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北美地区装配式木结构的应用

发布日期:2017-09-01        浏览次数:0        评价:0

装配式木结构建筑指的是木结构构件、部品部件在工厂预制,现场装配而成的木结构建筑。装配式木结构建筑的最主要的特点是:大量现场施工转移到工厂生产;计算机辅助制造;房屋质量控制由工地前移到工厂,满足严格的质量认证管理要求。

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上图:预制墙体安装

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上图:预制胶合木安装北美地区装配式木结构的应用.jpg

上图:预制模块化房屋安装

在北美地区,装配式木结构发展的动因源于一方面建筑规范和消费者对建筑性能如安全性、耐久性、舒适性等的要求不断提高,另一方面建筑工期、建筑成本压力不断上升,建筑物对环境影响的要求更加严苛,迫使建筑业改革传统的现场建造方式,更多采用工厂预制、现场装配的工业化生产方式,寻求建筑业稳定、可持续的良性发展模式。而且,随着多高层木结构建筑的迅速发展,装配式木结构以其加工精度高、质量稳定,材料利用率高、施工速度快、人工成本低等优势成为无可替代的解决方案。

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上图:北美木构件预制化加工厂

在北美,木结构建筑的工厂预制主要有构件预制、板式组件预制、单元模块预制三种主要形式。构件预制主要包括胶合木构件、正交胶合木(CLT)板和其他工程木构件如工字木搁栅等。构件预制主要适用于重木结构如胶合木框架结构和正交胶合木剪力墙结构。板式组件预制是应用最广泛的预制形式,将建筑分解成墙体、楼盖、屋盖等若干板块,可以是只安装了木龙骨和覆面板的开放式板式组件,也可以是完成保温棉填充和各种管线安装的封闭式板式组件。板式组件预制既充分利用了工厂预制的优点,又方便运输,主要适用于轻型木结构建筑。在北美,具有板式组件生产水平的预制工厂数量最多。预制单元模块组件是指由楼盖、墙体围合而成,具有某一功能或功能组合的单元模块,可以把一个或多个房间,集成式厨房或卫生间作为一个单元模块,多个单元模块组合安装成一栋建筑物。单元模块组件的预制程度最高,但对运输条件和施工机具的要求也相于较高。

装配式木结构在北美广泛应用于独户和多户式居住建筑、公共建筑等,既适用于新建建筑,也适用于既有建筑改造。以加拿大为例,2015年全年新建住宅为195,535套,其中多层公寓数量增长20%达95,000套(数据来源:加拿大抵押贷款和房屋署Canada Mortgage and Housing Corporation)。据加拿大工厂预制房屋协会(Canadian Manufactured Housing Institute)不完全统计,2015年装配式木结构建筑(含居住类和非居住类)的产值超过16亿加元,装配式木结构房屋占新建独户式木结构住宅的15.6%。预制房屋工厂提供了25,500个全职工作岗位,纳税总额为5.88亿加元。但是和一些欧洲国家相比,北美地区装配式木结构建筑仍有巨大的发展空间。北美地区房屋预制工厂的工艺水平、生产效率和自动化程度也在稳定提升。

在加拿大和美国从事预制房屋生产的企业和产品需经过第三方认证。据统计,2014年加拿大和美国经认证的房屋预制工厂共135家,其中加拿大98家,美国37家(数据来源:加拿大工厂预制房屋协会CMHI,CSA国际CSA-International,Intertek 测试和审计协会Intertek Testing Servicesand Auditing Institute)。在加拿大,预制房屋工厂由加拿大标准协会CanadianStandards Association依据CSA-A277 《建筑的工厂认证程序标准》(Procedure for Factory Certification of Buildings,适用于单元模块和板式组件生产)和CSA Z240 《预制房屋标准》(Manufactured Homes)进行认证,预制房屋组件和单元模块均标有认证标识。完善的质量管理体系确保装配式木结构产业健康发展。

以加拿大为例,近年来,装配式木结构广泛应用于多高层木结构建筑。2009年,加拿大不列颠哥仑比亚省规范允许建造6层木结构,2015年加拿大国家建筑规范允许建造6层木结构,加拿大多层住宅建设量大增,推动装配式楼板、墙板组件在多层住宅中应用广泛。而且,高层木结构发展迅猛,加拿大魁北克省已率先允许建造12层重木结构,加拿大国家建筑规范委员会正在充分研究和论证,计划2020年新版加拿大国家建筑规范允许建造12层重木结构。

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上图:加拿大第一个六层木结构,全部采用预制化方法加工建造

目前世界上最高的木结构建筑是位于加拿大温哥华不列顛哥仑比亚大学校园内的一幢学生公寓。该建筑高53米(18层),一层为钢筋混凝土,二层以上为木结构。占地面积840 m2,建筑面积15,120 m2,设计学生床位404张并有教学和休闲娱乐区域。这是一幢木结构混合建筑,采用钢筋混凝土核心筒、胶合木柱和正交胶合木(CLT)楼板。主要结构构件包括464块CLT楼板、1298根胶合木/平行木片胶合木(PSL)柱,木龙骨和轻钢龙骨外围护墙体全部工厂预制,现场装配。该项目充分体现了预制装配式建筑的优势,协同建筑设计、工厂生产、施工装配、调试运行各环节,木结构施工从2016年6月开始,9月份主体结构已经封顶,现场施工工人仅9人。建筑成本造价(不包括新体系新材料的科研费用)与普通钢筋混凝土建筑基本持平。

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但是,装配式木结构建筑在北美的发展机遇和挑战并存,在其发展过程中也遭遇一些瓶颈,一是公众对创新技术认知程度低,受过去失败案例的影响对装配式建筑持怀疑态度,担心质量不过关;二是装配式木结构建筑需要设计、生产、建造企业紧密合作,采用设计、生产、施工和管理一体化的建造模式才能最大程度地优化设计,提高生产效率和节约成本,这对大部分习惯于传统的房屋建造模式的企业提出更高的要求;三是目前装配式木结构建筑的技术和经济信息还不尽完善,缺乏更为详尽的技术指南、手册和造价评估工具,技术信心不足、盈利水平不明确,从一定程度上阻碍了项目决策者的高效决策。

针对上述问题,北美的一些专家提出了加强研究开发、推动产业融合、鼓励工程示范,扩大宣传推广的解决思路,并强调要综合考虑项目所在地理位置、构件运输便利性、施工机具和人工条件等影响因素,合理确定性价比最优的装配式木结构方案。这些思路和方法对装配式木结构在中国的发展,寻求适合我国时代发展要求的先进技术体系和产业发展体系具有一定的借鉴意义。

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