马来西亚的工业化建筑体系.docx
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马来西亚的工业化建筑体系
马来西亚的工业化建筑体系-建筑论文
马来西亚的工业化建筑体系陈振基编译前言马来西亚建筑工业发展局发表的2003年~2010年工业化建筑体系(IndustrialisedBuildingSystem,简称IBS)蓝图,提出了在马来西亚推广应用IBS的若干周密考虑的战略和计划。
政府在鼓励建筑工业接受这种更加系统和有效的建造方法方面起着积极的领导作用。
这种努力启动于1998年,企图从战略层面使建筑工业改观。
除了可以逐渐减少对外来劳工的依靠和节约国家的外汇流失,IBS还为建筑工业提供了一个机会,使其可以和其他制造业如汽车制造和电子工业一样,创造新的概念。
IBS的应用可以将建筑工业提高到新的水平和专业化程度。
如果采用IBS,建筑工业就能够做到有效、清洁、安全和有创造力。
再加上专业化的管理、掌握相应技术的劳工、科学的协作和质量保证,不可避免地将使IBS成为进入国际市场的最好机会,这个市场要求高质量、高效率和专业化服务。
虽然采用IBS有许多优点,但相当一部分建筑从业人员对之仍有偏见。
必须承认,改用IBS后并不能保证显著降低成本,尤其是建造量小的时候。
但业经显示,IBS缩短工期的节约足以补偿建造成本的增加。
除了考虑成本外,业内是否拥有专业人才和相关技术,也影响了马来西亚更广泛采用IBS。
这些确实是许多实例采用IBS却没有得到满意结果的原因。
IBS有时和那些低质量的建筑、渗漏和遗弃的项目、外观不美和有缺陷的房子联系在一起。
然而,最大的挑战也许就在于提高公众的信心和总体上接受IBS,以及拥有相关的推广资料。
将使用IBS建筑的资料汇集成册,是破除对IBS偏见的战略之一。
IBS早在上世纪60年代就已引进我国,有了许多成功的经验。
本书收集的资料可供日后使用IBS项目作参考。
项目调查和资料收集马来西亚建筑工业发展局调查的范围包括部分和全部使用IBS部件的建筑物。
其中有预制混凝土、现场浇注混凝土或钢制的结构构件,也有用钢模板建造的建筑物。
调查工作在马来西亚全境内进行,许多资料是由预制部件的供应商、建造商和建筑顾问公司提供,政府各级部门也提供了许多有用的资料。
现场调查的目的是收集更多的资料和拍摄建筑物的照片。
调查并非周密无遗,可能未录入所有采用IBS建造的建筑物。
所以,本书介绍的只是马来西亚的IBS代表,但包罗了马来西亚IBS应用的各个方面。
马来西亚IBS的资料
马来西亚应用IBS可追溯到上世纪60年代。
早期IBS是用来建造低造价的高层建筑以解决不断增长的住宅需求。
那时许多建造商使用了预制墙板体系。
此类建筑的代表之一就是吉隆坡的Pekeliling公寓。
上世纪80年代早期至90年代,钢结构构件得到了发展。
许多建筑采用钢结构,其中最突出的例子就是位于吉隆坡的Dayabumi建筑。
上世纪90年代末期,IBS的应用得到了新的发展。
新市区提高了高层住宅中使用预制混凝土的比例。
这种新发展的例子就是Putrajaya的高层住宅。
新一代应用IBS的建筑与早一代的建筑相比,质量和外观更好。
除了那些我们认为最能代表IBS形象的房屋照片外,我们还收纳了一些补充资料,诸如建造年代、参与的设计师和建筑商,以及结构体系中使用的IBS部件的介绍。
但某些建筑物我们只能提供照片,可惜不能得到更多的资料。
预制混凝土框架建筑简介预制混凝土框架建筑是工业化建筑体系中最常用的类型,深受建筑师和工程师欢迎。
建筑物的框架包括板、梁和柱,都可在现场外用机械和模板制作。
预制过程是有组织地重复生产相同的部件。
这种建筑体系可以保证质量,提高建筑速度,减少垃圾,使建筑物更耐久和牢固。
这种体系在结构上是稳定的,建筑方面更多元化。
应用这种IBS体系适用于柱距大、对灵活性程度要求高的建筑。
较大的跨度提供了大开间和楼面设计的自由度。
这种体系使得建筑物的空间更宽阔,适用于办公楼、学校、医院、大学、商业建筑和停车场等。
楼板、梁、柱和楼梯一类的预制混凝土部件可在预制场内制造和养护,然后运到工地安装。
预制混凝土结构的安装与钢结构的安装相似。
事实上,预制混凝土部件的安装比钢结构更快,因为无需支撑构件。
安装时可用履带式或汽车式移动吊机。
施工除了单独的板、梁和柱之外,预制混凝土构件也可以制成不同形状,比如组合成Π字形或Η字形。
但是在马来西亚,用单个的板、梁和柱拼成框架较多,因为较小和较轻的构件运输和安装起来比较方便。
结构体系结构体系的骨架由梁、柱和板组成,非结构性的或结构性的承重墙可与骨架结合。
在这种体系中,预制混凝土部件的布置是最重要的因素。
在停车场、办公楼和商场建筑中,最常用的平面布置方法是将梁和预制板顺长向布置,使用预制空心楼板时,柱子的开间可布置成标准的12m×12m或以下。
但如果使用特制的预制预应力空心楼板,柱距也可以加大。
梁的形状不取决于建筑物的用途,但最常用的是矩形的平梁或加宽梁,以支撑长跨的空心楼板,因为加宽梁给楼板提供足够的支撑长度。
倒T梁和倒L梁也可用作外墙和内墙的梁,以提高楼层净空。
方形的预制混凝土柱常做成带梁托的,便于吊车将梁直接放上。
预制混凝土柱可以做成一层、两层或三层高,但由于运输和安装方便,通常做成一层或两层高。
至于楼板的类型,预制混凝土的空心或实心楼板均可使用。
办公楼一类要求大空间的大跨结构常用4m~12m的预制空心楼板,而住宅的跨度则可用2m~5m的预制实心板。
一般前者的厚度在150mm~300mm之间,后者在50mm~65mm之间。
跨度特大的板可能更厚。
空心板和实心板的宽度相对常为1200mm和2400mm。
目前空心楼板比双T板用得更多,因为它可以形成光滑的顶棚。
由于预制板是分开制造的,安装后必须连接在一起,形成一个横隔板。
为此可用焊接、铺面层混凝土、受力筋搭接或专门做受拉筋实现。
在马来西亚最常用的方法是浇一层结构混凝土,形成刚性的横隔板。
现浇层的厚度在50mm~75mm之间。
刚性楼板形成的隔板非常重要,可以将横向荷载分散到横向稳定的系统上。
混凝土现浇层提高了楼板断面的性能,也提高了楼板的受荷能力。
在安装楼板前,梁柱之间必须可靠连接,以形成完整的骨架。
最重要的连接点位于梁和柱间、柱和柱间,以及柱和基础间。
从结构上来讲,这种连接可以是铰接的,也可是刚接的。
整个预制混凝土框架必须满足强度、刚度、韧性和整体性等性能要求。
骨架结构的稳度可以用不同方法实现。
如果没有斜撑,那就依靠框架作用(即梁和柱的抗弯能力)或悬臂柱的作用得到横向稳定性。
在悬臂柱的情况下,梁和柱的连接可用铰接,但这种系统仅可用于不超过3层的低层建筑。
如果有剪力墙或斜撑,那墙和斜撑的刚度就大了。
此时连接可以设计成铰接的。
随着采用的结构体系不同,预制混凝土框架结构可用于低层或中层建筑。
目前在马来西亚,商业建筑用的框架体系常不超过5层,如用于办公楼,层数可提高至15层。
优点采用预制混凝土框架结构的优点在于该体系的施工机械化程度高,可以缩短工期和减少现场的劳动力。
这种体系提供了建造大开间和开放空间的灵活性。
框架结构也给建筑师提供了更多的自由度来设计外墙板。
预制混凝土墙板建筑简介预制混凝土墙板建筑体系中,结构骨架是由预制混凝土楼板和承重墙板组成的,这种楼板和墙的部件都在工厂内制造,然后运到现场安装。
因此现场的湿作业可以明显减少。
如果设计师和建造商在设计、计划和协作方面配合得好,安装速度可以更快。
应用这种体系宜用于简单的建筑物,诸如宾馆和酒店,或政府建的公寓,如教师宿舍等。
这类建筑物通常灵活性较低,在使用年限内不允许拆除承重墙一类的大改建。
施工这种体系基本上是由墙板和楼板构件拼装起来的。
预制混凝土墙板常用两种方法制造。
一种方法是在工厂内制造和养护,然后运到现场安装,另一种方法是在现场附近制造和养护。
第二种方法又可称为“就地起吊”,因为安装过程往往只需将墙板由预制场地吊起直接上墙。
就地起吊方法快速而成本低,如果现场附近有足够的面积,还是很适用的。
结构体系这种体系非常简单,基本上就是将预制楼板支撑在承重墙板上。
承重墙板的间距就是自由布置的空间。
至于隔墙往往使用轻质墙板。
通常预制墙板可分为三种,即承重墙、剪力墙和间隔墙。
承重墙板是结构性的部件,将楼板传来的垂直荷载传到基础上。
承受水平风力和地震力的墙通常是剪力墙。
竖向承重墙也可以起到剪力墙的作用,同时承受竖向和水平荷载。
在这种情况下,起着剪力墙作用的承重墙在整个使用年限内不可以拆除。
但是,间隔墙则是把楼面分隔成不同功能的房间,是非结构构件,需要时可以拆除。
在设计时,工程师必须明确墙的作用,是承重墙抑或间隔墙。
楼板体系可以是实心板、空心板,甚至是现浇板。
构造性的钢筋网可以铺在预制板上面,然后现场浇一层混凝土,形成结构面层。
这样就形成了组合式楼板,可将水平荷载传至剪力墙。
此外,楼板也提高了竖向墙体的刚度。
大部分建筑物设计时考虑设置多个剪力墙,将水平荷载安全地传至基础。
剪力墙可以设置在外,也可布置在内,起着电梯间墙、楼梯间墙或各种管线盒的作用。
预制墙板体系建筑的稳定性取决于墙板和楼板。
预制楼板必须有足够刚度将水平荷载传给剪力墙。
剪力墙的作用则取决于墙板和墙板之间的连接。
同时楼板和墙板之间的连接也必须考虑周全。
在这种预制墙板体系中,要考虑的两个基本连接点就是垂直连接和水平连接。
垂直连接就是墙板和墙板的连接,这种节点必须设计得使竖向剪力由上层的墙板传至下层而将位移减至最小。
此外,水平连接就是楼板与楼板之间、楼板与墙板之间、墙板与基础之间的连接。
水平节点必须设计得使压力、拉力和剪力可以从一个部件传至另一个部件。
预制墙板体系设计中另一个重要的方面就是结构的整体性和韧性。
各个分别的部件必须联系在一起,以形成整体结构。
优点预制混凝土墙板体系由于没有柱子,可以在承重墙之间形成较大的空间。
此外,内部用轻质隔墙分隔,可以给内部设计提供很大的灵活性。
另一个优点是这种预制墙板可以标准化批量生产,所以预制墙板体系突出的优点就是速度快、造价低。
研究证明,使用这种体系,劳动力成本可以降低30%。
这对发展商的现金流是有益的。
此外,建筑物的外观质量可以因预制墙板的工厂制造而得到提高。
预制混凝土楼板建筑简介这种建筑体系中,IBS的主要部件是预制混凝土楼板。
预制混凝土楼板可以和传统的钢筋混凝土框架或墙体结合。
这种体系又称为混合混凝土结构,因为它把预制混凝土和现浇混凝土混合在一起了。
所以它的优点也是预制混凝土楼板和现浇混凝土框架两者优点的结合。
比如说,囊括了预制混凝土楼板快速和高质的优点和现浇混凝土框架经济、灵活、整体性好和结构稳定的优点。
所以这种体系成为一种有实际意义和有效的建筑体系。
应用现浇的混凝土框架和预制混凝土空心楼板或实心楼板结合,可用于办公楼、私营公寓、酒店、商业建筑、住宅或教育设施中。
施工这种体系的预制楼板是支撑在传统的现浇混凝土框架或现浇混凝土墙体上的。
楼板可以是空心的也可以是实心的,前者在某些情况下更加优越,因为跨度可以加大,从而提供较大的使用面积。
空心楼板是一种质量得到保证的预制/预应力混凝土构件,其空心孔洞可以降低自重而不影响板的结构性能。
且如果要求跨度较小,则宜使用实心板,因为制造方便而可以降低成本。
一般来说,实心板也视为半预制板。
结构体系混合式混凝土结构是由传统的现浇混凝土框架或现浇混凝土墙与预制混凝土楼板联合形成的。
混凝土楼板本身由预制板和现浇面层组成,支撑在现浇的梁或墙上。
平面布置视预制楼板的可能性而定。
较大的跨度应使用空心板,较小跨度则可以使用实心板。
为了得到结构上的整体性,预制楼板上应铺以非结构钢筋网,然后现浇面层混凝土。
这种楼板的整体性和传统的现浇混凝土一样。
至于荷载方面,垂直荷载将由楼板承受,并传递到梁或墙上。
稳定性方面,整体性良好的板作为水平隔板,可以将风荷载一类的水平外力传给水平刚性的体系。
此时水平刚度是由钢筋混凝土骨架的受弯能力产生的。
刚性的框架再把水平荷载传至基础。
优点预制楼板和传统的现浇框架的结合应用非常广泛,因为结构简单而施工快捷。
预制楼板有许多优点,比如加快施工速度,提供了临时的工作平台,无需再搭设脚手架。
使用这种混合结构体系可以大大减少现场作业。
钢模板体系简介钢模板体系可归类为IBS,是因为所用的模板是可重复使用的钢模板,施工方法是有组织和机械化的。
因此,现浇混凝土结构就得以在工地上以机械化方法制造出来。
这种体系可以在现场快捷地浇筑混凝土,制成梁、柱、板和墙。
应用这种体系宜用于使用年限内灵活性较低的建筑,换言之,就是在将来的一段时间内,这类建筑物不需作重大改造或翻建。
这类建筑物主要包括宾馆、酒店、住宅和公寓。
过去这种体系用于大量建造的低造价住宅和公寓。
现在已被越来越多的建筑师和工程师接受,广泛用来建造豪华的高层住宅和酒店。
施工在马来西亚,钢模板用来浇灌墙比浇灌梁柱更为适宜,因为墙结构的建筑中,相似的墙体重复性大,所以使用标准化和模数化的墙体系更为经济。
钢模板组件通常做成标准尺寸的,用加劲杆或拉杆来加强,以承受混凝土浇筑时产生的水平压力。
一般墙骨架建筑的钢模板可分为竖向墙模板和Π形模板(国内有时称为隧道模—译者注)两类。
前者只可以用来浇筑墙体,等墙体硬化后再浇筑楼板的混凝土。
使用Π形模板则墙身和楼板可以同时浇筑。
使用这种体系不但可以减少劳动力,施工周期也可缩短。
这种体系的各工序非常简单,用工量少,所以混凝土建筑的施工效率很高。
如果使用拱形钢模,则曲线形的墙体也可以浇筑出来。
结构体系这种结构体系包括用钢模板现浇的混凝土墙和楼板。
墙和楼板中都配有钢筋网。
从结构角度来看,现浇混凝土墙体系与前节所述的预制混凝土墙体系相似。
两者的区别仅在于墙和楼板的连接方法。
在现浇墙中,相邻墙的竖向连接和墙与板的水平连接非常容易。
左图是墙和基础的连接,墙内已放置钢筋,只需把钢筋搭接即可。
下一层墙的垂直钢筋再与上一层墙的钢筋搭接,以形成结构上的连续性。
墙内的配筋可以是单层或双层,取决于承受的荷载,由结构计算确定。
现场用钢模板浇注的混凝土墙也可以和空心楼板或实心楼板结合,使得施工过程更加快捷。
此时预制楼板的跨度就是现浇承重墙的间距。
预制楼板上再铺一层钢筋网,浇灌面层,以形成整体楼板。
墙的间距2m~6m不等,Π形模板形成的跨度则较大。
较大的楼面可以用间隔墙分隔,形成较小的房间。
这种体系建筑物的稳度取决于墙和楼板。
现浇墙和楼板的使用使整个建筑的整体性非常好,现浇楼板起着隔板的作用,将水平荷载传递给剪力墙。
这种体系可以建成牢固而整体性很好的建筑物,高度可达40层或以上。
此外,高强度混凝土的应用也可保证施工速度快捷。
优点钢模板体系适用于低层建筑和高层建筑。
目前这种体系在马来西亚的许多城镇得到了认可,因为它的施工速度快、造价相对较低、所用设备简单。
用这种体系建成的房屋的整体性和韧性都很好。
钢模板制成的现浇混凝土部件尺寸精确,表面平整,无需再粉刷。
除了建造速度较快外,另外的好处就是隔音和防火性能好。
由于上述优点,这种体系在大小建造商中都得到广泛应用。
钢框架结构体系简介钢结构是IBS的另一种类型。
施工过程更加机械化,所使用的结构部件可在现场外制造。
这种体系建筑速度很快,现场手工作业很少。
应用钢材是一种高强度的材料,适用于建造重复性的框架建筑,节点可以多样化,是很好的IBS体系。
选用这种体系通常是因为它可以建成各种跨度、满足不同的使用功能和建筑要求。
这种体系常用于多层建筑的框架,诸如办公楼、购物中心、停车场、医院、学校和公寓。
结构钢材非常适宜用来建造高而细长的建筑,也广泛用于屋顶结构。
施工施工过程包括将钢结构部件从预制场地运到施工现场,把部件装配整合,然后安装成为骨架。
制造部件的钢材和混凝土在多方面是相容的,相辅相成,提高了整个结构的性能。
从结构上来讲,钢材通常是暴露的,满足设计上的美学要求。
暴露的钢结构部件可以用发泡涂料覆盖,达到防火要求。
结构体系这种体系由多种部件组合而成,包括钢梁、钢柱和钢楼板。
钢梁和柱通常用工字梁或H梁,以得到较高的强度/重量比。
钢结构框架具有多元化特点,可以和各种楼板系统混合使用,如预制实心板、空心板和组合楼板。
组合楼板的底层是预制板,无需另设模板,上面铺一层钢筋网,然后浇现浇面层。
面层硬化后,组合楼板的上下层就结合在一起,成为一个整体以支撑上部荷载。
预制板和面层之间靠花格钢筋小梁来连接。
面层中的钢筋网通常只有一层,既可以受力,也可防止面层开裂。
用这样的体系,整个结构的整体性几乎和现浇混凝土结构一样。
但是由于省却了模板的安装,费用即可减少约25%。
钢结构框架中也可以使用钢组合楼板。
此时楼板的底层通常用压型钢板,以提高抗弯能力,无需支撑即可承受上部现浇混凝土的重量。
压型钢板一般用次梁来支撑,标准间距为2.5m~3.5m。
底层的压型钢板可以和上部的混凝土共同作用,承受荷载。
压型钢板有两个作用,一是代替模板承受自重和湿混凝土的荷重,二是在混凝土硬化后代替板中部分受拉钢筋。
在楼板安装之前,先将钢梁和柱连接起来,形成一个框架。
连接方法可以用锚栓或焊接,也可以两者合用。
这种节点的连接方法有无数种。
随着相连预制部件的特性不同,梁和柱之间的连接可以分为铰接和固结两种。
简单的建筑常用铰接,此时整体结构的稳定性由其他水平稳定系统如剪力墙或斜撑保证。
对于多排结构,常需用固结,靠梁和柱的抗弯能力来保证稳定性。
优点钢框架结构的优点在于施工方便和结构简单,施工速度可以加快。
由于结构中大量部件是重复生产的,成本也因此得以降低。
这种体系在许多发达国家如日本、英国、澳大利亚和德国都得到建筑师和结构师的认可,应用非常普遍。
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