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法国:预制混凝土结构装配式建筑

时间:2018-08-06 20:43:23  来源:建设视野  作者:
 

法国装配式建筑主要采用预制预应力混凝土结构(结构服役期间预加压应力可全部或部分抵消荷载导致的拉应力,避免结构破坏),常用于混凝土结构装配式建筑。预应力混凝土结构是在结构承受荷载之前,预先对其施加压力,使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内力产生压应力,用以抵消或减小外荷载产生的拉应力,使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚。混凝土装配式框架结构体系,其装配率可达80%。

 

1891年,巴黎Ed.Cigent公司首次在Biarritz的俱乐部建筑中使用预制混凝土梁。至今,预制混凝土结构的使用已经历了130多年的发展历程,1959~1970年开始,至80年代后期成体系。绝大多数为预制混凝土构造体系,尺寸模数化,构件标准化,少量钢结构和木结构。装配式链接多采用焊接和螺栓链接。

 

法国预制混凝土结构装配式建筑的特点

 

法国装配式建筑以混凝土体系为主,钢、木结构体系为辅,多采用框架或者板柱体系,向大跨度发展,焊接连接等干法作业流行,结构构件与设备、装修工程分开,减少预埋,生产和施工质量高,主要采用预应力混凝土装配式框架结构体系,装配率达到80%,脚手架用量减少50%,节能可达到70%。1959~1970开始,上世纪80年代后期成体系。绝大多数为预制混凝土。构造体系,尺寸模数化,构件标准化。少量钢结构和木结构。装配式链接多采用焊接和螺栓链接。近年来,法国装配式建筑呈现的特点是 :焊接连接等干法作业流行 ;结构构件与设备、装修工程分开,减少预埋,使得生产和施工质量提高。

 

在信息化应用上,法国上个世纪在90年代装配式混凝土建筑中开始推广应用G5软件系统,促进了预制构件的大规模生产、成本的降低和效率的大幅提升。现阶段基于建筑信息模型(BIM)的装配式建筑设计、生产、运维等,已经成为各国装配式建筑技术创新、产业整合和集成出口的重要工具。

 

预制预应力混凝土建筑技术的主要制品

 

法国预制预应力混凝土建筑技术经历了不同的发展阶段。目前的产品体系包括预应力混凝土装配式建筑(PC)梁、PC板、SCOPE体系(多层建筑)、PC楼梯、PC壳屋面、PC窗框。

 

空心板:空心板十多年前就是应用最广泛的预制楼板,其优点主要是具有高效的设计和生产方法、方便合理的构件厚度和承载力、面层选择及较高的结构效率。空心板同样具有大跨度的工作能力,能很好地满足灵活性和适应性的要求。目前厚400mm、跨度17m、承受 5kN/m2活载的空心板已得到广泛应用。在芬兰,厚500mm、承受5kN/m 2活载的空心板跨度已达到21m。在瑞典,没有中间支承的空心楼板已在办公楼中应用,且规模在不断扩大。

 

叠合实心楼板:法国叠合实心板由预制预应力混凝土基层板和后浇层组成。基层板的标准厚度分为50、60、80、100、120mm 五种,总厚度为100~300mm ;宽度一般为2.5m,也可改小,跨度最大可达10m以上。叠合实心楼板的优点是:

 

施工速度快:每平米楼板的现场工作仅需0.4h。

 

用途广泛:几乎适用于任何类型和外形的建筑;质量优良:工厂化生产可长期地、严格地控制建筑构件的质量。

 

安全可靠:以工业化生产建筑构件大大减少了现场施工所带来的事故。

 

安装方便:有不少预制构件的重量较轻,没有吊车也可施工。

 

节省用地:减少现场现浇混凝土量、节约材料堆放场地。

 

重量轻:有利于提高建筑结构的抗震能力。

 

自动化程度高:产品的生产和供应都由计算机控制。

 

经济效益明显:相对于现浇钢筋混凝土(RC),节省钢材、混凝土

 

PC梁:PC梁的跨度可以控制,而且种类齐全,用途广泛,有矩形梁(梁高 h=150~900mm)和工形梁(梁高 h=700~1250mm)两种。

 

多层预制结构体系:典型的多层预制结构体系具有以下特点;用途广泛,可用于不同地形和建筑外形中;采用具有较好抗震性能的叠合楼板;柱固接于独立基础,但连接较为简捷;安装速度快;符合防火大于2h的标准。

 

梁柱连接:典型的梁柱连接梁与柱的连接采用键槽节点;预制柱层间连接节点处应增设交叉钢筋,并与纵筋焊接,用以保证施工过程中预制柱的稳定性;梁下设置现场临时支撑,用以承担施工过程中梁的自重。其特点自动化程度高,产品的生产和供应都由计算机控制,经济效益明显。相对于现浇钢筋混凝土(RC),其更节省钢材、混凝土,并且不需要模板。

 

预制RC柱:典型的预制RC柱预制柱层间连接节点处应增设交叉钢筋,并与纵筋焊接。交叉钢筋每侧应设置一片,其直径应按运输、施工阶段的承载力及变形要求计算确定,且不应小于12mm。此外,柱就位后用可调斜撑校正并固定。

 

其他产品:其他的产品主要有⊥形预制PC小梁(砖拱空心块及建筑聚丙乙稀作模板建造的楼面结构)、槽形梁、楼梯、窗框等。

 

预制预应力混凝土建筑结构及 SCOPE(世构)体系的施工安装

 

图1是马赛一 36000m2的超级市场预制预应力混凝土建筑技术施工现场。工地的机械化程度都很高,大部分的工作是由建筑机械实施预制构件的安装,仅有少量的混凝土节点需要完成现场浇筑工作。工地上现浇混凝土的工作量很小,一般工地上仅能看到一台混凝土搅拌机,工人数量不多。工地现场干净整洁,混凝土制品的堆放场地很小。

 

SCOPE体系是一种优良的预制预应力混凝土建筑结构体系(图2)。它在一般工业与民用建筑以及农村住宅建筑中有广泛的适应性。建造时,不需要特别的大型建筑机械和安装设备。SCOPE体系采用预制PC梁、叠合板及预制RC柱等构件,通过楼板面层及梁柱节点的现浇混凝土构成装配整体式PC结构。它使通常需大量现浇混凝土的现场施工建造过程变成工厂化构件的生产和组装过程,从而不仅大大加快房屋施工速度,同时也大量减少现浇混凝土量和施工现场建筑材料的堆放面积,提高工地文明施工程度,而且经济效益大为提高。

 

图1 马赛某超级市场预制预应力混凝土建筑技术施工现场

图2 建造中的法国SCOPE(世构)体系

 

法国推进预制混凝土结构装配式建筑的特点

 

建筑师可以采用其中的构件,像搭积木一样组成多样化的建筑(积木式体系)。法国住房部委托建筑科技中心(CSTB)组建由工程师、建筑师和经济师三方面人员组成的评审委员会,对构造体系进行审批。到 1981 年,全国已选出 25 种构造体系,其中有木结构、钢结构、钢筋混凝土预制体系。其构造体系最突出的优点是建筑设计灵活多样。法国于 1982 年后发展面向全行业的通用构配件的商品生产,并开发出“构造逻辑系统”的软件,可以设计出多样化的建筑,不仅能进行辅助设计,而且可快速提供工程造价。

 

原文见2018年第15期《建筑》

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