黄小坤先生:装配式混凝土建筑结构概念设计

黄小坤先生(中国建筑科学研究院研究员):首先祝贺新的学术委员会成立!我们有很多的机构,不管怎么说,学术委员会还是非常重要。第二,感谢委员会给我这个机会,跟大家交流一下。

本来我们理事长跟我讲,让我讲标准,我还是讲一点比较宏观的概念设计,可能会有帮助。我主要讲两个,一个就是现状和问题,一个就是概念设计的要点。

其实关于现状和问题,上午很多领导,包括我们理事长修龙,包括在座的缪院士、欧院士都做了非常到位的讲解,尤其是欧院士讲了几点还是非常中肯。总之希望我们要建行的发展,也讲到我们创新不够,怎么样完善多样化的结构体系,听下来跟我们领导说的一样。第二个,我们各个环节设计施工、验收的标准好像也不灵。第三个也很关心我们的效率问题,效率慢了。第四个,好像很关注我们整体性。我感觉非常中肯。有一点非常重要,就是多专业的融合,这是非常中肯的,需要我们去做。

现在的形势非常明显,至少和五年前比完全不一样,过去我们自己企业倒腾倒腾,现在已经完全上升到国家层面,修理事长讲了非常到位的话,一个小的技术问题弄到国务院常务会议上搞恐怕也是不行的。两个非常重要的文件能够反映到我们现在这个阶段已经非常不一般了,一个是2月份发的《关于城市规划建设管理的若干意见》,讲了很多事情,有一件事情讲得非常多,就是新型的建造方式,特别提到了推广装配式建筑。为了这个事,住建部花了很大的工夫,将近小一天的时间,其实从去年就在写,《关于大力发展装配式建筑的指导意见》,这是9月底刚发出来的。这里面对我们现在整个这个行业提出了非常非常严峻的考验。里面讲了8项重点的任务,第一项就是标准的问题,健全完善我们装配式建筑标准体系,目前的形势是非常明显的。

真正的情况是什么样?刚才薛老师也讲了一下,实际上我们通过十年的努力已经有一点点东西了,我们形成了部分的体系,也有部分的标准,甚至也有一些方式,甚至现在也有一部分用总承包的方式。比如说薛老师讲了一大堆,上海标准弄了5、6个,地方标准加起来得有50个,实际上还是可以操作的,可以用的,也确实有一部分在用。我自己估计这5年来应该是有一些东西的,但是总体上我非常同意两位院士讲的东西,我个人觉得还是初级阶段,远远没有想像的那么好。否则的话我们十三五花那么大工夫干什么?投那么多钱?20几个亿,吓人啊。

主要的问题,就是应用比例低,我们现在统计不太一样,每年房屋竣工量有人说20亿,有人说30亿,不管怎么说是一个很大的数。

第二,核心的问题就是效率和效益不行。我们装配最大的优点,本来是效率和效益,我们现在确实很难体现。

另一个我们技术体系不完善,我们国家这么大,你不可能吊在一棵树上。没有配套的一些标准体系是不行的,我们要有配套的政策。这些东西的核心是什么?创新不够,创新不够跟我们国家这些年的运营体制有关系,也和我们着急有关系,你这么着急也是创新很难的。

当然还有一个非常重要的问题,我们现在看不太明显,也是很多担心的问题,装配,我们第二个文件,大的发展指导意见里面讲第一条是提高质量安全水平,它认为装配式建筑不光我们可以造福子孙后代,可以节能环保,更重要是提高我们的建筑水平。我们现在是不是能够提高?现在有很多专家是持怀疑的态度。

因此,实际上我们要做的工作非常多,不是一般的少,十三五国家是下了点本钱,搞了很多的项目,有一个非常大的专项投了至少十几个亿,做了十几个项目,16年大家该中标的中了,包括吴教授,17年还有5个。当然还分了别的项目,比如信息化的项目,大家关心信息化怎么搞,我想证明第一,我们国家是在重视这个事,第二,证明我们真的是不完善的,如果你完善了还搞什么?还搞这么大规模?

下面我简单说一下我所谓的概念设计,之所以讲钢筋混凝土,它还是主流,指导思想很明确,既然讲装配式建筑,我们一定要讲装配式建筑是什么,特点是什么,本职是什么。必须要抓两件事,第一个跑不了预制,第二个跑不了装配,这两件事在各个环节,从规划、设计、生产、安装、检测、验收等等,都跑不了这个东西。我觉得我们现在很多搞得不太清楚。

另一个就是我们所谓的工业化,我们今天叫做工业化建筑学术委员会,工业化它的含义是什么?我想跟标准化是完全分不开的,但是我们的标准化在这里面怎么体现?尤其跟个性化,跟老百姓的要求怎么去结合?模板用的效率那么低,怎么去提高效益?你如果没有标准化怎么能做?我想要着眼于我们要提高装配式建筑的效率和效益,质量安全水平,这样一个核心的问题。其次才是我们顺手做的事情,装配式建筑本来就是最容易要达到绿色建筑要求。

但是我们很多人认为不一样,我写了一段话,核心意思就是这个,我们一般的人,初学的人,或者是水平低一点的人,他认为装配式建筑没什么,和现浇有什么区别呢?无非就是把构件弄到工厂去设计,再从工厂弄到现场去安装,就这点东西,谁都可以做。实际上不是这样的,它后面讲了一句话非常好,其实一种体系的创新会影响很多方方面面,甚至包括你建筑的设计,你结构的支撑系统,甚至结构的跨度通通都会受到影响,换句话说是一个新的东西,我们很多人没有意识到这一点。FBI有一个报告,74号报告上是非常清晰的。

关键的问题,我们要创新多样化的体系和设计方法。如果我们不做等同,什么叫等同?我们不管怎么连接的,我们基本上都搞清楚了,都有非常细致的规定,我们提供了设计方法,提供了分析方法,如果你不搞等同怎么做?那就是欠缺,这就是下面我要说的,很多人讲我们这种标准,这种规程,我们就写了一个等同现浇,其实不是的,这里有两个问题,第一,我们不是光写等同现浇,我们第9章叫多层剪力墙设计,实际上和高层大幅度的简化,不是完全等同的。

第二个,高层为什么要做等同?没办法,研究不够,你如果不这样做,这本标准根本出不出来,我们大家都一起连这个都没有怎么做。即便做到这一步,花了8年的时间,从06到14年发布,是非常不容易的,很多事情不是一眨眼的工夫就出来的。

下面说几点,第一点就是协同,协同是最大的问题。我们现在存在的很多问题,比如说大家知道我们去拆分,这事本来不存在的,换句话说我们设计院为什么你自己不整呢?你不会整?还是不想整?还是我们定得低了?2.5%的涉及费不够?总之你没整。等到那一部分他才去做的时候,这个事基本上就完了。一定要在源头,在规划,尤其建筑设计这个阶段去搞协同。搞什么协同?第一,我们专业之间的协同,建筑、结构、设备一大堆的东西。

第二,过程协同,设计是一个过程,生产是一个过程,运输是一个过程,安装是一个过程,这些东西谁都跑不掉,谁都应该参与。如果这个协同不做这是不可能的。这个在国外是做得非常好的,日本人是典型。不可能说我等到你去工厂拆分的时候我又改这个,弄那个,甚至我到安装的时候说允许我再打一个窟窿,不可能的事情。所以要协同。

第二,模数化和标准化。我们现在很多的设计精确到一个毫米,很多的尺寸标注恨不得零点几毫米,大尺寸啊,那肯定是有问题的,怎么做?不清楚。没有模数化的执行实际就上没有标准化,但是我们国家模数化的标准其实有很多本,至少有5本。

标准化不仅是说我们要提高效率,而且是我们提高质量安全水平的一个非常好的方法,我们任何东西都是熟能生巧,你好不容易做到一个队伍,今天做这个,明天做那个,你老让他做一个东西,他做一做效率就高了,质量就高了。这个东西是要融合在我们设计环节,融合在我们产品的制造环节,融合在我们其他的各个方面,这就是标准化的问题。

标准化与个性化的关系我就不多说了,像美国、欧洲、日本,我们有很多很多非结构混凝土的应用,但是美国分得很清楚,建筑混凝土有非常多,装饰混凝土非常多,可以给你很多很多的选择,有很多的方法来改变这个东西。

第三,结构体系,结构体系是我们现在非常大的一个欠缺,我们现在常规的结构体系其实就这些,不会有变化,你怎么分就是这样,问题是这里面我们怎么去连接?怎么跟装配相结合,不同的方法是不一样的,大家都在做剪力墙,都是剪力墙,但是你的方法跟人家方法不一样,你措施不一样,可能性能就不一样,这就造成不同的技术体系。当然结构体系是变的,不要去讲我们创造很多的结构体系,我觉得创造应该是技术体系。但是你不管创造什么技术体系,你都应该想到我们标准化的需求,节点、构造要怎么简单,怎么适合我们做。我们要充分考虑我们公差和偏差的要求,说你的构件一米乘一米,你生产出来是多少,正负多少我给你规定。现在不是,你6米的梁你造6米就放不进去,你事先要给他公差,这个公差没人研究,我们也没定。

第四,抗震性能,抗震这个是我们全国人民关心的,你房子搭起来得抗震,怎么能达到抗震?再结合我们装配的要求,从平面、立面、力量布置,从结构设计要考虑,要比现浇更加讲究这个东西。你怎么做到规矩?规矩不一定不好看,要在结构概念上进行更多的把握。比如我想凹进去怎么凹?想凸出来,想收进,这些都要认真的研究,怎么适合我们的装配式建筑。

包括连接构造,包括我们非结构部件的抗震性能,我们过去不太重视。其实汶川地震非常危险,我们非结构件,我们维护墙倒了很多,这些东西是我们工业化建筑必须要考虑的东西。配套的非结构建筑你要去研究,它怎么连接,怎么适应变形,这些都是新课题。尽管我们有一些研究,有一些标准,远远不够。

还有很多人提到的减震隔震措施技术的应用,因为你做装配,这个应用更有空间,我们不仅是说隔震像普通现浇结构一样,减震像现浇结构一样,其实我们有很多方面,比如我们的节点,我们怎么分析它,不是很好的减震措施吗?但问题是我们怎么把它量化,怎么把它搞到体系里面去,怎么搞到技术标准里面去,这些东西不是说说那么简单的。日本确实有很多的应用,这是比较高的房子,大概198米。这个东西有多少基础理论要研究?

第五个问题,新型配筋技术和设计方法。它的承载力、变形等等一系列的问题怎么解决?要配套的做好,这需要大量的研究,十二五期间国家给了一个的项目,2000多万做了一点,好在十三五我们有很多基础研究的东西。细节就不说了,我们现在做的600乘600的柱子就放4根钢筋。我们做了相应的节点,做了整体的一笔一笔的框架的实验,性能还不错,我们实际上最后做到20分之一的侧移,实话说,套筒连接在这个地方是有一点问题的,还需要去改进。

剪力墙也做了很多,包括像预留孔,针对我们套筒怎么去提高效率,在适合的地方怎么应用,这就是要创新多种的连接方式,我们从来没有否定什么,各种方法都是可以的。但是我们光用套筒连接,其实不是的,包括剪力墙配筋等等都可以做进一步的研究。

第六,套筒灌浆连接。包括怎么去检测,我先不说检测,怎么从过程把它做好。我们怎么去减少成本?人家都不用,说你一个几十块多贵啊,有很多需要进一步研究的地方。你用在不同的地方,用在柱上,用在墙上,铸造措施怎么改进。

第七,节点,我们要发明这样的节点,怎么适应我们的抗震?这个东西你想想多厉害?当然还有其他的,预应力的,摇摆墙等等,很多的节点都要进一步的去做。

第八,大跨度结构,大跨度结构非常适合做我们的装配,但是欧院士提的也是一个问题,搞大发了运输也是个问题,比如桥过不去,你毕竟在城里干的多。我们说了,我们京津冀几个重点区域先推广,但是大跨度结构适合装配,而且适合改造,适合进一步的可持续发展。但是它的运输、制作、吊装能力都要提高。

最后一个就是混合结构,我们现在讲三种结构,装配混凝土、钢结构、木结构,如果我们在适合的地方混合应用,该用钢梁的地方用钢梁,该用混凝土就用混凝土,外墙我就用混凝土,钢木和混凝土的结合,很好。这也进一步可以扩大我们装配式建筑的应用范围,这些都是我们需要进一步研究的东西,但是这个是提高我们效率和效益的途径。就说这些,谢谢大家!

黄小坤先生(中国建筑科学研究院研究员):首先祝贺新的学术委员会成立!我们有很多的机构,不管怎么说,学术委员会还是非常重要。第二,感谢委员会给我这个机会,跟大家交流一下。

本来我们理事长跟我讲,让我讲标准,我还是讲一点比较宏观的概念设计,可能会有帮助。我主要讲两个,一个就是现状和问题,一个就是概念设计的要点。

其实关于现状和问题,上午很多领导,包括我们理事长修龙,包括在座的缪院士、欧院士都做了非常到位的讲解,尤其是欧院士讲了几点还是非常中肯。总之希望我们要建行的发展,也讲到我们创新不够,怎么样完善多样化的结构体系,听下来跟我们领导说的一样。第二个,我们各个环节设计施工、验收的标准好像也不灵。第三个也很关心我们的效率问题,效率慢了。第四个,好像很关注我们整体性。我感觉非常中肯。有一点非常重要,就是多专业的融合,这是非常中肯的,需要我们去做。

现在的形势非常明显,至少和五年前比完全不一样,过去我们自己企业倒腾倒腾,现在已经完全上升到国家层面,修理事长讲了非常到位的话,一个小的技术问题弄到国务院常务会议上搞恐怕也是不行的。两个非常重要的文件能够反映到我们现在这个阶段已经非常不一般了,一个是2月份发的《关于城市规划建设管理的若干意见》,讲了很多事情,有一件事情讲得非常多,就是新型的建造方式,特别提到了推广装配式建筑。为了这个事,住建部花了很大的工夫,将近小一天的时间,其实从去年就在写,《关于大力发展装配式建筑的指导意见》,这是9月底刚发出来的。这里面对我们现在整个这个行业提出了非常非常严峻的考验。里面讲了8项重点的任务,第一项就是标准的问题,健全完善我们装配式建筑标准体系,目前的形势是非常明显的。

真正的情况是什么样?刚才薛老师也讲了一下,实际上我们通过十年的努力已经有一点点东西了,我们形成了部分的体系,也有部分的标准,甚至也有一些方式,甚至现在也有一部分用总承包的方式。比如说薛老师讲了一大堆,上海标准弄了5、6个,地方标准加起来得有50个,实际上还是可以操作的,可以用的,也确实有一部分在用。我自己估计这5年来应该是有一些东西的,但是总体上我非常同意两位院士讲的东西,我个人觉得还是初级阶段,远远没有想像的那么好。否则的话我们十三五花那么大工夫干什么?投那么多钱?20几个亿,吓人啊。

主要的问题,就是应用比例低,我们现在统计不太一样,每年房屋竣工量有人说20亿,有人说30亿,不管怎么说是一个很大的数。

第二,核心的问题就是效率和效益不行。我们装配最大的优点,本来是效率和效益,我们现在确实很难体现。

另一个我们技术体系不完善,我们国家这么大,你不可能吊在一棵树上。没有配套的一些标准体系是不行的,我们要有配套的政策。这些东西的核心是什么?创新不够,创新不够跟我们国家这些年的运营体制有关系,也和我们着急有关系,你这么着急也是创新很难的。

当然还有一个非常重要的问题,我们现在看不太明显,也是很多担心的问题,装配,我们第二个文件,大的发展指导意见里面讲第一条是提高质量安全水平,它认为装配式建筑不光我们可以造福子孙后代,可以节能环保,更重要是提高我们的建筑水平。我们现在是不是能够提高?现在有很多专家是持怀疑的态度。

因此,实际上我们要做的工作非常多,不是一般的少,十三五国家是下了点本钱,搞了很多的项目,有一个非常大的专项投了至少十几个亿,做了十几个项目,16年大家该中标的中了,包括吴教授,17年还有5个。当然还分了别的项目,比如信息化的项目,大家关心信息化怎么搞,我想证明第一,我们国家是在重视这个事,第二,证明我们真的是不完善的,如果你完善了还搞什么?还搞这么大规模?

下面我简单说一下我所谓的概念设计,之所以讲钢筋混凝土,它还是主流,指导思想很明确,既然讲装配式建筑,我们一定要讲装配式建筑是什么,特点是什么,本职是什么。必须要抓两件事,第一个跑不了预制,第二个跑不了装配,这两件事在各个环节,从规划、设计、生产、安装、检测、验收等等,都跑不了这个东西。我觉得我们现在很多搞得不太清楚。

另一个就是我们所谓的工业化,我们今天叫做工业化建筑学术委员会,工业化它的含义是什么?我想跟标准化是完全分不开的,但是我们的标准化在这里面怎么体现?尤其跟个性化,跟老百姓的要求怎么去结合?模板用的效率那么低,怎么去提高效益?你如果没有标准化怎么能做?我想要着眼于我们要提高装配式建筑的效率和效益,质量安全水平,这样一个核心的问题。其次才是我们顺手做的事情,装配式建筑本来就是最容易要达到绿色建筑要求。

但是我们很多人认为不一样,我写了一段话,核心意思就是这个,我们一般的人,初学的人,或者是水平低一点的人,他认为装配式建筑没什么,和现浇有什么区别呢?无非就是把构件弄到工厂去设计,再从工厂弄到现场去安装,就这点东西,谁都可以做。实际上不是这样的,它后面讲了一句话非常好,其实一种体系的创新会影响很多方方面面,甚至包括你建筑的设计,你结构的支撑系统,甚至结构的跨度通通都会受到影响,换句话说是一个新的东西,我们很多人没有意识到这一点。FBI有一个报告,74号报告上是非常清晰的。

关键的问题,我们要创新多样化的体系和设计方法。如果我们不做等同,什么叫等同?我们不管怎么连接的,我们基本上都搞清楚了,都有非常细致的规定,我们提供了设计方法,提供了分析方法,如果你不搞等同怎么做?那就是欠缺,这就是下面我要说的,很多人讲我们这种标准,这种规程,我们就写了一个等同现浇,其实不是的,这里有两个问题,第一,我们不是光写等同现浇,我们第9章叫多层剪力墙设计,实际上和高层大幅度的简化,不是完全等同的。

第二个,高层为什么要做等同?没办法,研究不够,你如果不这样做,这本标准根本出不出来,我们大家都一起连这个都没有怎么做。即便做到这一步,花了8年的时间,从06到14年发布,是非常不容易的,很多事情不是一眨眼的工夫就出来的。

下面说几点,第一点就是协同,协同是最大的问题。我们现在存在的很多问题,比如说大家知道我们去拆分,这事本来不存在的,换句话说我们设计院为什么你自己不整呢?你不会整?还是不想整?还是我们定得低了?2.5%的涉及费不够?总之你没整。等到那一部分他才去做的时候,这个事基本上就完了。一定要在源头,在规划,尤其建筑设计这个阶段去搞协同。搞什么协同?第一,我们专业之间的协同,建筑、结构、设备一大堆的东西。

第二,过程协同,设计是一个过程,生产是一个过程,运输是一个过程,安装是一个过程,这些东西谁都跑不掉,谁都应该参与。如果这个协同不做这是不可能的。这个在国外是做得非常好的,日本人是典型。不可能说我等到你去工厂拆分的时候我又改这个,弄那个,甚至我到安装的时候说允许我再打一个窟窿,不可能的事情。所以要协同。

第二,模数化和标准化。我们现在很多的设计精确到一个毫米,很多的尺寸标注恨不得零点几毫米,大尺寸啊,那肯定是有问题的,怎么做?不清楚。没有模数化的执行实际就上没有标准化,但是我们国家模数化的标准其实有很多本,至少有5本。

标准化不仅是说我们要提高效率,而且是我们提高质量安全水平的一个非常好的方法,我们任何东西都是熟能生巧,你好不容易做到一个队伍,今天做这个,明天做那个,你老让他做一个东西,他做一做效率就高了,质量就高了。这个东西是要融合在我们设计环节,融合在我们产品的制造环节,融合在我们其他的各个方面,这就是标准化的问题。

标准化与个性化的关系我就不多说了,像美国、欧洲、日本,我们有很多很多非结构混凝土的应用,但是美国分得很清楚,建筑混凝土有非常多,装饰混凝土非常多,可以给你很多很多的选择,有很多的方法来改变这个东西。

第三,结构体系,结构体系是我们现在非常大的一个欠缺,我们现在常规的结构体系其实就这些,不会有变化,你怎么分就是这样,问题是这里面我们怎么去连接?怎么跟装配相结合,不同的方法是不一样的,大家都在做剪力墙,都是剪力墙,但是你的方法跟人家方法不一样,你措施不一样,可能性能就不一样,这就造成不同的技术体系。当然结构体系是变的,不要去讲我们创造很多的结构体系,我觉得创造应该是技术体系。但是你不管创造什么技术体系,你都应该想到我们标准化的需求,节点、构造要怎么简单,怎么适合我们做。我们要充分考虑我们公差和偏差的要求,说你的构件一米乘一米,你生产出来是多少,正负多少我给你规定。现在不是,你6米的梁你造6米就放不进去,你事先要给他公差,这个公差没人研究,我们也没定。

第四,抗震性能,抗震这个是我们全国人民关心的,你房子搭起来得抗震,怎么能达到抗震?再结合我们装配的要求,从平面、立面、力量布置,从结构设计要考虑,要比现浇更加讲究这个东西。你怎么做到规矩?规矩不一定不好看,要在结构概念上进行更多的把握。比如我想凹进去怎么凹?想凸出来,想收进,这些都要认真的研究,怎么适合我们的装配式建筑。

包括连接构造,包括我们非结构部件的抗震性能,我们过去不太重视。其实汶川地震非常危险,我们非结构件,我们维护墙倒了很多,这些东西是我们工业化建筑必须要考虑的东西。配套的非结构建筑你要去研究,它怎么连接,怎么适应变形,这些都是新课题。尽管我们有一些研究,有一些标准,远远不够。

还有很多人提到的减震隔震措施技术的应用,因为你做装配,这个应用更有空间,我们不仅是说隔震像普通现浇结构一样,减震像现浇结构一样,其实我们有很多方面,比如我们的节点,我们怎么分析它,不是很好的减震措施吗?但问题是我们怎么把它量化,怎么把它搞到体系里面去,怎么搞到技术标准里面去,这些东西不是说说那么简单的。日本确实有很多的应用,这是比较高的房子,大概198米。这个东西有多少基础理论要研究?

第五个问题,新型配筋技术和设计方法。它的承载力、变形等等一系列的问题怎么解决?要配套的做好,这需要大量的研究,十二五期间国家给了一个的项目,2000多万做了一点,好在十三五我们有很多基础研究的东西。细节就不说了,我们现在做的600乘600的柱子就放4根钢筋。我们做了相应的节点,做了整体的一笔一笔的框架的实验,性能还不错,我们实际上最后做到20分之一的侧移,实话说,套筒连接在这个地方是有一点问题的,还需要去改进。

剪力墙也做了很多,包括像预留孔,针对我们套筒怎么去提高效率,在适合的地方怎么应用,这就是要创新多种的连接方式,我们从来没有否定什么,各种方法都是可以的。但是我们光用套筒连接,其实不是的,包括剪力墙配筋等等都可以做进一步的研究。

第六,套筒灌浆连接。包括怎么去检测,我先不说检测,怎么从过程把它做好。我们怎么去减少成本?人家都不用,说你一个几十块多贵啊,有很多需要进一步研究的地方。你用在不同的地方,用在柱上,用在墙上,铸造措施怎么改进。

第七,节点,我们要发明这样的节点,怎么适应我们的抗震?这个东西你想想多厉害?当然还有其他的,预应力的,摇摆墙等等,很多的节点都要进一步的去做。

第八,大跨度结构,大跨度结构非常适合做我们的装配,但是欧院士提的也是一个问题,搞大发了运输也是个问题,比如桥过不去,你毕竟在城里干的多。我们说了,我们京津冀几个重点区域先推广,但是大跨度结构适合装配,而且适合改造,适合进一步的可持续发展。但是它的运输、制作、吊装能力都要提高。

最后一个就是混合结构,我们现在讲三种结构,装配混凝土、钢结构、木结构,如果我们在适合的地方混合应用,该用钢梁的地方用钢梁,该用混凝土就用混凝土,外墙我就用混凝土,钢木和混凝土的结合,很好。这也进一步可以扩大我们装配式建筑的应用范围,这些都是我们需要进一步研究的东西,但是这个是提高我们效率和效益的途径。就说这些,谢谢大家!


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