德国装配式建筑发展研究-卢求.pdf

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德国装配式建筑发展研究

口卢求

一、建筑发展历程

(一)装配式建筑的起源

德国以及其他欧洲发达国家建筑工业化起源于20世纪20年代,推动因素主要有两方面:

造价、迅速建设大量住宅、办公和厂房等建筑. 社会经济因素:城市化发展需要以较低的

建筑审美因素:建筑及设计界弃古典建筑形式及其复杂的装饰,崇尚极简的新型建筑美学,尝试新建筑材料(混凝土、钢材、玻璃)的表现力.在雅典宪章所推崇的城市功能分区 思想指导下,建设大规模居住区,促进了建筑工业化的应用.

在上世纪20年代以前,欧洲建筑通常呈现为传统建筑形式,套用不同历史时期形成的建筑样式,此类建筑的特点是大量应用装饰构 件,需要大量人工劳动和手工艺匠人的高水平技术.随着欧洲国家迈入工业化和城市化进程,农村人口大量流向城市,需要在较短时间内建造大量住宅、办公和厂房等建筑.标准化、预制混凝土大板建造技术能够缩短建造时间、降 低造价因而首先应运而生.

图1德国最早的预制混凝土结构柏林施普朗曼居住区

年~1930年间在柏林利希藤伯格-弗里德希菲 德国最早的预制混凝土板式建筑是1926尔德(Berlin-Lichtenberg Friedrichsfelde)建造的战争伤残军人住宅区.该项目共有138套住宅,为两到三层楼建筑.如今该项目的名称是施普朗曼(Splanemann)居住区.该项目采用 现场预制混凝土多层复合板材构件,构件最大重量达到7吨.

(二)二次大战后德国大规模装配式住宅建设

战争难民回归本土,德国住宅严重紧缺.德 二次大战结束以后,由于战争破坏和大量国用预制混凝土大板技术建造了大量住宅建筑.这些大板建筑为解决当年住宅紧缺问题作出了贡献,但今天这些大板建筑不受欢迎,不少缺少维护更新的大板居住区已成为社会 底层人群聚集地,导致犯罪率高等社会问题,深受人们的垢病,成为城市更新首先要改造和拆除的对象,有些地区已经开始大面积拆除这些大板建筑.

(三)德国目前装配式建筑发展概况

预制混凝土大板技术相比常规现浇加砌体建造方式,造价高,建筑缺少个性,难于满足今天的社会审美要求,1990年以后基本不再使用.混凝土叠合墙板技术发展较快,应用较多.

宅项目大都因地制宜、根据项目特点,选择现 德国今天的公共建筑、商业建筑、集合住浇与预制构件混合建造体系、或钢混结构体系建设实施,并不追求高比例装配率.而是通过策划、设计、施工各个环节的精细化优化过程,寻求项目的个性化、经济性、功能性和生态环

进行了预制混凝土大板建造技术第一次尝试.1957年在浩耶斯韦达市(Hoyerswerda)的建设中第一次大规模采用预制混凝土构件施工.此后,东德用预制混凝土大板技术,大量建造预制板式居住区(Plattenbausiedlungen).预 制混凝土大板住宅的建筑风格深受包豪斯理论影响.

图2音州2015年预制装配式小住宅(独栋和双拼)在新建建筑中所占比例,总体平均达到16%左右

保性能的综合平衡.随着工业化进程的不断发展,MIB技术的应用,建筑业工业化水平不断提升,建筑上采用工厂预制、现场安装的建筑部品愈来愈多,占比愈来愈大.

图3哈勒新城大板住宅,左上是改造更新后的建筑

展进步.小范围有钢结构、混凝土结构、木结 各种建筑技术、建筑工具的精细化不断发构装配式技术体系的研发和实践应用.

图4柏林亚历山大广场大板住宅

图5德累斯顿大板住宅

小住宅建设方面装配式建筑占比最高,2015年达到16%.2015年1月至7月德国共有59752套独栋或双拼式住宅通过审批开工建 设,其中预制装配式建筑为8934套.这一期间独栋或双拼式住宅新开工建设总量较去年同期增长1.8%:而其中预制装配式住宅同比增长7.5%!显示出在这一领域装配式建筑受到市场的认可和欢迎.

图6柏林住宅整体单元吊装施工图

1972年~1990年东德地区开展大规模住宅建设,并将完成300万套住宅确定为重要政治目标,预制混凝土大板技术体系成为最重要 的建造方式.这期间用混凝土大板建筑建造了大量大规模住区、城区,如10万人口规模的哈勒新城(Halle-Neustadt).在1972年-1990年大规模住宅建设期间,东德地区新建、改建共300万套住宅,其中180万~190万套用混 凝土大板建造,占比达到60%以上,如果每套建筑按平均60平方米计算,预制大板住宅面积在1.1亿平方米以上.东柏林地区1963年-1990年间共新建住宅27.3万套,其中大板式住宅占比达到93%(数据来源:DiexLosung

单层工业厂房采用预制钢结构或预制混凝土结构在造价和缩短施工周期方面有明显优势,因而一直得到较多应用.

二、发展现状

预制装配式建筑发展过程中,规模最大、最有影响力的当属预制混凝土大板建筑.

(一)原东德地区的预制混凝土大板建造技术的应用

由于战后需要在短期内建设大量住宅,东德地区1953年在柏林约翰尼斯塔(Johannisthal)

造方面,借鉴传统城市空间布局与建筑设计,打破单调的大板建筑风格.

图9-1为柏林市中心根达曼市场(Gendarmenmarkt),用复杂的预制大板技术建造具有传统风格的建筑.图9-2为罗斯托克 市中心,带有传统红砖哥特风格的预制大板式建筑.

图81972年只新布兰登堡伊 斯特城,原东德地区首个应用wb70预制大板体系建造的项目

图7东德装配式建筑构件

(二)原西德地区的预制混凝土大板建造应用

制大板技术建造了大量住宅建筑,主要用于建 二次大战之后,原西德地区也用混凝土预设社会保障性住宅.1957年西德政府通过了《第二部住宅建设法》(II.WoBauG),将短期内建设满足大部分社会阶层居民需求的、包括具有适当面积、设施、可承受租金的住宅,作为住宅 建设的首要任务.混凝土预制大板技术以其建设速度快、造价相对低廉因而也在西德地区有大面积应用.较著名的项目包括:

图91柏林市中心根达曼市场

图92罗斯托克市中心建筑

der Wohnungsfrage 作者 DieterHanauske ) .

住宅建设工程耗费了东德大量财政收入.为节约建造成本和快速建设,设计开发出不同 系列厂品,如Q3A,QX,QP,P2系列.预制混凝土大板住宅项目大量重复使用同样户型、类似的立面设计.大板建筑规划形态僵硬缺少变化,在老城区通常采用推到重建模式,破坏了原有城市肌理.

格罗皮乌斯和科布希埃参与的著名的柏林汉莎街区的住宅项目有6000居民.

大板建筑当时受到普遍欢迎,虽然大板建筑今天饱受垢病,但在当时大板住宅符合东德的社会意识形态,人人平等,整齐划一.预制混凝土大板技术建造的工业化住宅,功能基本立卫生间,比没有更新改造的20世纪初期建 合理,拥有现代化的采暖和生活热水系统,独造的老住宅舒适.由于得到东德政府的大量财政补贴,因而这种工业化住宅租金不是很高,受到当地居民的欢迎.大量新建居住区,导致租金无法支持建筑的维护,历史街区中的建筑 原有历史街区中的住宅吸引力下降,出租率低,逐渐破败.这种现象也导致政策制定者重新思考补贴政策,甚至开始尝试用预制技术进行老城历史建筑的改造更新.

图10 mazam居住区

图11柏林科隆克氟勒新城图

些城市的重要地区,尝试从规划和城市空间塑 上世纪80年代以后,东德政府开始在一

图13慕尼黑奥林匹克村

图12曼海姆佛格斯唐国住区

图14慕尼黑奥林匹克村

慕尼黑纽帕拉赫居住区(Neuperlach)有55000居民.

纽伦堡朗瓦萨居住区(Langwasser)有36000居民.

柏林曼基仕居住区(MarkischesViertel)有36000居民.

法兰克福西北新城(Nordweststadt)有23000居民.

汉堡施戴斯胡珀(Steilshoop)有20000居民.

曼海姆佛格斯唐居住区(Vogelstang)有13000居民.

科隆克崴勒新城(Chorweiler)有100000居民.

设量中占比不高,但总量估计也有数千万平方米. 西德地区有大量预制大板建筑,虽然在总建

西德地区居住使用面积1970年为人均22平方米,1991年上升到人均36平方米.2007年人均超过40平方米.

三、标准规范研究

德国建筑业标准规范体系完整全面.在标准编制方面,对于装配式建筑首先要求满足通用建筑综合性技术要求,即无论采用何种装配式技术,其产品必须满足其应具备的相关技术 性能:如结构安全性、防火性能以及防水、防潮、气密性、透气性、隔声、保温隔热、耐久性、耐候性、耐腐蚀性、材料强度、环保无毒等.同时要满足在生产、安装方面的要求.

出具满足相关规范要求的检测报告或产品质量 企业的产品(装配式系统、部品等)需要声明.

单纯结构体系,主要需满足结构安全、防

火性能、允许误差等规范要求:而有关建筑外围护体系的装配式体系与构件最复杂,牵涉的标准最多.装配式建筑相关标准非常多,部分标准分列如下:

体系的标准规范包括: (一)有关混凝土及砌体预制构件、装配式

DIN1045-3混凝土,钢筋预应力混凝土机构.第3部分:建筑施工DIN13670的应用规则.

DIN18203-1建筑误差-第1部分:混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土预制件.

DINEN13369预制混凝土产品的一般性规定.

DIN1045-4混凝土,钢筋预应力混凝土机构.第4部分:预制构件的生产及合规性的补充规定.

DIN 18202 及 DIN18203. DINEN13670混凝土结构的允许误差根据

DINEN14992预制混凝土产品-墙体.

DINEN1520带开放结构的轻集料混凝土预制件.

DINEN13747预制混凝土产品楼板系统用板.

DIN1053-4砌体.第四部分:预制构件.

(二)有关钢结构、装配式体系的标准规范包括:

DIN EN 1993-1-1/NA钢结构设计第1-1部分:建筑物一般性规定和设计规则,欧盟标准 3国家参数.

DIN EN1993-1-2/NA钢结构设计第1-2部分:结构防火设计一般规则,欧盟标准3国家参数.

和构造. DIN18800-1钢结构建筑-第一部分:设计

DIN18800-7钢结构建筑-第7部分:施工和生产资格.

DINENISO16276-1钢结构腐蚀防护涂层系统,涂层附着性(粘结强度)的评估及其验 收标准,第1部分:撕裂测试.

DINEN10219-2由非合金和细晶粒结构钢制造的建筑用冷加工的焊接空心型钢,第2部分:限制大小、尺寸和静态值.

钢构件. DIN18203-2:建筑公差-第2部分,预制

BFS-RL07-101生产和加工建筑钢结构.

(三)有关预制木结构、装配式体系的标准规范包括:

造,1-1部分:一般性规定-一般性规则和有关 DINEN1995-1-1/NA:木结构的设计和构建筑物规定,欧洲规范5-国家参数.

DINEN 1995-1-2/NA,木结构的设计和构造,1-2部分:一般性规定-承重构件的防火设计,欧洲法规5-国家参数.

DINEN14250木结构建筑-对采用钉片连接的预制承重构件产品的要求.

DINEN14509两侧带有金属覆层的承重复合板-工厂加工产品-技术要求.

-物理和力学性能的规定. DINEN408.木结构-承重木材和胶合木材

DINEN594.木结构-试验方法-板式构造墙体的承载能力和刚度.

式梁确定其承载能力和变形情况. DINEN595,木结构-试验方法-检测框架

DINEN596,木结构-试验方法-板式构造墙体柔性连接的检测.

DINEN1075 木结构-试验方法-钉板连接.

和木基材料的建筑部品. DIN18203-3 建筑公差-第3部分:木材

4)有关预制金属幕墙、装配式体系的标准规范包括:

DINEN1999-1-1承重铝结构的设计和构造,第1-1部分:一般设计规定.

构造,第1-4部分:冷弯压型板. DINEN1999-1-4/A1承重铝结构的设计和

DINEN14509 自承重式双面金属覆盖夹芯板-工厂制造产品-规格.

DINEN14782(Norm),适合室内和室外工程使用的、自承重式金属屋面板和墙面板-产 品规格和要求.

DINEN14783适合室内和室外工程使用的、整面支撑的金属屋面板和墙面板,-产品

规格和要求.

DIN18516-1带后侧通风构造的外墙覆板,第一部分:要求,检验原理.

DIN24041穿孔版.

四、不同类型装配式建筑技术体系研究

(一)工业化预制建造技术的优点

工业化预制建造技术的优点是大量建造步骤可以在厂房里进行,不受天气影响,现场安装施工周期大幅缩短,非常适用于每年可以进 行室外施工时间较短的严寒地区.此外,建筑构件部品在工厂加工制造,利用机械设备加工制造,工作效率高,精度和质量有保障.

(二)工业化预制建造的缺点

成本高:

在预制建筑出现的初期,工业化建筑产品成本低于传统古典建筑.而今天用预制混凝土大板形式建造的住宅和办公大楼的成本通常高于常规建造技术建造的建筑物.原因:钢筋混凝土墙比砌体墙更贵.预制梁、板结构上大都 是简支梁而非连续梁,因而需要较多的用钢量.此外,预制件的连接点通常复杂,连接元素有些须采用昂贵的不锈钢材料.如果使用了保温夹芯板构造,节点更加复杂,大板缝隙的密封处理也会导致额外的费用.大体量的预制板的 运输导致更高的运输成本.

缺少个性化:

工业化预制建造技术的缺点是任何一个建设项目,包括建筑设备、管道、电气安装、预埋件都必须事先设计完成,并在工厂里安装在 混凝土大板里,只适合大量重复建造的标准单元.而标准化的组件导致个性化设计降低.

德国现代建筑工业化建造技术主要可分为三大体系,分别是预制混凝土建造体系、预制钢结构建造体系、预制木结构建造体系.

(三)预制混凝土建造体系

(1)预制混凝土大板体系

虽然上世纪中叶以后德国有大量混凝土预

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