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PC技術(shù)簡介及其在實(shí)際工程中的應(yīng)用

2015年07月30日

1、PC技術(shù)的概念和優(yōu)勢(shì)

PC技術(shù)是建筑工業(yè)化非常重要的一部分。關(guān)于PC技術(shù)，萬科給出的定義是：PC技術(shù)即預(yù)制混凝土構(gòu)件技術(shù)，它是以提升產(chǎn)品品質(zhì)性能為目的，以提升產(chǎn)品生產(chǎn)效能、提升客戶價(jià)值為目標(biāo)，通過研究客戶需求、產(chǎn)品定型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工廠預(yù)制、現(xiàn)場裝配的生產(chǎn)方式。PC技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是可以讓造房子像造汽車一樣，縮短建筑周期，減少能源消耗，降低建設(shè)成本。這些可以從以下數(shù)據(jù)得到說明：

（1）由于施工水平方面的差距，國內(nèi)房產(chǎn)企業(yè)的效益是美國的1/5，是日本的1/10。

（2）傳統(tǒng)作業(yè)時(shí)大量工人在施工現(xiàn)場的高空墜落、觸電、物體打擊等是事故頻發(fā)率最高的三項(xiàng)。而工廠化把大量工地作業(yè)移到工廠，現(xiàn)場工人最多可減少89%，大大減少了現(xiàn)場安全事故發(fā)生率。

（3）PC樓的土建工期比普通住宅可縮短30%，滲漏、開裂、空鼓、房間尺寸偏差等質(zhì)量通病可降為零。

（4）現(xiàn)場垃圾減少83%，材料損耗減少60%，可回收材料占66%，建筑節(jié)能50%以上，建造周期減少70%，PC綜合節(jié)水效果36%，整體節(jié)能減排達(dá)到60%的標(biāo)準(zhǔn)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，按現(xiàn)有的開發(fā)量估算，到2012年，如果整個(gè)住宅行業(yè)都實(shí)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，社會(huì)資源年消耗的節(jié)約可達(dá)到：1）節(jié)約能耗90.4萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于22.6億度電量，約為葛洲壩發(fā)電站2個(gè)月的發(fā)電總量；2）節(jié)約用水20 340萬m3，約為19個(gè)杭州西湖的水量；3）節(jié)約混凝土損耗142.4萬m3，相當(dāng)于285棟18層住宅混凝土用量；4）減少鋼材損耗13.56萬t，相當(dāng)于188棟18層住宅用鋼量。

2、國外工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程和各國PC技術(shù)簡述

歐洲自20世紀(jì)20~70年代在住宅工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化方面持續(xù)不斷地發(fā)展并相對(duì)成熟，從20世紀(jì)80年代開始注重住宅的節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展和提高住宅品質(zhì)等綜合性能。

在亞洲，日本、新加坡和中國香港工業(yè)化相對(duì)成熟。日本在20世紀(jì)60年代初住宅需求急劇增加，為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和效率，開始對(duì)住宅實(shí)行部品化、批量化生產(chǎn)，20世紀(jì)70年代是日本住宅產(chǎn)業(yè)的成熟期。新加坡的PC技術(shù)發(fā)展有近30年的歷史，預(yù)制混凝土在公共住宅建設(shè)中的市場份額已從1996年的30%增加到2001年的60%。香港的PC技術(shù)發(fā)展也有近20年的歷史，香港政府為支持住宅產(chǎn)業(yè)化的推行，對(duì)采用PC技術(shù)的項(xiàng)目在容積率指標(biāo)上比非PC體系的項(xiàng)目優(yōu)惠10%。同時(shí)專設(shè)香港建筑事務(wù)監(jiān)督屋宇署，對(duì)PC進(jìn)行品質(zhì)控制和質(zhì)量監(jiān)督。筆者參觀香港大角咀PC住宅項(xiàng)目，整個(gè)小區(qū)50多棟住宅，每棟為58層的超高層住宅，每單元8戶的標(biāo)準(zhǔn)戶型，全部采用標(biāo)準(zhǔn)PCF外墻體系。

在我國大陸早就有PC這種工法的應(yīng)用，上海中森在進(jìn)行萬科金色里程項(xiàng)目實(shí)踐時(shí)還沒有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范及政策支持，如何使海外的先進(jìn)技術(shù)與我國現(xiàn)有的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相融合、匹配，最終配合相關(guān)部門形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，需要設(shè)計(jì)單位通過配件工廠及施工現(xiàn)場進(jìn)行大量的研討和試驗(yàn)工作。

萬科是國內(nèi)最早將住宅產(chǎn)業(yè)化作為重要的戰(zhàn)略目標(biāo)，并將產(chǎn)業(yè)技術(shù)投入到商業(yè)開發(fā)的地產(chǎn)公司。一方面是其敏銳地認(rèn)識(shí)到由于節(jié)能環(huán)保問題日趨突出，未來政府對(duì)施工現(xiàn)場提出限制性政策的可能性很大；另一方面則是為了保持自身銷售規(guī)模的可持續(xù)發(fā)展。萬科要在建筑品質(zhì)、客戶滿意度、管理水平及能耗等方面做得比過去更好，就必須改變傳統(tǒng)的建造方式，這些都促使萬科下決心做PC。

萬科最早學(xué)習(xí)的是香港的預(yù)制混凝土外墻技術(shù)，而在做完1號(hào)實(shí)驗(yàn)樓之后，萬科開始向日本學(xué)習(xí)，其中很大的一個(gè)原因是香港地區(qū)大多數(shù)建筑僅使用預(yù)制混凝土外墻，而日本多使用有結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范的裝配整體式預(yù)制混凝土住宅。

3、日本PC模式與中國香港PC模式的比較

3.1 PC的應(yīng)用范圍比較

（1）中國香港：PC結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要包括陽臺(tái)、樓梯、凸窗、空調(diào)板及PCF墻板五部分，主要應(yīng)用于高層住宅和公寓，多以剪力墻結(jié)構(gòu)體系為主；對(duì)梁、柱、樓板的PC構(gòu)件應(yīng)用目前僅用于少量5層以下的中小學(xué)等框架結(jié)構(gòu)（圖1，2）。

圖1 香港PC工程現(xiàn)場照片-大角咀住宅項(xiàng)目

圖2 香港PC工程現(xiàn)場照片-香港數(shù)碼港住宅項(xiàng)目

（2）日本：對(duì)PC結(jié)構(gòu)構(gòu)件沒有太多限制，除陽臺(tái)、樓梯、凸窗、空調(diào)板、PCF墻板五部分外，梁、柱、樓板，包括整體衛(wèi)生間、整體廚房等均可使用，所以評(píng)價(jià)日本的建筑是否采用PC不單純指哪些構(gòu)件，而是看它采用PC的百分比，比如80%的PC，甚至做到100%的PC，即整棟樓全部工廠裝配。

3.2 構(gòu)件配筋方式的比較

香港模式的PCF構(gòu)件采用普通直錨式拉結(jié)筋，混凝土板無加強(qiáng)構(gòu)造，預(yù)制構(gòu)件的剛度較小，強(qiáng)度也不能保證，在運(yùn)輸和吊裝等施工過程中會(huì)產(chǎn)生裂縫及較大變形，必須采取補(bǔ)強(qiáng)設(shè)備防止構(gòu)件破壞，這樣就使施工成本增加較多。直錨式鋼筋是一種開放式的拉結(jié)筋，構(gòu)造相對(duì)簡單，只適用于香港這種非抗震地區(qū)使用。香港PCF板的厚度多為100mm（圖3）。

圖3 香港構(gòu)件配筋方式

日本模式的PCF構(gòu)件采用縱橫雙向桁架筋，可以保證預(yù)制構(gòu)件在脫模、運(yùn)輸、吊裝、存放過程中具有足夠的剛度和強(qiáng)度，不產(chǎn)生裂縫及過大的撓度變形。桁架筋是一種封閉式的拉結(jié)5筋，能使預(yù)制構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件疊合得更牢固，整體性更強(qiáng)，具有良好的抗震性，適合抗震地區(qū)使用（圖4）。

圖4 日本構(gòu)件配筋方式

3.3 PCF與結(jié)構(gòu)主體關(guān)系的比較

香港模式的PCF為純外掛構(gòu)件，不參與結(jié)構(gòu)主體受力工作，所以構(gòu)造配筋較簡單。

日本模式的PCF可將PC內(nèi)部一定的厚度與結(jié)構(gòu)外墻或框架柱的鋼筋保護(hù)層疊加工作，從而減小外墻厚度，增加可用面積。

3.4 適用范圍的比較

香港PC模式是近年來在日本模式的基礎(chǔ)上模仿、簡化以適應(yīng)香港當(dāng)?shù)氐那闆r而總結(jié)出來的一種模式，相對(duì)日本模式，香港模式較為粗糙、節(jié)點(diǎn)簡單，但沒有規(guī)范限制，可操作性強(qiáng)。純?nèi)毡綪C結(jié)構(gòu)體系在我國無法完全照用，因?yàn)槲覀儧]有相應(yīng)的計(jì)算軟件、驗(yàn)算方法和規(guī)范可遵循，沒辦法將PCF的一部分加入結(jié)構(gòu)主體計(jì)算。而日本各大建設(shè)集團(tuán)均有完善的設(shè)計(jì)、制造工法，相當(dāng)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其是以雄厚的建設(shè)集團(tuán)的試驗(yàn)基地和實(shí)踐項(xiàng)目積累出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為后盾。作為多地震國家，日本PC工法形成了完整、可靠的設(shè)計(jì)制作施工流程。

4、PC技術(shù)在萬科金色里程B04地塊項(xiàng)目中應(yīng)用

4.1 規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目地處上海市浦東新區(qū)中環(huán)線內(nèi)，項(xiàng)目總用地面積為80 866㎡，其中B04-1地塊面積為11 000㎡，屬綠化用地；B04-2地塊面積為69 413.7㎡，屬住宅用地。總建筑面積13.6萬㎡，共建造房屋28幢，其中住宅27幢，配套公建1幢。可安置居民966戶，近3 000人；小區(qū)容積率1.5，建筑密度20％，綠化率50％。其中采用PC技術(shù)的1-7#高層住宅建筑面積達(dá)81 252㎡（圖5）。

圖5 萬科金色里程整體鳥瞰圖

小區(qū)住宅樓主要為高層單元式住宅樓和多層排屋。其中低于90㎡的中小房型占了73％。高層住宅為一梯兩戶，住宅平面設(shè)計(jì)功能合理，設(shè)施完善，分區(qū)明確，流線順暢。起居廳、主臥均朝向南面，滿足使用要求的同時(shí)又保證景觀的利好性。多層住宅以4層的四拼和六拼為主，帶地下室，內(nèi)部布局合理有序。建筑形式格調(diào)高雅，追求建筑自身的光影、虛實(shí)變化，并能從材質(zhì)和色彩上體現(xiàn)出高貴的品質(zhì)。

本次設(shè)計(jì)高層部分采用“PC結(jié)構(gòu)工程”，即對(duì)樓房的一些部件，在工廠加工完成，再到工地現(xiàn)場進(jìn)行拼裝。本次設(shè)計(jì)對(duì)建筑的外墻、樓梯、陽臺(tái)、凸窗、空調(diào)板五個(gè)部位進(jìn)行預(yù)制。立面造型以簡潔的體量強(qiáng)調(diào)建筑的雕塑感。為達(dá)到簡潔體量的目的，建筑的凸窗、陽臺(tái)、挑臺(tái)等均由PC外墻工廠加工完成。在高層建筑上強(qiáng)調(diào)建筑的水平線條與垂直線條的交叉，在完善體量的同時(shí)，又強(qiáng)調(diào)出建筑的高聳形態(tài)；而多層住宅則以塊面的構(gòu)成與開窗的形式強(qiáng)調(diào)建筑的幾何美感，并通過材料的質(zhì)感及顏色的變化，使整個(gè)建筑親切、自然又極富時(shí)代感（圖6~9）。

圖6 萬科金色里程高層住宅外觀

圖7 萬科金色里程高層住宅外觀細(xì)部

圖8 萬科金色里程住宅平面圖

圖9 萬科金色里程住宅立面圖

4.2 PC建造技術(shù)的應(yīng)用

本工程的建筑主體結(jié)構(gòu)形式為剪力墻，外掛預(yù)制混凝土墻板、預(yù)制混凝土陽臺(tái)、凸窗、空調(diào)板等構(gòu)件。除了使用了上述各預(yù)制構(gòu)件，還運(yùn)用了預(yù)制混凝土樓梯技術(shù)。

運(yùn)用PC建造技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)可概括為以下幾方面：

（1）外墻PC板。外墻面磚牢固；外面磚效果精準(zhǔn)（工廠內(nèi)統(tǒng)一鋪貼成型）；減少滲漏幾率；建造速度明顯加快；減少人力投入；施工質(zhì)量可控；減少模板使用量；標(biāo)準(zhǔn)戶型被劃分為幾個(gè)組成構(gòu)件，工廠有序、保質(zhì)、保量地提前生產(chǎn)，施工現(xiàn)場除現(xiàn)澆承重剪力墻部位，主要是吊裝外掛PC墻板和陽臺(tái)凸窗等PC構(gòu)件以及澆合承重部位及預(yù)制構(gòu)件，人力物力的投入大大減少，傳統(tǒng)需要10個(gè)月完成的工作量僅需6個(gè)月即可完成，而且節(jié)約了80%的勞動(dòng)力（圖10~12）。

圖10 萬科金色里程A軸預(yù)制板裝配圖

圖11 萬科金色里程PC墻體施工圖

圖12 萬科金色里程現(xiàn)場施工

（2）PC的連接防水。改傳統(tǒng)的材料粘結(jié)性防水變?yōu)闃?gòu)造輸導(dǎo)性防水，漏水幾率大大降低，同時(shí)不會(huì)積水返潮（圖13~15）。

圖13 板縫接口縱斷面圖

圖14 金屬壓條縱斷面圖

圖15 板縫接口橫斷面圖

（3）PC的門、窗預(yù)埋。窗整體性、氣密性好；門窗牢固程度大大增加；幾乎沒有門窗變形（窗框在工廠生產(chǎn)過程中已預(yù)埋至預(yù)制構(gòu)件，精準(zhǔn)而變形微小）

（4）PC凸窗構(gòu)件。結(jié)構(gòu)整體性好；外觀精致（將復(fù)雜的凸窗在工廠由鋼模精確加工，施工質(zhì)量提升）。

（5）PC陽臺(tái)、PC空調(diào)板構(gòu)件。陽臺(tái)、空調(diào)板的預(yù)制構(gòu)件尺寸精確，方便擺放電器；排水系統(tǒng)無二次污染，不易堵塞（在預(yù)制陽臺(tái)或空調(diào)板構(gòu)件中，同時(shí)考慮并預(yù)留了設(shè)備專業(yè)的孔、洞、預(yù)埋件等，實(shí)現(xiàn)一步到位或方便安裝的施工裝修現(xiàn)場）；欄桿造型精致（在預(yù)制陽臺(tái)構(gòu)件中，預(yù)埋了安裝欄桿扶手的安裝件，無須現(xiàn)場焊接，質(zhì)量與美觀兼具）；減少模板用量；減少腳手架（陽臺(tái)構(gòu)件等吊裝后可增加人員可操作面）（圖16，17）。

圖16 萬科金色里程陽臺(tái)平面放大圖

圖17 局部墻體留洞圖

（6）PC樓梯構(gòu)件。樓梯平整并且踏步高度、寬度精確、統(tǒng)一，在逃生時(shí)絆倒幾率大大降低；減少模板重復(fù)用量，節(jié)材節(jié)時(shí)，質(zhì)量提高。

4.3 SI工法的室內(nèi)裝修工法

由于外部采用了PC構(gòu)件的“外保護(hù)層”，故萬科金色里程1-7#高層住宅采用了EPS板外墻內(nèi)保溫體系，節(jié)能環(huán)保，外立面效果出色。加之本工程采用了前沿的SI工法進(jìn)行室內(nèi)精裝修，結(jié)合內(nèi)保溫施工，縮短了工期，提升了質(zhì)量。所謂SI工法就是指骨架體（支撐體）和填充體（內(nèi)裝體）完全分離的一種施工方法，也是創(chuàng)造長壽命、可變、可持續(xù)使用居所的施工體系。

金色里程1-7#高層住宅項(xiàng)目體現(xiàn)SI工法的室內(nèi)裝修工法主要有以下幾點(diǎn)：

（1）架空樓板。管線和結(jié)構(gòu)完全脫離，安拆方便；管線不接觸鋼筋混凝土，使用年限長；結(jié)構(gòu)減少開鑿量，結(jié)構(gòu)本身質(zhì)量提升；減少了濕作業(yè)，縮短了工期；地板更有彈性，對(duì)于兒童更加安全；更可在架空層中鋪設(shè)地暖，提升住宅品質(zhì)。

（2）輕鋼龍骨石膏板隔墻。房間可自由分隔；室內(nèi)隔氣隔聲效果好；無返潮；管線便于更換維修；室內(nèi)空間可變，實(shí)現(xiàn)幾代人都可居住同一個(gè)“家”。

（3）同層排水。物權(quán)問題得到解決；減少阻塞和返水，有效解決噪聲和滲漏，節(jié)約水源；更換馬桶無須樓板打孔，減少樓板開洞，對(duì)結(jié)構(gòu)有利。

（4）輕鋼龍骨薄吊頂系統(tǒng)。管線脫離于結(jié)構(gòu)之外，維修、更換方便；不同設(shè)備管線各行其道，更加安全可靠，使用壽命增加，真正讓住宅“由內(nèi)到外”都可持續(xù)化。

5、結(jié)語

作為萬科戰(zhàn)略合作伙伴之一的中國院上海中森，參與了萬科繼金色里程一期兩棟PC實(shí)驗(yàn)樓項(xiàng)目之后的二期項(xiàng)目設(shè)計(jì)。經(jīng)過比較，我們?nèi)诤先毡竞拖愀跴C的工法，結(jié)合90㎡小戶型特點(diǎn)，采取了以下措施：

（1）結(jié)構(gòu)主體采用剪力墻體系，使室內(nèi)小空間盡量完整。

（2）在PC應(yīng)用范圍上參照香港模式，外圍護(hù)體系為純PCF形式，樓梯段為PC構(gòu)件。

（3）在PC與結(jié)構(gòu)主體關(guān)系上以PC不參與主體工作、純外掛考慮，使項(xiàng)目在工期緊、無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的情況下，得到相關(guān)部門的批準(zhǔn)，盡快合法化。

（4）借鑒和發(fā)揮日本PC工法的優(yōu)勢(shì)，細(xì)部節(jié)點(diǎn)處理細(xì)致，安全性能好，交接縫的防水措施牢固，外部構(gòu)件的配置更美觀、人性化。

（5）PC外墻厚度盡量減薄，發(fā)揮日本PCF豐富的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)和縝密的配筋方案，由原來的95mm減到85mm，加大了使用空間。

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