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最全的德國裝配式建築技術體系研究

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最全的德國裝配式建築技術體系研究

最全的德國裝配式建築技術體系研究

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  工業化預制建造技術的優點:

  工業化預制建造技術的優點是大量建造步驟可以在工廠進行,不受天氣影響,現場安裝施工周期大幅縮短,非常適用于每年可以進行室外施工時間較短的嚴寒地區。另一方面優點是建築構件部品在工廠加工制造,利用機械設備加工制造,工作效率高,精度和質量有保障。

  工業化預制建造的缺點:成本高

  在預制建築出現的初期,工業化建築産品成本低于傳統古典建築。而今天 用預制混凝土大板形式建造的住宅和辦公大樓的成本通常高于常規建造技術建造的建築物。究其原因,鋼筋混凝土牆是比砌體牆成本更高。預制梁、板結構上大都是簡支梁而非連續梁,因而需要較大的用鋼量。此外,預制件的連接點通常複雜,有些須采用昂貴的不鏽鋼材料連接。如果使用保溫夾芯板構造,節點更加複雜,大板縫隙的密封處理也會導致額外的費用。大體量的預制板的運輸導致更高的運輸成本。

  缺少個性化

  工業化預制建造技術的缺點是任何一個建設項目,包括建築設備、管道、電氣安裝、預埋件都必須事先設計完成,並在工廠內預安裝到混凝土大板內,只適合大量重複建造的標准單元。而標准化的組件導致個性化設計降低。

  德國現代建築工業化建造技術主要可分爲三大體系 :

  預制混凝土建造體系

  預制鋼結構建造體系

  預制木結構建造體系

  1.1 預制混凝土建造體系

  1.1.1 預制混凝土大板體系

  雖然20世紀中葉以後德國有大量混凝土預制大板建造的居住區項目,但這類項目今天看來大部分不太受歡迎,如今預制混凝土大板建造技術在德國已遭抛棄,從1990年代以後基本沒有新建項目應用。

  取而代之的是追求個性化的設計,應用現代化的環保、美觀、實用、耐久的綜合技術解決方案,滿足使用者的需求。通過精細化的設計,模數化設計,使大量建築部品可以在工廠內加工制作,並且不斷優化技術體系,如可循環使用的模板技術,疊和樓板(免拆模板)技術、預制樓梯、多種複合預制外牆板。因地制宜,不追求高裝配率。

  1.1.2 預制混凝土疊合板體系

  德國大量的建築是多層建築。現澆混凝土支模、拆模,表面處理等工作需要人工量大,費用高,而混凝土預制疊合樓板、疊合牆體作爲樓板、牆體的模板使用,結構整體性好,混凝土表面平整度高,節省抹灰、打磨工序,相比預制混凝土實體樓板疊合樓板質量輕,節約運輸和安裝成本,因而有一定市場。有資料顯示混凝土疊合預制板體系在德國建築中占比達到50%以上。 采用這種裝配結構體系,外立面形式比較靈活。由于德國強制要求的新保溫節能規範的實施,建築保溫層厚度在20cm以上。從節約成本角度考慮,采用複合外牆外保溫系統配合塗料面層的建築居多。

  1.1.3 預制混凝土外牆體系

  2012年在柏林落成的Tour Total大廈,代表了德國預制混凝土裝配式建築的一個發展方向。

  該項目建築面積約2.8萬平米,高度68米。外牆面積約1萬平米,由1395個、200多個不同種類、三維方向變化的混凝土預制構件裝配而成。每個構件高度7.35米,構件誤差小于3mm,安裝縫誤差小于1.5mm。構件由白色混凝土加入石材粉末顆粒澆鑄而成, 精確、細致地構件、三維方向微妙變化富有雕塑感的預制件,使建築顯得光影豐富、精致耐看。

 

  1.2.1預制高層鋼結構建造體系

  高層、超高層鋼結構建築在德國建造量有限,大規模批量生産的技術體系幾乎沒有應用市場。同時高層建築多爲商業或企業總部類建築,業主對個性化和審美要求高,不接受同質化、批量化、缺少個性的裝配式建築。另一方面,近年來高層、超高層鋼結構建築的承重鋼結構、以及爲每個項目專門設計的複雜精致的幕牆體系,都是采用工業化生産、到現場安裝的建造形式。因此可以歸納到個性定制化裝配式建築。

  法蘭克福德國商業銀行總部大樓是德國爲數不多的高層鋼結構建築。鋼制構件和金屬玻璃幕牆采用工業化加工、現場安裝方式建造。

  獲得德國2012年鋼結構建築獎的帝森克虜伯總部大樓,代表德國近年來鋼結構建築的一個發展方向。由于混凝土結構優異的防火、隔聲、耐久、經濟實用等性能,以及現代建築技術能夠成熟地利用混凝土結構優異的蓄熱性能,來滿足愈來愈高的建築節能和室內舒適度要求,使混凝土或鋼混結構成爲德國高層建築最主要的結構形式。建築核心筒和樓板通常采用現澆混凝土形式、梁和柱采用鋼材、鋼混或混凝土形式,以滿足承載、防火、隔聲、熱惰性等綜合技術要求;建築外牆、隔牆地面、天花等部品則大量采用預制裝配系統。

  2014年落成的歐洲央行總部大樓,一定程度上代表了德國高層辦公建築發展的特點。項目位于法蘭克福,建築高度185米。采用雙塔形式,兩棟塔樓之間形成一個巨大的室內中庭,中間用鋼結構設置多層連接平台,布置綠化和交往空間。建築結構爲現澆鋼筋混凝土,以滿足承載、防火、隔聲、熱惰性等綜合技術要求;高性能的全玻璃幕牆、隔牆、樓面、天花等采用預制裝配系統。

  1.2.2 預制多層鋼結構建造體系

  漢諾威VGH保險大樓采用一種模塊化、多層鋼結構裝配式體系建造。由承重結構、外牆、內部結構和建築設備組成。基本構件:樓板5.00mx2.50m,厚度20cm(可加長到10.00m),牆板3.00mx1.25m,厚度15cm。樓板和牆板由U型鋼框架和梯形鋼板構成,表面防火板。樓面地面可采用架空雙層地面構造。 樓板和承重牆板之間采用螺栓固定,並用柔性材料隔絕固體傳聲。

  牆板之間可作爲窗、門、百葉等。非承重隔牆采用輕鋼龍骨石膏板牆體。

  有特殊要求的多層建築項目亦有采用預制裝配形式建造。法蘭克福SQUAIRE商業綜合體內部功能包括商業零售、餐飲、酒店、辦公等。建築位于法蘭克福機場高鐵站上方,因爲需要橫跨鐵路線,因而建築整體坐落在鋼绗架之上,爲減輕重量,建築結構進行了多方面優化設計。鋼結構和幕牆體系采用工業化生産現場安裝形式建造。

 

  1.3 預制木結構建造體系

  德國小住宅領域(獨棟和雙拼)是采用預制裝配式建造形式最高的領域,而其中大量采用的是木結構體系。木結構體系之中又細分爲木框板結構、木框架結構、層壓實木板材結構三種形式。

  1.3.1木框板結構

  承重木框架與抗剪板體是木框板結構建築的特點。

  框體采用實木,最好是構造用全實木(KVH)形式。板材主要由木材或石膏板材料構成。標准化的木截面和標准化的板材尺寸使加工生産和建造得到優化。實木框架和板材有機組合,形成的牆壁、樓板和屋頂結構體系,能夠有效地吸收和承載所有垂直和水平荷載。木框板結構建築自重輕,保溫層位于木框材料厚度之間,因而建築顯得輕盈。

  要達到被動房的節能水平,需要增加外側或內側保溫材料,這一步可以在工廠預先完成。外牆部分可以選擇裝飾木材面板、面磚、或保溫層加塗料等形式。

  在工廠預制的牆體等板材中,已經預先安裝好建築的保溫隔熱、隔蒸汽層和氣密層,以及建築上下水、電氣設備管線、或預留穿線和接口空間。工廠預組裝的組件還包括建築的外門和窗戶。工地上的工作包括: 建築上下水管線和電氣線路的連接,瓷磚、地板、粉刷、室內門等。預制裝配建築,可以保證質量、控制成本,大大縮短了施工周期: 通常在地下室或建築地面板完成之後五個星期內可入住。

  計算機控制、自動化生産、現代化的生産組織優化使工業化預制木構住宅不斷完善進步。

  預制木結構建築質量有嚴格保證,每件預制産品在出廠時都有質量檢測合格標識。

  除了小住宅建築之外,木框板結構在辦公建築、幼兒園、多層住宅、商業建築等領域也有應用。

  4.3.2木框架結構

  木框架結構體系是指垂直承載的木制柱和水平承載的木制梁組成的木結構體系。木材大多采用工程用高質量的複合膠合木(Brettschichtholz),跨度可達5米。這種工程用複合膠合木,也被用來建造大跨度體育館等建築。輔助性木結構,如樓板次梁、檩條等則采用構造用實木。

  用木框架結構體系建造的房屋,其外牆板也具有保溫隔熱層,隔蒸汽層和氣密層,但木框架結構體系中的內外牆板不承擔任何結構作用。建築物的抗剪由木制、鋼制斜撐或剛性樓梯間承擔。由于牆體是填充性構件,因而牆體可隨意布置並在未來輕松更改,樓板也可方便設置挑空構造。建築內部空間靈活流動,開窗位置與面積靈活,采光和景觀好。

  1.3.3 層壓實木板材結構

  層壓實木板材結構建築近十年來得到快速發展。實木板材結構采用交叉層壓木材(Brettsperrholz),有很好的結構承載性能,可以加工制成樓板、牆體、屋面板。現代化的計算機控制切割機床,能夠輕松切割出任何需要的洞口和形狀。層壓實木板材結構不受建築模數限制,可以創造出獨特的、純淨的空間,受到建築師、結構工程師和業主的青睐。

  層壓實木板材結構,同以上兩種木結構形式一樣,可以在工廠加工預制,到現場組裝。

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