【裝配式建筑】走出創(chuàng)新攀登之路：裝配式樓板實現(xiàn)智能化

我國建筑工業(yè)化的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段,分為上世紀八十年代的建筑工業(yè)化發(fā)展階段、1999～2013年的住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展階段，以及2013年之后的建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展階段。2016年2月,《中共中央國務(wù)院關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》，其中第十一條指出:發(fā)展新型建造方式。大力推廣裝配式建筑,減少建筑垃圾和揚塵污染,縮短建造工期,提升工程質(zhì)量。制定裝配式建筑設(shè)計、施工和驗收規(guī)范。完善部品部件標準,實現(xiàn)建筑部品部件工廠化生產(chǎn)。鼓勵建筑企業(yè)裝配式施工,現(xiàn)場裝配。建設(shè)國家級裝配式建筑生產(chǎn)基地。加大政策支持力度,力爭用10年左右時間,使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%。積極穩(wěn)妥推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑。山東萬斯達科技股份有限公司（以下簡稱“萬斯達”）是山東省龍頭企業(yè)。萬斯達所開發(fā)的鋼管桁架預應(yīng)力混凝土疊合板（簡稱“PK3型板”）與目前國內(nèi)通用的量大面廣的普通桁架疊合板相比，性價比有了巨大提升，具有廣泛的市場前景、經(jīng)濟效益和社會效益，萬斯達主編的《鋼管桁架預應(yīng)力混凝土疊合板技術(shù)規(guī)程》已于2020年9月1日正式頒布實施。繼PK3型樓板、PKW墻板、PK剪力墻、PK梁等部品之后，萬斯達相繼開展了對應(yīng)結(jié)構(gòu)體系的研發(fā)，形成了萬斯達獨特的PK框架和PK剪力墻結(jié)構(gòu)體系。萬斯達作為深耕裝配式建筑領(lǐng)域的知名企業(yè)，多年走來，積累了大量的專利技術(shù)，科技創(chuàng)新能力突出，形成了以PK3型板及配套高效生產(chǎn)方案為核心的技術(shù)體系。萬斯達專利樓板在行業(yè)內(nèi)被稱為“建筑界的神奇發(fā)明”，這一發(fā)明不僅僅是一塊樓板，更準確地講，它是一套全面、完整、先進的技術(shù)體系。1、從發(fā)明源頭梳理PK體系P是指“拼裝”，K代表“快速”，快速拼裝的PK疊合板全稱為PK預應(yīng)力混凝土疊合板（俗稱PK板），是一種新型疊合樓蓋產(chǎn)品，起源于周緒紅院士和吳方伯教授，早在1999年開始研發(fā)，在2004年獲得了“發(fā)明專利”。2008年“新型裝配整體式樓蓋體系關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用”榮獲“國家科學技術(shù)進步二等獎”。在周院士和吳教授的持續(xù)指導下，萬斯達將系列產(chǎn)品逐個落地，PK體系實現(xiàn)了從理論到實踐的跨越。2009年，萬斯達濟南章丘工廠建成投產(chǎn)，首次實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，設(shè)立了PK系列產(chǎn)品的研發(fā)和中試基地。隨著PK快裝結(jié)構(gòu)體系逐步發(fā)展，形成了技術(shù)路線和產(chǎn)品特點鮮明的四大結(jié)構(gòu)體系，分別是：鋼框架結(jié)構(gòu)體系、預制混凝土框架體系、預制剪力墻體系和多層板式快裝體系。萬斯達成為國內(nèi)首個同時推進鋼結(jié)構(gòu)建筑與裝配式建筑兩大結(jié)構(gòu)體系的企業(yè)，2013年被評為“國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地”，2017年被評為“國家裝配式建筑產(chǎn)業(yè)基地”。2018年第三代PK板產(chǎn)品——鋼管桁架預應(yīng)力混凝土疊合板（PK3型板）技術(shù)成熟后推向市場，獲得一致好評。2018年6月，經(jīng)國家土建結(jié)構(gòu)預制裝配化工程技術(shù)研究中心主任李國強教授為組長的鑒定委員會鑒定，認為：PK3型板各項性能達到國際領(lǐng)先水平。PK3型板相比目前國內(nèi)通用的量大面廣的普通桁架疊合板是一種技術(shù)進步，解決了傳統(tǒng)桁架板厚度過厚、穿行管線困難、四面出筋、跨度小、造價高等痛點，它是我國具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的特色產(chǎn)品。2、技術(shù)引領(lǐng)的融合創(chuàng)新普通矩形帶肋板密拼板縫后，只能按單向疊合板來使用，它在歐美已經(jīng)有幾十年的使用歷史。PK板是一種預應(yīng)力帶肋板，板肋上每隔一定間距開“矩形孔”，以方便橫穿鋼筋和管線，從而形成實現(xiàn)了疊合板的雙向受力。密拼板縫后，在雙向傳力、防止密拼板縫開裂，以及防火性能上，都有了質(zhì)的提升。后來又推出了T型肋，肋上開“橢圓型孔”，性能進一步提高。近些年為了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，在借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，推出了鋼管桁架預應(yīng)力混凝土疊合板（PK3型板）。PK3是性價比較好的疊合受彎構(gòu)件，它由底部預應(yīng)力混凝土薄板、上部鋼管混凝土桁架和中間桁架腹筋三部分組成，其中上部受壓—灌漿鋼管，性價比高的抗壓材料；中部傳力—鋼筋桁架，效率高的傳力機構(gòu)；下部抗拉—高強預應(yīng)力鋼絲，性價比高的抗拉材料。繼承了PK1、PK2預應(yīng)力薄板的抗裂、節(jié)材、密拼板縫、無胡子筋以及普通疊合板鋼筋桁架優(yōu)點的基礎(chǔ)上，克服了它們各自的缺點，最終達到了底板薄、四面不出鋼筋、密拼板縫、無支撐或少支撐（較普通疊合板減少80%）、密拼后雙向受力、施工效率高、成本低（相對普通桁架疊合板減少40%）的國際領(lǐng)先水平。萬斯達自主研發(fā)的PK3智能流水線裝備已經(jīng)實現(xiàn)了預應(yīng)力鋼筋的調(diào)直放料、張拉、混凝土數(shù)控布料、蒸養(yǎng)、起板、存放等全過程的自動化和智能化制造。萬斯達還參加了“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目中的三項相關(guān)課題，課題先進技術(shù)成果已經(jīng)在PK3流水線的數(shù)控布料振搗一體機上得到落地。同時，針對鋼管桁架壁薄、焊點多、要求高等特點，研發(fā)了鋼管桁架智能化焊接生產(chǎn)線，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。歷經(jīng)20多年研發(fā)，PK板體系堅持了預應(yīng)力薄板技術(shù)，節(jié)材優(yōu)勢明顯；融合桁架技術(shù)，提升了自動化生產(chǎn)效率；還融合了鋼管混凝土技術(shù)，受力性能提高；所以，PK板體系的強大生命力和高性價比正是源于技術(shù)的融合創(chuàng)新。據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2020年，全國裝配式建筑面積已達到6.3億平方米，占新建建筑面積的比例約為20.5%，裝配式建筑已呈規(guī)?；l(fā)展趨勢。“裝配整體式疊合混凝土結(jié)構(gòu)體系及其工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)”科技成果已發(fā)布，參加鑒定會的權(quán)威專家對該技術(shù)體系給予了高度評價和肯定。該技術(shù)體系共獲得專利授權(quán)150余項，并在上海外高橋郵輪平臺、國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心核心研發(fā)基地、上海嘉定新城菊園社區(qū)等項目成功應(yīng)用，應(yīng)用該技術(shù)體系的工程實踐建筑面積達到1000萬平方米，遍布北京、上海、天津、湖南、河北、河南、山東等省市。3、PK3的具體應(yīng)用場景PK3型板是高性能、高性價比的產(chǎn)品。PK3型板可以廣泛應(yīng)用于各種裝配式建筑當中，以下根據(jù)跨度不同分為五大應(yīng)用場景。1.小跨度疊合板小跨度疊合板特點是，跨度≤3.9m，總板厚為110mm，降低板厚，減輕結(jié)構(gòu)自重，鋼管直徑20mm。小跨度疊合板適用于按現(xiàn)澆計算，板厚不大于110mm厚。小跨度疊合板的優(yōu)勢：一是傳統(tǒng)疊合板最薄板厚130mm，而PK3小跨度疊合板最薄可以做到110mm，相比之下，減輕結(jié)構(gòu)自重50kg/m3；二是具有顯著地減少混凝土用量，降低工程造價等優(yōu)點，在鋼框架結(jié)構(gòu)工程中的成本節(jié)約優(yōu)勢更為明顯。工程應(yīng)用：安徽阜南安置房項目。安徽阜南安置房項目(混凝土剪力墻結(jié)構(gòu))安徽晶宮康居苑項目（鋼框架結(jié)構(gòu)）2.中等跨度疊合板中等跨度疊合板特點：3.9m<跨度≤6.0m，總板厚為120~160mm，鋼管直徑28mm。中等跨度疊合板的優(yōu)勢：隨著跨度的增大，傳統(tǒng)疊合板吊點增多，必須配備專用吊裝架才能完成各種起吊工況，且開裂率和報廢率明顯提升；在此跨度范圍內(nèi)，PK3型板比傳統(tǒng)疊合板用鋼量更省，成本優(yōu)勢明顯；剛度好、韌性強，運輸、吊裝效率全面領(lǐng)先；工程應(yīng)用中，無支撐或少支撐，能提供更多作業(yè)面，可實現(xiàn)“并行施工”。工程應(yīng)用：濟南國際學校項目。該項目建筑面積約10.7萬平方米，地上建筑8層，結(jié)構(gòu)形式為鋼框架，PK3型板應(yīng)用面積約9萬平方米。濟南國際學校項目3.跨梁連續(xù)疊合板跨梁連續(xù)疊合板特點：單跨跨度≤4.5m，板總長度≤13.5m，總板厚為120～140mm。針對部分項目板跨度不大的情況，為了減少板的數(shù)量以及吊裝次數(shù)，提高施工速度，現(xiàn)研發(fā)了鋼管桁架預應(yīng)力混凝土疊合板-跨梁連續(xù)板（雙跨或多跨）?？缌哼B續(xù)疊合板的優(yōu)勢：一是連續(xù)板能有效降低板的撓度，減少支撐；二是減少構(gòu)件型號及數(shù)量，減少吊裝次數(shù)，提升吊裝效率。工程應(yīng)用：杭政儲出項目。項目位于浙江省杭州市江干區(qū),東至環(huán)站東路,建筑面積59728m2，項目為框架核心筒結(jié)構(gòu)。杭政儲出項目4.大跨度疊合板大跨度疊合板特點：6.0m<跨度≤9.0m，總板厚為150～240mm，實心板+空心板+減重箱，減少次梁；適用于教室、辦公等場所的大跨度板。大跨度疊合板的優(yōu)勢：一是自重輕、吊具輕、支撐少；二是減少次梁根數(shù)，增大凈高，減少吊裝次數(shù)，提高施工效率等優(yōu)點；三是單向板或雙向板受力均可適用；此外抽空板還具有自重輕，承載能力高等優(yōu)點?；炷两Y(jié)構(gòu)的大跨度板施工現(xiàn)場5.超大跨度疊合板超大跨度疊合板特點：9.0m<跨度≤15.0m，減重箱+密肋井字梁，適用超大跨、重載。適用地下車庫、多層工業(yè)廠房等有大跨、重載要求的場景。超大跨度疊合板的優(yōu)勢：一是同時具備普通鋼管桁架疊合板具有的板重復率高、支撐少、成本低的優(yōu)點；二是預應(yīng)力筋替同方向梁的部分鋼筋，減少用鋼量，避免支座梁筋碰撞；三是減少次梁根數(shù)，增大凈高，減少吊裝次數(shù)，提高施工效率；四是配合減重箱，形成縱橫井字暗梁的密肋樓蓋；降低結(jié)構(gòu)高度，減輕自重。工程應(yīng)用：上海外高橋倉庫項目。上海外高橋倉庫項目4、未來的研究方向2021年4月，由國家土建結(jié)構(gòu)預制裝配化工程技術(shù)研究中心（以下簡稱“國家中心”）、中建科技集團有限公司華東分公司、山東萬斯達科技股份有限公司聯(lián)合建立的“國家土建結(jié)構(gòu)預制裝配化工程技術(shù)研究中心-中建科技-萬斯達工程技術(shù)研究中心”舉行了揭牌儀式。萬斯達選擇與國家中心、中建科技進行合作，形成產(chǎn)學研結(jié)合，在此基礎(chǔ)上開展合作研發(fā)。此模式是一種半緊密型的合作模式，可以將高校、科研機構(gòu)研究開發(fā)的優(yōu)勢與企業(yè)的市場優(yōu)勢、產(chǎn)品化優(yōu)勢有效結(jié)合，實現(xiàn)產(chǎn)學研各方的資源共享、優(yōu)勢互補。通過三家單位扎實的努力，研發(fā)出低碳、節(jié)能、高品質(zhì)的“好技術(shù)”。

近年來，在周緒紅院士和吳方伯教授的持續(xù)指導下，萬斯達聯(lián)合山東建筑大學做了大量的基礎(chǔ)研究工作，其中包括PK3型樓板、PKW墻板、PK剪力墻、PK梁等。在國家土建裝配中心的支持下，進行持續(xù)的改進提升研究，為下一步大規(guī)模推廣應(yīng)用做好充足的準備。目前，萬斯達把研究重點鎖定在了“新型外墻技術(shù)”上，裝配式建筑推廣至今，外墻技術(shù)的復雜程度