王晓锋:新型装配式混凝土结构发展中的标准问题

发布时间:2017年03月06日 10:54 来源:工程建设标准与实践

摘要:在国家、地方政策支持与广大企业积极参与下,装配式混凝土结构(简称“PC”)近年来在我国快速发展,形成了具有中国特色的高层PC剪力墙住宅技术体系。但由于种种原因,行业发展仍存在造价偏高、认识不统一持续动力不足等问题。在这种情况下,“缺少标准规范”常作为最主要的问题被提出来。真实情况是不是这样的呢?本文主要介绍我国PC不同发展阶段及标准规范发展情况,以供读者了解目前标准规范的实际情况,思考今后的标准规范及有关工作对策。

在国家、地方政策支持与广大企业积极参与下,装配式混凝土结构(简称“PC”)近年来在我国快速发展,形成了具有中国特色的高层PC剪力墙住宅技术体系。但由于种种原因,行业发展仍存在造价偏高、认识不统一持续动力不足等问题。在这种情况下,“缺少标准规范”常作为最主要的问题被提出来。真实情况是不是这样的呢?本文主要介绍我国PC不同发展阶段及标准规范发展情况,以供读者了解目前标准规范的实际情况,思考今后的标准规范及有关工作对策。

本文作者:王晓锋,工学博士,研究员,中国建筑科学研究院标准规范处副处长,建筑工业化产业技术创新战略联盟秘书长。

装配式混凝土结构的早期发展

新中国成立到改革开放前,我国处于计划经济时期,主要采用高度标准化的模式建造房屋。在我国高校的专业设置中,建材专业的前身大多是“混凝土制品”专业,主要原因是那时没有预拌混凝土,混凝土只有预制和现场拌制两种应用方式。

由于这个时期模板与混凝土输送技术较为落后,且钢产量低难以发展钢结构,造成除少数现浇混凝土结构外,建筑结构形式以砌体结构和PC居多。典型的PC应用形式有全装配干连接排架工业厂房结构、采用预应力空心板的砖混及各类砌体结构、装配式大板多高层结构以及各类预制叠合楼板应用等,还有少数地区应用的工业屋面折板结构、现浇预制结合的升板结构等。这个时期的各类PC均具有较高的工业化水平,能够做到节约材料、降低造价。

房屋建设高度标准化,有限的设计图纸不断复制,针对标准构件编制设计图集,在这些条件下,数量有限的标准规范可以满足工程建设需要。

现浇混凝土结构的蓬勃发展

由于早期的PC技术体系成本过低,存在整体性差、使用功能不良等问题,再加上PC建造的各个环节无法满足上世纪90年代开始的大规模建设需求,最终使PC的比例迅速降低并造成行业萎缩。同时,巨大的工程建设量及农民工进城提供的廉价劳动力,随着预拌混凝土及泵送技术的进步,推动了我国现浇混凝土结构的蓬勃发展。现浇混凝土结构的发展离不开标准规范的支撑,特别是由中国建筑科学研究院牵头编制的系列结构设计规范,具体包括可靠度规范、荷载规范、抗震规范、混凝土规范、高层技术规程等。

上述规范以组织全行业完成系统科研工作为基础,成果作为“公共技术”为全社会共享、受益。在计划经济时代,为标准规范编制提供依据是广大建筑工程行业的共同目标与荣誉。以89系列结构规范为基础,现浇混凝土结构不断发展,系列规范又在本世纪的2002、2010两个年代完成了两轮修订,形成了目前正在实施的2010版结构规范。由于在这两轮规范修订期间,PC还没有发展起来,造成2010版结构规范的规定多是针对现浇结构提出。

曾经有专家说过玩笑话,“目前推广PC难度很大,与现浇结构的系列结构规范编的太好了有很大关系”。真实的情况也是这样的,我国的PC在近20多年没有与现浇混凝土结构同步发展、进步。例如,边缘构件(暗柱、端柱)的配筋构造现行规定是规范多轮修订逐渐加严形成的,对现浇结构来说这是可以克服的施工难点,但修订过程中并没有考虑过PC如何处理,也造成了现今PC剪力墙的尴尬(如下图)。

新型装配式混凝土结构的发展问题

新型装配式混凝土结构在近年来的发展中遇到诸多问题,很多问题都会牵出标准问题,下面分别介绍。

等同现浇问题

如前所述,我国目前的结构规范在混凝土结构领域主要是针对现浇结构规定的。具体到抗震设计,针对“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准两阶段设计,对于大多数建筑结构,是以小震弹性设计结合概念设计、抗震构造措施来满足设计要求。

目前以我国高层住宅为主的PC结构主要是“等同现浇”装配整体式混凝土结构,“等同现浇”主要指与现浇结构采用相同的计算方法与构造措施,这样才能在现有条件下做到“能设计、会设计”。“等同现浇”的设计方法没有问题,但机械化地照搬现浇结构的构造措施,对装配需要考虑不够,会给PC发展造成困难。如剪力墙边缘构件配筋(如上图)与分布钢筋连接的构造都模仿现浇结构,且现场施工组织与协调也是现浇工程的模式,造成的结果就是难于安装且效率低、经济性差。

标准与研究

标准的编制需要系统研究与工程实践总结。行业标准《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014在2003年立项,历时11年才完成编制工作,主要原因就是研究工作不充分、工程实践偏少,造成编制依据不足。至2016年底,目前PC领域设计、施工、验收方面的主要标准规范如下表,表中标准规范以已有研究与工程经验为依据,已能满足目前主流PC工程建设的基本需求。依据现有标准规范,还编制了系列装配式混凝土结构相关的国家建筑设计标准图集。

▼ 我国PC领域相关技术标准

目前行业还缺少的主要是针对构配件(如吊件、夹心墙板连接件、密封胶及各类预制构件等)的检测方法标准及应用技术规程,这些标准的编制难度较大,短时期内估计仍将是以企业标准(多为参考国外标准)为依据。

新结构体系

全面发展PC,进一步接近“像搭积木一样造房子”,就要进一步突破“等同现浇”,开发新的结构体系,并积极将PC与消能减震技术相结合。相比现浇结构的研究与标准发展历史,新型PC体系需要做的工作还很多,有限的研究工作并不能说明所有问题,这也是部分新结构体系的设计与构造方法难以在行业形成共识的主要原因。

PC领域的研究,要充分考虑设计、施工的联动,不考虑施工操作的结构体系是没有生命力的。研究工作还需考虑与结构体系、整体设计方法关联,部分研究很重视结构设计不等式(S≤R、S≤C)左边(S)如何计算,而对于右边的限值则往往重视不够。对于新结构体系,层间位移角之类的整体验算指标限值如何确定、是否可以突破抗震设计的多道防线等,是不可回避的系列问题。

行业管理

现有的行业管理体制主要与长期发展的现浇结构互相适应,但对PC发展来说还存在诸多管理上的弊端。如EPC模式及随之的工程验收等技术管理问题,现浇混凝土结构同样会遇到,只是没有发展PC需求这么急迫;工程项目过分追求速度带来的设计周期过短及大量的“三边”工程,现浇结构或许还可以克服,但PC则很难适应。

在标准供应方面,以往政府控制所有标准的立项与供应,造成技术标准更新周期长,标准缺失问题日趋明显,这些问题通过工程建设标准改革将有所改变。

人员

在现浇结构的发展历程中,结构设计软件和平法标准设计图集提高了建造工作效率,也降低了对从业人员的专业水平要求。现浇结构建设的固有模式已经形成,标准规范数量爆发性增长,造成从业人员(特别是施工、质量监督领域的基层人员)渐渐养成不看标准的不良习惯。

对于缺少规范的说法,最常听到的是缺少预制构件进场及工程验收的依据,而这些规定在《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015、《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》JGJ 355-2015中均有明确规定。PC的建造要比现浇更复杂,标准的规定也更为繁琐。不但要看规范,还要看懂规范,目前PC行业中因为未执行规范或错误执行规范已产生一些质量问题。

发展展望

在标准供应方面,国家已开启标准化工作的全面改革。国务院2015年3月印发了《深化标准化工作改革方案》,提出将形成政府引导、市场驱动、社会参与、协同推进的标准化工作格局,并将发展团体标准作为重要改革措施;质检总局、国标委于2016年3月正式印发《关于培育和发展团体标准的指导意见》,正式推进团体标准编制工作;住房城乡建设部2016年8月印发《关于深化工程建设标准化工作改革的意见》,确定政府制定强制性标准、社会团体制定自愿采用性标准的目标,并将建立以强制性标准为核心、推荐性标准相配套、团体标准为支撑、企业标准为补充的新型标准体系。

改革为标准供给提供了新的供应渠道,未来缺失标准不应再成为无法推广PC的理由。所有新技术、新工艺、新产品都可以通过编制团体标准或企业标准满足工程建设需要,遇到问题的企业不应考虑等着国家提供标准服务,而是考虑如何自己建立技术标准。当然,不是编出了标准就可满足工程建设需要,标准编制渠道放开,并不意味着在编制程序与安全适用方面的放松。

未来政府主要负责制定有限的强制性标准和公共基础类推荐性标准,管理标准的数量将进一步减少,将在标准体系建设及每部具体标准上将要给予更大的投入。对于影响全行业的强制性标准,除了给予更多的经费支持与扶持,在标准发布后的执行期如何维持,如何与国家投入的各类研究项目互动,都是需要考虑的问题。

由于在科研与标准领域的“举国体制”模式已不存在,建筑业也很难复制航天、铁路、公路等领域的“办大事儿”经验,而我国还缺乏发达国家对企业知识产权和专有技术的保护机制与社会意识,这些又都不利于PC技术与标准的发展。住房城乡建设部2017年1月发布了《工程建设标准涉及专利管理办法》,允许通过一定程序在推荐性国家、行业标准中纳入专利,学会协会发布的团体标准也不排斥专利。未来在研发与知识产权方面予以投入的企业,可通过编制标准并纳入专利的方式,在推动技术应用的同时保护自主知识产权。但也不得不承认,目前国内PC领域能够在专利、标准、技术推广与经济效益多方面共赢的企业,还很少见。

对PC技术本身,牢记提高质量、提高效率、减少人工、减小消耗的发展“初心”,充分发挥建筑工业化与装配式建筑的技术优势,优化连接方式,积极推广高强混凝土与预制预应力技术,扩展装配式建筑的类型、结构形式与应用范围,才能促进行业可持续发展,最终惠及全社会及所有行业企业、从业者。这些技术创新与突破,都需要技术与标准工作同步。

具体在新结构体系方面,既可以通过研究编制标准,也可以在现有标准规范框架内采用抗震性能设计的方式,采用“一事一议”的设计模式。对于行业普遍关注的低多层“干连接”PC建筑,相信近期就会通过这种方式开展试点应用。

结语

以上对我国装配式混凝土结构发展与标准规范的一些问题谈了浅显的个人看法,在此仅供各位同仁参考,欢迎给予批评、指正。希望在大家共同的努力下,装配式混凝土结构行业与标准规范事业的明天会更好。


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