新型工業(yè)化高層住宅設計-建造一體化模式研究

寧 飛

（楊凌職業(yè)技術學院，陜西 楊凌 712100）

住宅是關系國計民生的大事，其對于產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展和社會和諧穩(wěn)定具有較大影響。近年來，為解決國家城市住房緊張問題，國家積極實施“房住不炒”的宏觀管控，同時在建筑工程領域大力推進住宅的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，這不僅適應了建筑工程行業(yè)的變革特征，而且實現(xiàn)了住宅從粗放型向集約型的轉變。新時期，在新型工業(yè)化高層住宅建設中，采用設計-建造一體化模式已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢，有必要深化該模式下建筑具體形態(tài)和建造方法的研究，滿足新時期的住房需要。

1 住宅建筑設計-建造一體化模式

設計-建造一體化是高層住宅建筑的重要模式，同時也是建筑行業(yè)發(fā)展的一種趨勢。一方面，住房問題是人民群眾普遍關注的熱點問題，其不僅關系著國家經(jīng)濟發(fā)展水平，而且對于整個社會的和諧與穩(wěn)定具有深刻影響。深化住宅建筑設計-建造一體化模式研究，能進一步完善高層住宅和工業(yè)化住宅的相關理論，并在高層住宅工業(yè)化發(fā)展中，實現(xiàn)住宅設計模式與建造模式的有機統(tǒng)一，這對于新型高層工業(yè)住宅的建設具有重要指導價值。另一方面，在過去，我國住房建筑設計-建造具有碎片化的特征，即高層住宅的設計與建設過程是相互分離的，這對建筑的建造效率和質(zhì)量造成了較大影響。新時期，深化住宅建筑設計-建造一體化模式的應用，能消除這種“碎片化”的建筑發(fā)展模式，實現(xiàn)工業(yè)化高層住宅設計與建造的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。此外從長遠發(fā)展效益來看，設計-建造一體化模式的應用打破了我國住宅建筑發(fā)展困局，其在解決住房緊張難題的基礎上，實現(xiàn)了“四節(jié)一環(huán)?！钡木G色住宅建設目標，這為我國住宅建筑的發(fā)展尋得了新出路，有助于工業(yè)化高層住宅的健康、可持續(xù)發(fā)展[1]。

2 新型工業(yè)化高層住宅設計-建設一體化發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 發(fā)展背景

早在1974年，《政府逐步實現(xiàn)建筑工業(yè)化的政策和措施指引》中就明確指出：在建筑工業(yè)化實施過程中，需基于建筑標準化原則，完成構配件工廠化生產(chǎn)，深化施工機械化應用和科學化管理，并加大現(xiàn)代科學技術成果應用，這為新型工業(yè)化高層住宅的設計與建造提供了思想指導。新時期，《建筑工業(yè)化發(fā)展綱要》中提出了建筑工業(yè)化的重點是提高人民居住水平直接相關的住宅建筑。工業(yè)化高層住宅是融合高層住宅和住宅工業(yè)化技術而產(chǎn)生的新型建筑形式，其在解決住房需求和勞動力匱乏問題中發(fā)揮著重要作用。從住宅建筑設計、建設過程來看，工業(yè)化高層住宅本身具有技術先進、施工效率高及工程建設資源節(jié)約的特征。在一定程度上，工業(yè)化高層住宅實現(xiàn)了碎片化建筑建設模式向集約化、一體化建設模式的轉變與發(fā)展。

2.2 發(fā)展現(xiàn)狀

在國外，新加坡是世界上公認的住宅問題解決較好的國家，其在工業(yè)化高層住宅設計-建造中堅持高層高密度策略，通過“組屋”的建設，有效地解決了本國國土面積有限、住房緊張的問題。與新加坡相似的是，日本在工業(yè)化高層住宅設計建造中也取得顯著成就。據(jù)統(tǒng)計，日本的預制裝配式超高層集合住宅高度可達200 m以上。在我國，隨著住房緊張問題和可持續(xù)發(fā)展理念的提出，新型工業(yè)化高層住宅在近年來獲得了快速發(fā)展，其中保障性住房中的公共租賃房是國內(nèi)較早地推行工業(yè)化建造的高層住宅形式。并且隨著綠色建筑理念及裝配式建筑工程技術的發(fā)展成熟，我國工業(yè)化高層住宅的建設面積不斷擴大，并且基于集約化、一體化建設模式及各種先進、綠色設計和施工技術的應用，工業(yè)化高層住宅在設計、建造中的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益日益突出[2]（見表1）。

表1 工業(yè)化高層住宅工程效益分析

3 新型工業(yè)化高層住宅設計-建造一體化模式應用要點

3.1 主要設計模式

工業(yè)化高層住宅能最大限度地發(fā)揮工廠生產(chǎn)優(yōu)勢，保證建筑質(zhì)量和效益?，F(xiàn)階段，框架輕板建筑、裝配式大板建筑是新型工業(yè)化高層住宅設計-建造一體化設計中較為常用的2種形式。

3.1.1 框架輕板建筑

工業(yè)化高層住宅設計-建設一體化模式下，框架輕板建筑是較為常見的建筑設計類型，其包含了柱網(wǎng)、框架結構2種主要的結構應用形式。就柱網(wǎng)而言，其指的是框架柱與橫向定位軸線兩者交叉而形成的網(wǎng)格，并且在平面表現(xiàn)中，框架縱橫2個方面會合并在一起。從工程設計過程來看，柱網(wǎng)直接關系著房屋建筑的開間和進深，并且受房間性能的影響，柱網(wǎng)的柱間距也存在較大的差異，這在一定程度上決定了住房的尺寸大小。現(xiàn)階段，不論是柱網(wǎng)尺寸設計還是其結構體系選型，設計師均需要考慮建筑的基本類型，同時需對建筑的性能進行有效分析，并考慮建筑所處地區(qū)等因素，這樣才能確保工業(yè)化高層住宅具有良好的使用性能。

框架結構是工業(yè)化高層住宅中框架輕板建筑設計的重要形式，科學開展框架結構剛度、強度設計，能有效保證建筑使用的安全性[3]。從工程建設材料來看，現(xiàn)階段的工業(yè)化高層框架結構建筑可分為鋼筋混凝土框架及鋼框架2種類型。對工業(yè)化高層住宅鋼架結構做進一步細化分解，還可將其分為板柱框架、框架剪力墻和梁板柱框架3種結構類型：板柱框架結構由大型肋形板與柱子結合而成，多作為建筑的承重結構，通過板梁合一設計，有效地減輕了建筑的自重，增加了建筑的負重承載能力，滿足了高層住宅建筑設計-建造需要?？蚣芗袅Y構在承受水平剪力中發(fā)揮著重要作用，一般這種水平剪力由樓板沿著墻體方向傳來，通過框架剪力墻結構的應用，能有效地抵抗、傳遞這種剪力，保證建筑的剛度和穩(wěn)定性。梁板柱框架結構由預制好的梁、柱和輕型樓板結合而成，其多作為承重結構在工業(yè)化高層住宅中的應用較多，具有良好的承重能力和穩(wěn)定性。

3.1.2 裝配式大板建筑

作為現(xiàn)代工業(yè)化高層住宅設計中較為常用的一種結構形式，裝配式大板建筑設計需要考慮建筑的使用情況，然后以此為基礎，進行建筑材料、工藝的系統(tǒng)選擇。在裝配式大板建筑結構設計中，墻板裝配結構的應用較多，一般墻板結構主要由普通的黏土磚與砂漿和混凝土澆筑形成，其多用于建筑承重內(nèi)墻上面，該結構形式下，受混凝土結構不均勻沉降等因素的影響，建筑在施工、使用中容易出現(xiàn)板縫開裂等諸多情況，這對于墻板結構的安全性和建筑保溫、防水效果具有較大影響。故而在墻板裝配結構設計中，需重點突出其板縫位置的保溫設計，一般設計師多會采用空腔密封防水法來完成該部位的設計。并且在該部位的接縫設計中，設計師還有設置1道或者2道防線，有效地滿足了建筑防水和保溫需要。裝配式大板建筑設計中，連接設計對于建筑穩(wěn)定性具有較大影響，現(xiàn)階段，裝配式大板結構的工業(yè)化高層住宅多采用整體性連接設計方式，通過該方法應用，能有效滿足建筑荷載傳遞要求，確保建筑使用的穩(wěn)定性。要注意的是，采用整體性連接方式進行建筑節(jié)點連接設計時，還需要對建筑的強度、剛度和韌性進行有效分析，結合實際情況選擇干式連接法或濕式連接法，以此來保證建筑的整體性。

3.2 主要建造方法

基于設計-建造一體化模式進行新型工業(yè)化高層住宅建設時，還應重視具體建造方法的系統(tǒng)控制。現(xiàn)階段，穿插施工方式、等步距流水施工是2種較為常用的建造方式。

3.2.1 穿插施工

傳統(tǒng)施工方式在注重建筑施工中具有一定的缺陷，這降低了建筑的整體效果，導致建筑施工目標難以實現(xiàn)。基于這一特征，在新型工業(yè)化高層住宅建筑建設中，可系統(tǒng)使用穿插建造的施工方式。該方式下，要求工程建設人員將構件安裝和土建施工結合起來進行穿插施工，這樣能有效保證工程建造效率，取得良好的施工效果。從新型工業(yè)化高層住宅建筑穿插施工過程來看，在構件安裝的同時穿插混凝土澆筑等土建施工內(nèi)容，則混凝土在凝固后，襯板就能夠直接牢固、密實地緊貼在井筒內(nèi)壁上面，有效地保證了工業(yè)化高層住宅建筑的整體性、穩(wěn)定性。

3.2.2 等步距流水施工

作為工業(yè)化高層住宅建造中較為常用的一種施工方式，流水施工方式的應用較為常見。相比其他方式，等步距流水施工能實現(xiàn)工程建設時間和操作空間的有效控制，同時其能有效減少非生產(chǎn)性的勞動損耗，提升工程項目的施工效率，這對于工程整體建設效益具有積極作用。新時期，人們對于新型工業(yè)化高層住宅建設質(zhì)量提出了較高要求，基于等步距流水施工方式進行住宅建造時，還應注重流水強度的有效控制。一般流水強度也被稱為流水能力或生產(chǎn)能力，其代表了施工過程中某專業(yè)工作隊在單位時間內(nèi)能夠完成的工作量。在流水強度（V）控制計算中，除考慮投入項目施工的第i種資源量（Ri）外，還需對投入施工過程的第i種資源產(chǎn)量定額（Si）進行有效分析，此外施工人員需要考慮投入該過程的資源種類數(shù)（X），這樣可實現(xiàn)等步距流水施工能力的有效把控。等步距流水施工的流水強度具體表示為

除考慮流水強度外，施工人員還需要對空間參數(shù)、時間參數(shù)等要素進行有效分析。一般在工業(yè)化高層住宅等步距流水施工空間參數(shù)分析中，除考慮具體工作面指標外，施工人員還需要對施工段進行有效劃分，此外應嚴格按照“同一專業(yè)工作隊在各個施工段上勞動強度大致相等”的原則開展施工，確保各施工段勞動量的相差幅度不超過10%～15%。在等步距流水施工實踐參數(shù)控制中，施工人員不僅需要考慮流水節(jié)拍、流水步距因素，而且需要對流水施工工期進行有效分析，這樣能有效保證等步距流水施工的規(guī)范性，提升工業(yè)化高層住宅建設的綜合效益[4]。

4 基于裝配式建筑的新型工業(yè)化高層住宅設計-建造一體化模式應用

4.1 設計應用

新時期，裝配式建筑應成為新型工業(yè)化高層住宅建設的重要形式，深化設計-建造一體化模式在此類建筑設計階段的應用，先應注重建筑平面立面設計，即設計師需從建筑特點及應用需要的角度出發(fā)，系統(tǒng)確定住宅的模數(shù)系列，然后建立標準化的功能模塊，并及時優(yōu)化和完善套型模塊的種類與尺寸，這樣能構建多種組合形式的單元模塊，滿足建筑整體應用需要。同時在建筑構件整體設計中，應從整體和局部細節(jié)2個層面開展設計，其中在構件整體設計中，要嚴格按照模數(shù)化和標準化的要求開展構件設計，減少構件類型，提升構件精度及標準化程度；而在建筑微觀設計中，需結合建筑工程，系統(tǒng)化地進行建筑結構、構件類型、截面尺寸和配筋等要素設計（圖1）。此外在建筑結構體系設計中，要求裝配式住宅結構體系保持平整，尤其是在支撐構件設計中，不僅需要其保持足夠的強度、承載力和抗拉性能，而且結構支柱結構間的軸線處于平行狀態(tài)。值得注意的是，在高層住宅設計—建造一體化模式應用中，還注重其技術層面的設計。該環(huán)節(jié)中，除考慮項目建設外部條件、成本限額外，還需要對工程項目的規(guī)模及產(chǎn)業(yè)化目標進行分析，并考慮項目技術應用的可行性，以此來保證預制裝配式住宅設計的標準性、規(guī)范性。

圖1 平面設計

4.2 施工應用

設計—建造一體化模式在工業(yè)化高層住宅中也有廣泛應用。該環(huán)節(jié)中，應重點關注構件選擇、構件吊裝2個環(huán)節(jié)的要點控制。一方面，在構件選擇中，需嚴格按照JGJ/T 398—2017《裝配式住宅建筑設計標準》等規(guī)范的要求，關注系統(tǒng)控制構件安全性能、適用性能、耐久性能、環(huán)境性能、經(jīng)濟性能和適老性能等指標，滿足工程項目建設需要。另一方面，要做好構件裝配控制。施工中，應嚴格按照施工準備、測量放線、吊具就位、試吊、預制件吊裝、構件下落安防、構件穩(wěn)固、設置臨時支撐、調(diào)整對位、構件固定、摘除吊鉤及纜風繩、質(zhì)量檢驗和進下道工序的要求完成項目施工，提升設計—建造一體化模式在工業(yè)化高層住宅中的應用效果，保證項目建設綜合效益。

5 結束語

憑借著突出的建筑應用價值，工業(yè)化高層住宅設計—建造的范圍不斷擴大，設計—建造一體化模式是工業(yè)化高層建筑建設的重要形式。新時期，工程建設人員只有深刻認識到設計—建造一體化模式的應用優(yōu)勢，深化其在工業(yè)化高層住宅建設中各個環(huán)節(jié)的應用，并注意把控注重設計—建造的技術要點，才能有效提升工業(yè)化高層住宅設計—建造質(zhì)量和效益，從而促進建筑工程的持續(xù)、穩(wěn)步發(fā)展。