混凝土裝配式建筑運用到保障性住房中房型設計的探討

1 前言

保障房建設是當前重要的民生工程，牽涉到億萬居民的切身利益。社會意義和政治意義都非常深遠，所涉及的方面很多、政策性很強，需投入的資金量巨大、運轉周期長。因此從政府的角度出發(fā)，把保障房的建設辦好是頭等大事。

住宅建筑工業(yè)化生產是住宅生產方式的變革，推動預制裝配式結構住宅產業(yè)化，是住宅建設的發(fā)展趨勢，是實現(xiàn)節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟的必然需求。當今世界，能源緊張，節(jié)能減排已是全球共同的話題，建筑的工業(yè)化勢在必行。

裝配整體式混凝土結構運用在住宅建筑中，通常有裝配式框架體系、裝配式混凝土框架—剪力墻體系、裝配式剪力墻體系。根據(jù)閔行浦江基地的實際工作經(jīng)驗，本文僅對裝配式混凝土框架—剪力墻結構體系在保障性住房中房型設計上的運用進行討論。

2 裝配式建筑簡述

裝配整體式混凝土結構是由預制混凝土構件或部件通過鋼筋，連接件或施加預應力加以連接并現(xiàn)場澆筑混凝土而形成整體的結構，又簡稱為預制裝配式結構（precast concrete，PC結構）。按照此工藝建造的建筑，稱為裝配式建筑，也可稱為PC建筑。裝配整體式混凝土結構是工業(yè)化住宅的理想結構體系。

2.1裝配式建筑的特點

1)預制構件表面平整、外觀美觀、尺寸準確，建筑物的質量明顯提高；

2)施工方便，模板和現(xiàn)澆混凝土作業(yè)減少，預制樓板無需支撐，疊合樓板模板較少；

3)建造速度快，對周圍的環(huán)境影響??；

4)預制結構在設計和生產時還可以充分利用工業(yè)廢料，變廢為寶，以節(jié)約資源和其他材料。

2.2裝配式建筑的要求

我國建筑行業(yè)一直走的是粗放型的發(fā)展道路，標準化缺失，模數(shù)化沒有真正落實。住宅開發(fā)及部品生產標準化概念淡薄，對模數(shù)協(xié)調理論不重視。

我們號召向制造業(yè)學習，像造汽車那樣造房子，向機械行業(yè)、計算機行業(yè)學習。學習他們的標準化、模數(shù)化及模塊化，結合建筑行業(yè)的實際，解決難以標準化的問題。

裝配式建筑一定要用標準化、模數(shù)化、模塊化的理念進行設計。

3 裝配式建筑在保障性住房中運用的可行性

3.1保障性住房的社區(qū)規(guī)模大、易形成規(guī)模效應，適合住宅工業(yè)化的推行

上海市政府為了加快推進全市配套商品房的建設、解決城市低收入住房困難家庭的住房問題、完善現(xiàn)有的保障性住房建設體系，積極部署規(guī)劃了多個大型居住社區(qū)保障房建設是當前重要的民生工程。市政府規(guī)劃了顧村、泗涇、浦江、三林、周康航等多個保障房的大型居住社區(qū)。每個大型居住社區(qū)的規(guī)模都在100~200萬平方米左右。只要將其中部分建筑量以裝配式建筑的工藝進行設計和建造，就能形成一定的規(guī)模效應，對降低建造成本提供了一定量上的保證?，F(xiàn)閔行浦江基地，建設單位已將其中的30萬m2的住宅，以PC工法的工藝進行建造。

3.2保障性住房的房型面積小、房型式樣不多，適合標準化、模塊化生產

受政策等各方面的影響，保障性住房的套型建筑面積均不大。經(jīng)濟適用房在90m2以內，公共租賃房在60m2以內。小面積的戶型增加了設計難度。但從另一方面講，由于是小面積的戶型，各功能房間僅滿足基本功能的需求，戶型的變化少，這對推廣標準化和模塊化是有利的。在實際工程中，保障性住房對個性化的設計要求并不是很高；一個項目中房型的種類基本在3~4種；在建筑設計上退臺、錯層等的設計手法，很少使用。所以適合工業(yè)化設計的要求。

3.3政府政策層面上支持

保障性住房是政府的重大民生工程，政府在政策上肯定是大力支持的。裝配式建筑、工業(yè)化生產，這與國家產業(yè)結構改革、節(jié)能減排、原材料的循環(huán)利用、提升建筑質量等是密切相連的，政府在政策層面上必定是支持。上海市已經(jīng)出臺了《關于加快推進本事住宅產業(yè)化的若干意見》和《關于本市鼓勵裝配整體式住宅項目建設的暫行辦法》。此辦法，對于裝配式建筑在容積率上給予3%的獎勵。

4 保障性住房向工業(yè)化、標準化轉型

4.1當前保障性住房的設計狀況

目前建筑的建造模式以現(xiàn)場澆筑為主。在此建造工藝的前提下，保障性住房的設計存在以下幾方面的狀況：

1)由于建筑面積小，建筑尺寸的模數(shù)化概念不強。例如：主臥室的開間尺寸通常會設計成3.3~3.6m之間，但次臥室的尺寸往往就多種多樣了；

2)房型平面凹凸多，體形系數(shù)大，對節(jié)能不利。為了解決平面凹凸所產生的結構問題，在結構設計時增加了大量的結構連板，這些結構連板在建筑上沒有功能要求；

3)有些開發(fā)單位過分地追求建筑形象，在立面設計上添加了大量的裝飾構件。這些裝飾構件通常是沒有功能作用的。這與綠色建筑的理念是相違背的。

上述幾點情況，是目前保障性住房設計對工業(yè)化、標準化建造不利的地方。在國家產業(yè)結構調整、節(jié)能減排、發(fā)展裝配式建筑的前提下，保障性住房的設計必須要有所改變和調整。

4.2初步嘗試，采用裝配式框架—剪力墻體系做戶型設計

最初做設計時，在常用的剪力墻戶型的基礎上，做一些規(guī)則化處理。將其改成框架剪力墻的結構形式，預制外墻板掛在梁柱外側。主要在以下幾個方面進行調整：

1)將原先的剪力墻體系調整成框架—剪力墻成體系；

2)主要柱網(wǎng)和剪力墻縱橫兩個方向基本對齊；

3)東西山墻和北向外墻拉平；

4)內部隔墻盡量對齊；

5)將戶型設計成對稱的式樣，以減少預制構件的種類。

關于本戶型預制及現(xiàn)澆構件的說明：

1）主體框架柱和剪力墻現(xiàn)場澆注；

2）樓板、陽臺板和框架梁為疊合構件；

3）外圍護墻板、內隔墻、空調板、樓梯等為預制構件。

按此方案實施預制率為50%，如將框架柱改為預制構件預制率為70%。

經(jīng)過各方的協(xié)同努力后，本方案在閔行浦江基地進行試點實施。從目前實踐的情況來看，本方案存在的問題主要是：室內存在凸出的梁柱，與常規(guī)的剪力墻戶型相比，帶來使用上的不方便，北向的次臥室尤為明顯；中間套型的起居室偏暗；整體造價較高等。針對上述的問題，我們進行了反思。

1）以成本考量為導向，標準化工作必須先行，且初期不宜追求過高預制率；

2）標準化涉及到可拼裝組合的戶型、構件拆分等多個方面，只有實現(xiàn)了徹底的標準化才能真正有效的降低成本；

3）實施PC之前需從項目策劃、概念設計的源頭開始，拿任何已有的現(xiàn)澆體系的住宅改成PC，成本控制的難度會非常大；

4）不能為了預制而預制，應著眼于PC技術體系的成熟和進一步發(fā)展；

5）而建立一套自己特色的技術體系則需要長時間的實踐和堅持，只有不斷改進和優(yōu)化才能進一步降低成本，將技術的推廣應用找最為成熟；

6）PC技術體系不能僅僅為了做住宅；

7）住宅采用PC技術的優(yōu)勢就是每年住宅的建設規(guī)模大，傳統(tǒng)住宅的戶型的諸多變化導致標準化的缺失。

綜上所述，在傳統(tǒng)戶型基礎上調整出來的裝配式建筑、為了裝配式建筑而去裝配等的做法是不合適的。要使裝配式建筑能在保障性住房中推廣，為市場接受，必須在建筑房型平面設計上有一定的改變和突破。

4.3設計提升，在裝配式框架—剪力墻體系下戶型平面設計轉型

由于初步嘗試的戶型存在一些不足，我們進行了反思。突出標準化、模數(shù)化的設計理念。標準為“在一定范圍內獲得最佳秩序，對活動或其結果規(guī)定共同的和重復使用的規(guī)則，導則或特征的文件。該文件經(jīng)協(xié)商一致并經(jīng)一個公認的機構批準。”標準應該以科學技術和經(jīng)驗的綜合成果為技術，以促進最佳社會效益為目的。標準化的形式和方法主要是：簡化、統(tǒng)一化、通用化、組合化、系列化、模塊化。

如某些家具設計最能體現(xiàn)此概念。

裝配式建筑的設計應該充分體現(xiàn)此理念。結合保障性住房的實際情況，對戶型的設計提出了若干原則。

1）裝配式框架—剪力墻體系的預制率的高低可調節(jié)性大，且此體系還可以用于辦公、商業(yè)、學校等一系列的公共建筑中，市場前景廣闊。因此，新的戶型設計依舊選用裝配式框架—剪力墻體系。

2）如果是大空間的建筑，房間內存在凸梁凸柱對建筑的使用功能影響不會太大。但保障性住房的房間面積小，凸梁凸柱的影響不能不考慮。提出將梁柱外凸到室外，以減弱凸梁凸柱對室內的影響。

3）建筑尺寸盡量統(tǒng)一，從而可以較少預制構件的種類和規(guī)格。通過構件之間不同的組合來達到各種戶型的使用要求。

4）廚房、衛(wèi)生間、陽臺等小構件尺寸盡可能一致。

在上述原則的指導下，提出了以下的戶型設計。

此戶型構件的種類少，大部分的構建是以6.6m和3.3m為基本尺寸。平面規(guī)則，基本沒有凹凸，體形系數(shù)小，對節(jié)能有利。柱網(wǎng)規(guī)則，縱橫兩個方向均能對齊，對結構受力有利。沒有凹口，對房間采光有利。梁柱外凸，減少了結構構件對平面的影響。此戶型設計成一房、二房、三房，三種不同戶型的組合形式，滿足了保障性住房的基本功能需求。戶型單元之間可分可合。

此戶型的建筑構（部）件可拆分為：交通核剪力墻部分、樓梯、框架柱、框架梁、外圍護墻體、陽臺、樓板、空調板等。剪力墻為現(xiàn)澆構件、樓板和陽臺為疊合構件、其它的均可做成預制構件?？筛鶕?jù)工程實際情況，自主選擇預制構件。調整預制率的高低比較方便。

4.4戶型的可延展性設計

僅一種戶型是不可能滿足市場的需求。在上述對裝配式建筑的認識、實踐和設計原則的指導下，提出了一系列的戶型設計方案。同樣的建筑構件，通過不同的組合，再配以不同的現(xiàn)澆的交通核，來滿足不同住宅需求。讓裝配式建筑在保障房中實現(xiàn)：簡化、統(tǒng)一化、通用化、組合化、系列化、模塊化。

在此，衍生出來了三種系列的戶型平面圖,如下：

A系列：由三戶組成一個單元，開間模數(shù)3300，進深模數(shù)4500。通過現(xiàn)澆交通核的不同，來滿足11~24層的戶型要求。

B系列：由四戶組成一個單元，開間模數(shù)3300，進深模數(shù)3300和3600。通過現(xiàn)澆交通核的不同，來滿足11~24層的戶型要求。

C系列：由四戶組成一個單元，開間模數(shù)3300，進深模數(shù)由三種。通過內天井來實現(xiàn)中間戶型廚衛(wèi)等房間的通風和采光。此設計建筑進深大，有利于節(jié)約用地。

上述系列的房型都體現(xiàn)了標準化、模數(shù)化、系列化的概念。戶型平面規(guī)整，有利于建筑節(jié)能。但建筑的進深不大，對節(jié)約土地不利。如果能提倡暗衛(wèi)生間，那對裝配式建筑的戶型設計是非常有利的。既可以減少凹凸和內天井，又能加大建筑進深。小面寬、大進深的建筑可以節(jié)約土地。

4.5裝配式建筑立面設計

裝配式建筑的立面設計同樣應體現(xiàn)標準化、模數(shù)化的理念。在二進制的計算機領域里“0”和“1”創(chuàng)造了數(shù)字世界，簡單卻擁有無限可能。在做立面設計時可以借鑒這個概念?！?”可以看做裝配整體式混凝土結構，“1” 可以看做標準化、模數(shù)化的通用部件。兩者相結合，并以不同的排列和組合來達到立面設計的變化與同一性。

上述建筑戶型的立面上已經(jīng)存在有四種元素——柱、梁、板、陽臺（欄桿）。此四種元素是建筑的基本構件。現(xiàn)代住宅建筑中通常會在空調板外加百葉，來隱蔽空調室外機。因此，立面上總共有柱、梁、板、陽臺（欄桿）、百葉共五種元素。通過五種元素的不同組合方式、柱和墻面的顏色和材質的變化，來到達立面設計的標準化、模數(shù)化、多樣化。

4.6裝配式建筑相關構造示意圖

住宅窗戶損失的熱量占到總量的接近一半，增強外窗的節(jié)能措施將起到很好的作用。PC墻板預埋窗框，解決了窗框與墻體之間的氣密性問題；凸梁凸柱的結構形式，增加了南向外窗的遮陽效果，形成一個天然的外遮陽效果。夏季高太陽方位角的直射強光被凸梁凸柱遮擋，冬季低太陽方位角的光線可以直射入室內，增強戶內得熱效果。

5 結語

在我國20世紀50~60年代，混凝土裝配式建筑曾經(jīng)推廣過。但由于技術等各種原因，被市場所淘汰。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今混凝土裝配式建筑的技術在國外已經(jīng)達到了很高的水平，但國內發(fā)展較慢。在經(jīng)濟和產業(yè)面臨轉型之際，混凝土裝配式建筑必定會迎來大發(fā)展的時期。保障性住房是國家重大的民生工程，混凝土裝配式建筑對國家的產業(yè)轉型，節(jié)能減排等有著積極的意義。兩者如能完美結合，必定是利國利民的好事。

參考資料：

[1]中國建筑文化中心編.編委：于華 史健等.保障性住房設計圖集.江蘇人民出版社 2011.6

[2]主編：中國土木工程學會住宅工程指導工作委員會/承編：《建筑創(chuàng)作》雜志社 譚慶璉等.2005~2007中小戶型住宅方案選編.天津大學出版社 2007.8.

[3]同濟大學建筑工程系薛偉辰.預制混凝土框架住宅體系研究.2010.8.