉強度標準值為1860 N/mm2高強預應力鋼絞線，強度設計值1320 N/mm2，相當于現(xiàn)澆梁主筋（常采用II、III級鋼筋）強度設計值的4倍左右。
在工程實際應用中，世構(gòu)體系主要有以下三種結(jié)構(gòu)形式：第一，采用預制柱、預制預應力混凝土疊合梁、板的全裝配框架結(jié)構(gòu)；第二，采用現(xiàn)澆柱、預制預應力混凝土疊合梁、板的半裝配框架結(jié)構(gòu)；第三，僅采用預制預應力混凝土疊合板，適用于各種類型的結(jié)構(gòu)。
世構(gòu)體系在引進、開發(fā)、推廣及產(chǎn)業(yè)化過程中，進行了大量的試驗工作，通過試驗研究，形成了適合我國國情的一套完整的技術體系（包括設計軟件、技術規(guī)程、圖集和施工工法等）。
課題組通過試驗研究，在結(jié)構(gòu)體系的抗震設計、節(jié)點構(gòu)造、制作、施工安裝等方面有所創(chuàng)新并積累了寶貴的經(jīng)驗，為世構(gòu)體系編制國家行業(yè)標準提供了基礎數(shù)據(jù)，也為今后的發(fā)展奠定了理論基礎。重點進行了中間層邊柱節(jié)點擬靜力試驗、世構(gòu)體系振動臺試驗、預應力混凝土疊合板疊合面抗剪性能試驗、預應力混凝土疊合板疲勞試驗和預制樓梯等六項子課題研究。
世構(gòu)體系的優(yōu)越性
世構(gòu)體系與一般常規(guī)框架結(jié)構(gòu)相比，具有顯著的優(yōu)越性，主要概括如下：
一是，采用預應力高強鋼筋及高強混凝土，梁、板截面減小，梁高可降低為跨度的1/15，板厚可降低為跨度的1/40，建筑物的自重減輕，且梁、板含鋼量也可降低20%～30%，與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，價格可降低10%以上。
二是，預制板采用預應力技術，樓板抗裂性能大大提高，克服了現(xiàn)澆樓板容易出現(xiàn)裂縫的質(zhì)量通病。而且預制梁、板均在工廠機械化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量更易得到控制，構(gòu)件外觀質(zhì)量好，耐久性好。
三是，梁、板現(xiàn)場施工均不需模板，板下支撐立桿間距可加大到2.0米～2.5米，與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，周轉(zhuǎn)材料總量節(jié)約可達80%以上。
四是，梁、板構(gòu)件均在工廠內(nèi)事先生產(chǎn)，施工現(xiàn)場直接安裝，既方便又快捷，主體結(jié)構(gòu)工期可節(jié)約30%以上。
五是，梁、板均不需粉刷，減少施工現(xiàn)場濕作業(yè)量，有利于環(huán)境保護，減輕噪音污染，現(xiàn)場施工更加文明。
六是，與普通預制構(gòu)件相比，預制板尺寸不受模數(shù)的限制，可按設計要求隨意分割，靈活性大，適用性強。
在生產(chǎn)、施工過程中，南京大地建設集團有限責任公司、東南大學和江蘇省建筑設計研究院共同對世構(gòu)體系在工程中的應用工藝進行了研究，其研究成果《世構(gòu)體系成套技術在工程中的應用研究》通過了江蘇省建設廳組織的的鑒定。與會專家一致認為：世構(gòu)體系經(jīng)過理論研究和工程實踐，形成了適合我國國情的一套完整的技術體系（包括設計軟件、技術規(guī)程、圖集和施工工法等），并在抗震設計、節(jié)點構(gòu)造、施工安裝等方面有所創(chuàng)新。與現(xiàn)澆框架相比，可顯著降低梁、板結(jié)構(gòu)高度，節(jié)省工程結(jié)構(gòu)造價10%以上。充分證明世構(gòu)體系成套技術具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，有較高的推廣應用價值，對于推動我國建筑工業(yè)化和建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
世構(gòu)體系的推廣應用實例
南京審計學院國際學術交流中心
南京審計學院國際學術交流中心，位于南京市北圩路，框架結(jié)構(gòu)，地下一層，地上6層，建筑面積13360平方米，柱網(wǎng)尺寸8米×8米，樓板結(jié)構(gòu)厚100 毫米（其中預制板厚50毫米，后澆層厚50毫米）。采用預制柱、預制預應力混凝土疊合梁、疊合板的全裝配框架結(jié)構(gòu)形式，主體工程造價比現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)降低了10%左右。
南京金盛國際家居廣場
南京金盛國際家居廣場位于大橋北路，建筑面積16萬平方米，3層框架結(jié)構(gòu)。由于該工程工期緊，普通現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)
無法在指定工期內(nèi)完成，故采用世構(gòu)體系安裝技術。采用現(xiàn)澆柱、預制預應力混凝土疊合梁、疊合板的半裝配框架結(jié)構(gòu)形式，柱網(wǎng)尺寸為8米×8.5米、8米×7.8米，梁高為550毫米、600毫米；樓板結(jié)構(gòu)厚100毫米（其中預制板厚50毫米，后澆層厚50毫米）。該工程劃分為三個大區(qū)，公司組織兩個項目經(jīng)理部共同施工，工程主體結(jié)構(gòu)僅用92天即全部完工，體現(xiàn)了世構(gòu)體系的優(yōu)越性。施工中，板底支撐跨度為2米，節(jié)約70%的模板、鋼管等周轉(zhuǎn)材料，主體工程造價比現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)降低了10%左右，為建設單位取得了良好的經(jīng)濟效益，贏得了社會效應。
紅太陽家居廣場邁皋橋店
紅太陽家居廣場邁皋橋店，位于南京市棲霞區(qū)萬壽村，框架結(jié)構(gòu)，地下1層，地上4層，建筑面積10萬平方米，柱網(wǎng)尺寸9米×8.4米、9米×9米，樓板結(jié)構(gòu)厚120毫米（其中預制板厚60毫米，后澆層厚60毫米），采用現(xiàn)澆柱、預制預應力混凝土疊合梁、疊合板的半裝配框架結(jié)構(gòu)形式。
該工程工期緊，基礎、結(jié)構(gòu)主體計劃施工工期僅90天，普通現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)根本無法完成。把該工程劃分為兩個大區(qū)，每個大區(qū)分為三個小區(qū)，由兩個項目部同時施工，近2萬平方米的地下室，項目部僅用30天完成了施工；近8萬平方米的主體工程僅用56天即全部完工。施工中，板底支撐跨度為2米，節(jié)約70%的模板和周轉(zhuǎn)材料，主體工程造價比現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)降低了13%左右，贏得了建設單位的贊譽，近一步提高了世構(gòu)體系的社會效應。
世構(gòu)體系的應用效益
世構(gòu)體系框架結(jié)構(gòu)具有建造速度快、質(zhì)量易于控制、節(jié)省材料、降低工程造價、構(gòu)件外觀質(zhì)量好、耐久性好以及減少現(xiàn)場濕作業(yè)、有利于環(huán)保、節(jié)能減排等諸多優(yōu)點，至2011年底，已經(jīng)在300多萬平方米的各類工程中成功應用。
一是，應用預應力技術，減小了構(gòu)件截面，含鋼量降低20%以上，工程造價低于現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)。而世構(gòu)體系產(chǎn)品采用先張法長臺座生產(chǎn)，是目前造價最經(jīng)濟的預應力技術應用。
二是，構(gòu)件事先在工廠內(nèi)生產(chǎn)，不受氣候影響；施工現(xiàn)場只需搭設支撐腳手架，支撐減少50%以上，模板的安拆工作量大為減少，文明施工且方便快捷；主體結(jié)構(gòu)工期可節(jié)約50%，優(yōu)勢明顯。
三是，工廠機械化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量更易得到控制，構(gòu)件外觀質(zhì)量好、耐久性好。總體上講，我國現(xiàn)澆混凝土的質(zhì)量堪憂，從生產(chǎn)、施工包括混凝土的養(yǎng)護中存在很多問題，主體混凝土達不到設計強度的質(zhì)量問題非常多，現(xiàn)澆混凝土拆摸后質(zhì)量通病隨處可見，而世構(gòu)體系構(gòu)件有完整的質(zhì)量保證體系，不合格的構(gòu)件不允許出場。
四是，減少施工現(xiàn)場濕作業(yè)量，減少了污水排放及建筑垃圾，降低粉塵、噪音污染，有利于環(huán)境保護，現(xiàn)場施工更加文明。
五是，經(jīng)測算，每100平方米預制疊合樓板與現(xiàn)澆樓板相比：節(jié)約鋼材437千克、節(jié)約木材0.35立方米、節(jié)約水泥600千克、節(jié)約用水1420千克。這些材料的節(jié)約能使每百平方米建筑生產(chǎn)過程減少二氧化碳排放量約 2200千克，相當于一輛小轎車行駛一季度(一年排放8.64噸)二氧化碳的排放量。
以南京市2010年為例，全年各類房屋開工面積約5500萬平方米，如果都采用疊合板技術，可減少二氧化碳排放量121萬頓，江蘇省全年各類房屋開工面積約10億平方米，可減少二氧化碳排放量2178萬噸，節(jié)能減排效果顯著。
建筑工業(yè)化的實踐感悟
總結(jié)近幾年研究和推廣應用建筑工業(yè)化的實踐，有以下兩點感悟：
第一，從微觀層面看，建筑工業(yè)化是我國建筑業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的題中應有之義。當前所有建筑企業(yè)都把轉(zhuǎn)型升級作為改革發(fā)展的主線。轉(zhuǎn)型升級是一個大的系統(tǒng)工程，包括創(chuàng)新企業(yè)體制機制和經(jīng)營方式、管理方式、施工方式等，而建筑工業(yè)化則是施工方式的根本性創(chuàng)新變革。轉(zhuǎn)型升級的本質(zhì)要求是由數(shù)量型向質(zhì)量型、速度型向效益型、勞動密集型向科技密集型、粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，而建筑工業(yè)化能大幅減少用工、縮短工期、降低勞動強度、節(jié)能降耗、提高綜合效益，完全體現(xiàn)了轉(zhuǎn)型升級的本質(zhì)要求。
第二，從宏觀層面講，建筑工業(yè)化是中國建筑業(yè)發(fā)展的必由之路。參照國際上建筑業(yè)的發(fā)展過程，當國內(nèi)生產(chǎn)總值達到人均1000～3000美元后，開發(fā)新型的預制混凝土結(jié)構(gòu)體系、實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，就成為克服傳統(tǒng)建筑生產(chǎn)方式缺陷、促進建筑業(yè)又好又快發(fā)展的主要途徑。目前，建筑工業(yè)化結(jié)構(gòu)體系在國外建筑領域的應用已相當成熟，尤其在發(fā)達國家建筑市場占有率高達70%以上。世界建筑業(yè)發(fā)展的大趨勢大潮流告訴我們：中國已到了加快推進建筑工業(yè)化的重要歷史時期，時不我待，刻不容緩。必須通過建筑工業(yè)化，徹底告別高能耗、高污染、低效率、低效益的傳統(tǒng)建筑業(yè)。（作者：南京大地建設集團有限責任公司副總經(jīng)理、總工程師)
