装配式住宅关键技术体系研究与综合示范

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2011年“华夏建设科学技术奖”获奖项目（三等奖）

装配式住宅关键技术体系研究与综合示范

一、立项背景

中国的住宅建设已进入到一个重要的转型期，即在满足住宅适量的快速增长的同时，又要追求质量的全面提升，同时还要合理利用和节约资源。因此，实现住宅产业由粗放型向集约型转变，开发建设装配式住宅是新时期经济发展的迫切需求。

装配式住宅既可提高劳动生产率，加快建造的速度，满足对住宅数量的需求，又可极大提高住宅质量和性能，同时还可以减少资源能源浪费，实现社会的可持续发展。国外大量工程实践表明，采用预制混凝土结构替代传统的现浇结构可节约55%的混凝土和40%的钢筋，每平方米建筑面积可节约人工25%～30%, 降低造价10%～15%, 缩短工期约50%。 我国房地产业经过了近20年的发展，住宅工业化程度仍在较低的水平上徘徊，这既与我国社会经济和科技水平等深层次原因有关，也受现有产业政策等软件和技术体系等硬件影响。此外，在基础研究方面的缺失，也直接影响了我国装配式住宅的深入发展。

当前我国装配式住宅的可实施性基础性研究工作较为滞后，技术法规不够全面，产品缺乏相关技术保障，材料、部品、产品之间模数协调不够，没有建立建全与住宅产业化相配套的在全国范围内推行的模数标准与住宅体系。非标准化生产带来诸多弊端，全国各地大到房间的空间组合和承重体系，小到房间各组成部分的构造做法五花八门，阻碍了构配件生产工厂化、施工机械化等住宅产业化进程。在装配式住宅建设的过程中，还没有一套较完整的技术体系，从住宅的设计、施工、综合性能评估等方便来支撑工业化住宅建造。

为促进上海住宅产业化的发展，提高上海住宅建设的工业化水平，本课题力图研究、解决以预制混凝土结构体系为主的装配式住宅的设计、施工、运输、验收、配套材料部品体系等关键技术问题，充分集成应用装配式住宅体系、全装修体系、智能家

居、节能环保等多项新技术，努力实现住宅建设及使用过程的资源、能源节约及环境保护，力求建成本市乃至全国节能省地环保型住宅的新典范。

上海市科学技术委员会科研项目07d21z017

二、项目简介

本课题属住宅产业化研究领域，重点研究装配式住宅建设过程中的关键技术。

在提倡节能减排的背景下，"节能省地型住宅"成为住宅建设的指导方针，发展装配式住宅是重要的实施手段。我国装配式住宅的基础研究工作较为滞后，还没有形成一套较完整的技术体系，从住宅的设计、施工、综合性能评估等方面来支撑装配式住宅建造。

本课题以装配式住宅为重点，通过国内外装配式住宅应用现状调研和工程试点，围绕装配式住宅设计的标准化和模数化、装配式住宅结构构造、施工技术及综合性能评价体系进行全面系统的研究，建立起一套系统的集成技术体系，本课题的成果水平达到了国际先进，在课题研究的基础上形成设计规范及验收规范等地方性标准，获得了4项实用新型专利，并在18万m 2以上的工程实践示范。为住宅生产方式向工业化的转变奠定了基础。 本课题主要创新成果包括：

1."模数协调"和"基本间"是装配式住宅设计的基础问题。本课题结合示范工程提出适合我国的分模数系列和模数设计网格，以及基本间和基本套型的设计方法，具有较强的可操作性和推广意义。

2. 系统研究了钢筋混凝土预制叠合墙板技术和施工工艺。通过现场抗震试验和非线性有限元模拟计算分析，比较了预制叠合剪力墙与全现浇剪力墙的性能差别，建立了预制叠合剪力墙数值计算建模方法及计算理论，并研究解决了装配式住宅施工、运输、验收、配套材料部品体系等关键技术问题。

上海市房地产科学研究

院

3.提出了包含装配式住宅预制结构体系、装修技术、施工技术在内的装配式住宅集成技术体系。并将模糊数学理论运用于装配式住宅综合性能的评估中。通过对集成技术体系中各环节关键因素的分析和提炼，确定了各项技术和产品的评估因素集，从而建立了适用于装配式住宅的评估体系。

4. 编写《装配整体式混凝土住宅体系设计规程》（DG/TJ08-2071-2010）及《装配整体式住宅混凝土构件制作与安装施工及质量验收规程》（D G／T J08-2069-2010），为上海地区装配式住宅体系的设计、施工、验收提供了依据，提升了预制装配式住宅建设的标准化、规范化管理水平。 本课题的研究成果作为制定《上海市住宅产业现代化"十二五"发展规划》的技术依据，被政府管理部门采纳。同时课题研究成果已在万科新里程、城花新园、金色里程等项目中应用，社会效益和经济效益显著。

三、技术路线

1、国内外装配式住宅研究和应用现状调研。通过对国外住宅工业化历程的研究，归纳国外住宅产业化发展现状及可持续发展的趋势；调研分析国内采用装配式住宅技术的项目，对比国外的情况，总结我国住宅产业化在政策、基础研究和技术体系方面所面临的问题；并对国家和地方出台的产业化相关文件进行梳理，了解目前的政策导向，掌握产业化发展的方向。

2、装配式住宅设计研究。梳理“模数协调”和“基本间”的基本概念，明确“模数协调”和“基本间”与装配式住宅设计的关系，总结和发展运用“模数协调”和“基本间”设计的一般方法和步骤，解决设计中存在的难点和关键技术问题，结合国内“模数协调”和“基本间”设计的现状和存在的问题，分析国内外相关案例，最后提出适合我国的设计方法，并对相关标准的制定提出建议。

3、装配式住宅结构构造研究。通过预制混凝土叠合墙的承载、变形能力和抗震耗能能力测试，研究预制叠合墙体的受力变形特点、过程及破坏机理，并与普通现浇钢筋混凝土墙体作对比，分析预制混凝土叠合墙体抗震性能；采用有限元软件ANSYS 和ABAQUS进行数值仿真分析，研究预制混凝土叠合墙体的承载力及变形计算理论和方法，并进行多工况下预制叠合墙板的受力、变形分析；建立与我国现行规范配套的预制混凝土叠合墙体分析、设计方法，及适用的墙板结构设计要点、节点抗震构造措施和应用建议等。

4、装配式住宅施工技术研究。研究预制混凝土构件的制作技术和施工工艺，以及预制构件运输、堆放和保护方法；并结合实际工程，归纳总结了预制混凝土结构施工工序、技术要点和实施细则，研究预制外墙板及其他预制构件与现浇部分的模板、支撑体系，形成预制——现场式的装配式住宅施工体系。

5、装配式住宅技术及综合性能评价体系研究。分析总结了装配式住宅的预制结构体系、装修技术、施工技术中的各类技术的应用现状和存在的问题，建立装配式住宅集成技术体系。并运用模糊数学理论对装配式住宅建设的全过程进行技术参数分析，筛选出包括材料、生产、施工、管理、维护、工业化程度和综合性能等模糊评判因素，将每个因素划分为四个技术等级，构建评判评估集，参照典型结构的理论分析给出装配式住宅建筑性能综合等级评定表，从而建立起一套完整的装配式住宅综合性能评价方法。

6、在理论研究的基础上，编制《装配整体式混凝土住宅体系设计规程》（DG/TJ08-2071-2010）和《装配整体式住宅混凝土构件制作与安装施工及质量验收规程》（DG／TJ08-2069-2010），内容包含预制装配式住宅的建筑模数、套型设计、预制构配件设计与应用、室内装修、室内环境、建筑设备、预制叠合剪力墙设计，以及预制混凝土构建制作、构件安装、质量验收、安全与环境等。初步形成装配式住宅技术体系。

关键技术研究

1、装配式住宅设计的标准化和模数化研究

（1）装配式住宅设计的标准化与模数化研究

图1 模数与模数构件的关系

（2）装配式住宅基本间运用研究

2、装配式住宅结构构造研究

（1）预制混凝土叠合墙体抗震性能试验研究

（2）钢筋混凝土预制叠合剪力墙数值仿真分析

3、装配式住宅施工技术研究

（1）预制构件的施工技术和工艺研究

图2

预制混凝土外墙板生产工艺流程

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（2）预制混凝土结构施工工艺及技术要点研究

（3）预制混凝土结构现场工业化模板体系研究

4、装配式住宅综合性能评价体系研究

（1）装配式住宅集成技术体系研究

（2）装配式住宅综合性能评价体系研究

表1 装配式住宅全过程综合性能评判因素集

评判因素子项

材料环保性、经济性、耐久性

生产工艺、成本、产生的碳排放量

施工施工工艺、经济性、施工周期

管理管理成本、操作难度

维护维护技术、成本、节能性能工业化程度预制化率、装修集成度、部品标准化程度

综合性能适应性能、环境性能、经济性能、安全性能、耐久性能

5、《装配整体式混凝土住宅体系设计规程》（D G/ TJ08-2071-2010）和《装配整体式住宅混凝土构件制作与安装施工及质量验收规程》（DG／TJ08-2069-2010）的编制

四、创新点

1. 本课题结合我国实际情况，提出了装配式住宅中的模数和模数协调的改进建议：建议引入双网格、界面定位法；进行了2M＋1M的设计网格的应用尝试，对结合2M和3M的模数设计网格新思路进行了探讨；对装配式住宅构件的优先尺寸和公差进行了优选。

2. 首次总结并提出“基本间”设计方法及一般步骤,并提出影响住宅基本间的定型的最重要的两个因素:“行为单元”和“结构单元”。

3．采用低周反复荷载试验和数值仿真分析两种方法研究了预制叠合剪力墙的承载力、变形性能、破坏形态和耗能能力等结构特性，并比较了预制叠合剪力墙与全现浇剪力墙的差异。建立起预制混凝土叠合墙体的承载力及变形计算模型和理论计算方法。

4. 首次开展了预制混凝土结构施工技术的系统研究。总结了混凝土预制构件的制作、运输和堆放、预制混凝土结构现场施工的工艺流程和操作细则。在预制墙板的功能设计、预制墙板与主体结构的连接形式、连接节点的防水设计等关键问题的处理上采用了新的有效措施。

5. 建立起装配式住宅预制结构体系、装修技术、施工技术的集成体系。运用模糊数学理论，对工业化住宅全生命周期的综合性能要素进行提炼，并克服了装配式住宅无法采用模糊评判向量评判等级的问题，制定了“工业化住宅建筑性能综合等级评定表”，创建了一套装配式住宅评价方法。

6. 编制了《装配整体式混凝土住宅体系设计规程》（DG/ TJ08-2071-2010）和《装配整体式住宅混凝土构件制作与安装施工及质量验收规程》（DG／TJ08-2069-2010）。

填补了本市在装配式住宅设计和建设技术规范方面的空白，为本市装配式住宅的应用、推广提供了技术依据。

7. 在本课题的研究基础上进行了全国首个装配式住宅项目建设--万科新里程，并在18万m2以上的住宅项目上进行实践示范。

五、应用情况

1、作为政策制定的依据

本课题的研究成果被相关管理部门采纳，作为制定"上海住宅产业现代化十二五发展规划"的技术依据。 主要应用部分包括：十二五期间大力推进装配式工业化住宅体系、完善住宅产业现代化技术标准体系、大力推进居住区"四节一环保"技术应用，打造住宅产业现代化产业链等内容。

2、工程应用

本项目对装配式住宅的关键技术进行了系统的研究，探索了装配式住宅的优化设计模式，解决了一些装配式住宅结构构造和施工环节的技术难点，建立了装配式住宅综合性能评价体系。

自2008年起，课题组就积极的进行装配式住宅建设的推进。先后实施并完成了约18万平方米的工程项目，包括有万科新里程，1.44万平方米；万科金色里程，7.6万平方米；万科城花新园，8.8万平方米。这些项目采用了工业化的建造方式，在保证住宅质量的同时，达到了资源节约的目的。经初步计算新增了产值达到了338000万元；新增利润达到了37180万元，新增税收23660万元，在建造过程中，可节电约362.48万千瓦时，节水约17.23万吨，节约模板材料约4480吨，节省装修材料约6893m3，减少废弃物约3653m3

“十二五”期间，上海将大力推进装配式住宅体系的应用，该成果推广应用后将产生巨大的经济效益和社会效益，有效的达到节能降耗目的，是一项利国利民、值得推广的应用技术。

六、社会效益

“十二五”期间，上海将大力推进装配式住宅体系的应用，采用工业化的生产方式来建造住宅，可以降低劳动强度、提高生产效率、降低成本及能耗、保护环境的同时，提高住宅的整体质量和品质。经测算，万科城花新园、万科新里程、万科金色里程项目建筑面积约18万平方米，在建造过程中，节电约362.48万千瓦时，节水约17.23万吨，节约模板材料约4480吨，节省装修材料约6893m3，减少废弃物约3653m3。在“十二五期间”，全面推进装配式住宅体系的应用，对降低建筑建造过程中的能源消耗有积极的作用，对实现城市的可持续发展具有重要的现实意义。C