预制装配式技术如何在传统风格建筑中应用
发布时间:2019-10-23 8:39:01

传统风格建筑是在吸收传统古建筑风格的基础上,运用现代建筑材料特性和技术手段,传承与创造出具有民族风格与地域特色的新型建筑物。与传统建造方式相比,预制装配式结构体系容易实现大规模工业化生产,更容易满足人们对建筑结构产品在数量和质量方面的要求。本文在工程设计和施工实践的基础上,对预制装配式技术在传统风格建筑中的应用进行研究,归纳总结传统风格建筑关键节点及关键构件的装配式节点设计和构造。


古建筑的材料及结构特征


中国传统古建筑通常以木材为主要建筑材料,并辅之砖、石等材料。由立柱和横梁组成古建筑的木构架结构,其斗拱、檩椽等构件既有结构属性又有装饰作用,从而使建筑在形式与空间上特色鲜明。传统古建筑在柱顶、屋檐等部位构件繁多且连接复杂(图1),但建筑构件截面形式较为统一,具有模数化特点。加之木材源于自然,便于加工,本身就具有装配化优势。通过对木材进行切削等加工易于形成木构架结构的各组件,如柱、梁、椽、斗拱等。施工中通过卯榫节点实现对各构件装配式连接,建成的建筑飞檐翼角舒展优美、斗拱美轮美奂,充分体现出中国建筑艺术的感染力。


图1 古建筑屋檐


作为古建筑的骨架,木材充分发挥了其质轻、强度大、弹性和韧性比较好、抗冲击性强、导热性小、易于加工、外观好、干燥条件下耐久性好等优点。但作为建筑材料,其自身仍有以下不足:如木材在防腐、防火、防虫蛀、耐久性等方面存在缺陷,且使用木材进行大规模建造已不符合环境保护和可持续发展的要求。如何利用现代材料,使中国传统古建筑文化得到继承和发展,促进其可持续发展已经成为工程界思考的问题。


现代材料在传统风格建筑中的应用


传统风格建筑以现代材料(如钢筋混凝土、钢材)为主导,依据古建筑形制建造,其在传统营造法则的基础上,与现代施工、材料技术结合,使建筑既具有传统建筑风格,又具有现代化功能,符合地域文化特色(图 2,3)。


图2 钢筋混凝土传统风格建筑


图3 钢结构传统风格建筑


通过材料和结构的创新,传统风格建筑得到了一定的应用和发展,但仍存一些问题急需解决,如钢筋混凝土结构传统风格建筑在施工中存在钢筋混凝土现浇支模量大、模板制作和钢筋绑扎困难、施工质量不宜控制等弊端。


针对上述问题,本文对传统风格建筑装配化设计和施工的探索,对预制装配式技术在钢筋混凝土结构传统风格建筑应用进行归纳和总结。


装配式混凝土技术在传统风格建筑中的应用


钢筋混凝土材料具有防虫、防火、防腐、抗震等优点,建筑结构后期维护费用低,同时钢筋混凝土构件通过模板浇筑成型,具有良好的可塑性,适合不同形状的构件,因此成为替代木构件的首选材料,但在施工工艺、复杂程度、施工质量保证等方面存在不足。在传统风格建筑的应用上,特别是建筑檐口部位的斗、拱、升、耍头等造型复杂,施工工艺繁琐。将预制装配式技术应用于钢筋混凝土传统风格建筑中是当务之急。


提到古建筑不得不提到其中的标志性构件———斗拱。斗拱是中国古建筑中最具特色、构造和受力特性最复杂的一组构件。斗拱如同独特的托架,连接柱、梁及枋,满足建筑梁柱承托功能的需要,将屋檐的荷载经斗拱传递到立柱,再由立柱传至基础,从而起着承上启下、传递荷载的作用。斗拱具有“结构和装饰性”的二重性,即斗拱具有力学功能和美学功能,是中国传统古建筑显著特征之一。


斗拱由斗、拱、升、昂、翘 5 种基本构件组成,这些独立构件层层叠加、相互组合成为坚固且美观的受力构件。设计时依据斗拱各部位(斗、拱、升、昂、翘)的尺寸和连接关系对其拆分(图 4),采用预留后浇孔、预留钢筋或预埋钢板等方式实现斗拱各部件场外批量化生产。


图 4 钢筋混凝土斗拱装配化设计


斗拱系统在安装前先进行预装配,确认无误后在现场根据设计标高进行装配连接(图5),将斗拱与主体结构柱通过锚固钢筋进行节点整浇或采用斗拱后置倒挂安装技术进行连接,即斗拱构件通过预埋钢板与柱可靠焊接。预制斗拱施工中应做好放线定位工作,同时对于角部外挑尺寸较大屋檐处斗拱应做好临时支承和固定,以防错位、移位。对斗拱系统进行装配式施工,降低了施工难度,缩短了工期。


图5 钢筋混凝土斗拱装配化施工


钢筋混凝土斗拱装配式设计和施工,解决了现场支模、钢筋绑扎、混凝土浇筑等困难,便于工厂化制作,施工工艺简单,施工精度和质量高。


在进行钢筋混凝土结构檐口设计时,将檐椽设计为预制构件,使其局部箍筋外露,等到椽构件混凝土达到设计要求的强度后,现场施工时将预制椽按照设计标高支承就位,在椽距之间的椽顶面设置水泥压力板作底模,绑扎屋面檐板钢筋,并将椽的预留箍筋与挑檐板钢筋绑扎连接(图6,7)。这样施工简便,缩短了工期,且施工质量易于保证。


图6 钢筋混凝土椽、板装配化设计


图7 钢筋混凝土椽装配化设计及施工


对于廊柱也可采用离心法生产预制混凝土圆管柱,其工艺流程为:钢筋笼准备→模板准备→混凝土准备→离心法制作钢筋混凝土圆管柱→养护、拆模、堆放。离心设备转速分低、中、高三级,应根据不同的管径及工艺要求调整。混凝土料宜在规定时间内连续均匀投入,首先采用低速旋转使布料均匀,后期采用高速旋转使材料充分密实,将内、外壁溢出的石子清除,抹去多余浮浆,使内、外壁平整。预制廊柱现场施工时基础可采用杯形基础。


结语


在中国传统建筑中,木材及砖石一直是主要的建筑材料,随着建筑材料的发展及结构技术的进步,钢筋混凝土也在传统风格建筑设计中得到了广泛应用,在满足现行《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)及《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)的前提下,采用合适的建筑材料及合理的结构体系,并对关键构件及连接节点进行可靠设计及试验验证,可以满足传统风格建筑不同功能及造型要求,从而使传统风格建筑的使用价值和艺术价值得到继承和发展。