初探新加坡裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計(jì)

李榮路

摘要：本文從新加坡裝配式住宅（組屋）施工的相關(guān)規(guī)范、構(gòu)件設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，及其發(fā)展方向展開闡述，簡單分析了裝配式建筑施工特點(diǎn)。文章內(nèi)容體現(xiàn)了新加坡建筑以設(shè)計(jì)為核心思想和施工過程的工業(yè)化水平。作者拋磚引玉，希望能給有關(guān)人士一些借鑒。

Abstract：This paper introduces the relevant specifications components design， joints design， and development direction of pre-fabricated houses construction in Singapore， analyzes the construction characteristics of pre-fabricated houses simply.The content of the paper reflects the design as the core of Singapore buildings and the industrialization level of the construction process.The author is hoping to give some reference to the relevant personage.

關(guān)鍵詞：裝配式結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、構(gòu)件設(shè)計(jì)、發(fā)展方向

Keywords：Pre-fabricated Structural， Standard Specification， Joints Design， Components Design， Development Direction.

新加坡大規(guī)模建造裝配式建筑已經(jīng)有近20年的歷史，開發(fā)出從15層到30層的裝配式住宅（組屋），占全國總住宅數(shù)量的80%以上。組屋項(xiàng)目通過平面的布局，部件尺寸和安裝節(jié)點(diǎn)的重復(fù)性來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，以設(shè)計(jì)為核心和施工過程的工業(yè)化，相互之間的配套融合，使結(jié)構(gòu)裝配率達(dá)到70%以上，部分組屋裝配率達(dá)到90%以上（如達(dá)士嶺組屋，裝配率達(dá)到 94%）1。常見的組屋預(yù)制構(gòu)件有預(yù)制混凝土梁柱、剪力墻、預(yù)應(yīng)力疊合樓板、建筑外墻、樓梯、電梯墻、防空壕、空調(diào)板、女兒墻、垃圾槽、管道井、水箱等（圖1），其裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計(jì)已日趨完善，最宜借鑒吸納。

1相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

1.1標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量

新加坡對組屋建筑體系及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制定了一系列規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，如裝配式圖解指南（PRECAST PICTORIAL GUIDE）、結(jié)構(gòu)工程施工圖紙指南（GUIDE DRAWINGS FOR STRUCTURAL ENGINEERING WORKS）、建筑工程和其他安裝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（STANDARD SPECIFICATIONS FOR BUILDING WORKS AND OTHER INSTALLATIONS），對于構(gòu)件的戶型設(shè)計(jì)、模數(shù)設(shè)計(jì)、尺寸設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等都做出了明確規(guī)定。例如，裝配式圖解指南規(guī)定預(yù)制建筑外墻厚為150mm，起居室與起居室之間的隔墻厚為100mm，起居室與廚衛(wèi)間或廚衛(wèi)間與廚衛(wèi)間的隔墻厚為120mm。此外，該指南對于預(yù)制構(gòu)件的形狀設(shè)計(jì)也做出了相應(yīng)規(guī)定，比如管道井的截面類型只能為C型、E型和F型，而不允許存在其他異型。對于建筑細(xì)部的尺寸設(shè)計(jì)也一一進(jìn)行了說明，比如滴水線、預(yù)留洞、線槽的尺寸以及位置。

由于組屋極高的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)程度，大大減輕了設(shè)計(jì)和建造時(shí)間。與此同時(shí)，由于重復(fù)性高，模板重復(fù)使用率超過100次，預(yù)制構(gòu)件廠在生產(chǎn)過程中也降低了模板生產(chǎn)的成本。重復(fù)的工作流程，不僅提高了預(yù)制產(chǎn)品的生產(chǎn)率，產(chǎn)品質(zhì)量也得到很大的提升。

1.2建筑個(gè)性的追求與表達(dá)

高標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)程度并沒有影響新加坡人對于建筑個(gè)性的追求與表達(dá)。

新加坡對不同部位的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行不同的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)要求，一般分為跨項(xiàng)目的完全標(biāo)準(zhǔn)化、跨項(xiàng)目的部分標(biāo)準(zhǔn)化和個(gè)別項(xiàng)目內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化三類。跨項(xiàng)目的完全標(biāo)準(zhǔn)化是指基本的、高度標(biāo)準(zhǔn)化的、重復(fù)組成部分，建筑設(shè)計(jì)所需創(chuàng)造力最少，同時(shí)對模具和生產(chǎn)率沒有影響的構(gòu)件，如預(yù)制樓梯，垃圾槽，管井，水箱等?？珥?xiàng)目的部分標(biāo)準(zhǔn)化是指從建筑布局的維度，建筑設(shè)計(jì)對于開間和進(jìn)深允許尺寸的變化，同時(shí)對模具和生產(chǎn)率有適度影響的構(gòu)件，如預(yù)制板、墻、柱，山墻，填充墻，梁，家庭庇護(hù)所等。個(gè)別項(xiàng)目內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化是指可以添加創(chuàng)造性和審美要求，達(dá)到不同視覺效果的，可因項(xiàng)目而異設(shè)計(jì)的構(gòu)件，如預(yù)制外墻、預(yù)制欄桿等。

同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過程中，通過對預(yù)制外墻的變換組合，便可搭配出不同的戶型設(shè)計(jì)，既可達(dá)到預(yù)制模板重復(fù)使用率的要求，同時(shí)豐富了建筑視覺的多樣性（圖2）。

另外，組屋外墻很少采用高檔材料，而多采用涂料粉刷，一來節(jié)約了成本，二來易于翻新。建屋發(fā)展局會定期對每個(gè)組屋建筑進(jìn)行翻新，外立面和走廊、樓梯間等公共區(qū)域進(jìn)行重新粉刷，也在一定時(shí)期表現(xiàn)了建筑的趣味性、活潑性。

2預(yù)制構(gòu)件

2.1預(yù)制外墻集成技術(shù)設(shè)計(jì)

預(yù)制外墻、山墻，采用結(jié)構(gòu)、保溫、防水、外飾面一體化集成設(shè)計(jì)，在預(yù)制廠內(nèi)一次加工成型，現(xiàn)場裝配后，可以同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)、保溫、防水抗?jié)B、防火、裝飾等要求，現(xiàn)場作業(yè)量亦大量減少。

2.2預(yù)制外墻窗口防水設(shè)計(jì)

采用鋁合金窗框與預(yù)制混凝土墻板整澆的方法， 一次將鋁合金窗框與混凝土墻體制作成一個(gè)整體， 從施工工藝上，大大提高防水性能，避免了由于窗洞口預(yù)留，后期塞框填縫引起滲漏水的問題。同時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)使內(nèi)窗臺比外窗臺高，外窗臺伸出墻面不小于50 mm，設(shè)有一定的排水坡度，下設(shè)滴水線槽，滴水槽的深度和寬度為 15～20 mm。窗口上楣設(shè)置伸出墻面300mm的雨水遮檐，外口設(shè)置滴水線，從而阻止順墻下流的雨水爬入窗口上。

2.3預(yù)制外墻端部企口設(shè)計(jì)

預(yù)制外墻端部構(gòu)造均采用企口設(shè)計(jì)（圖3），在該處現(xiàn)澆自密實(shí)混凝土，形成結(jié)構(gòu)自防水體系。同時(shí)，使外部（臨空）模板施工作業(yè)大大減少，另外由于外掛墻板與樓層結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆同層同步施工，省去外腳手架搭設(shè)的必要。

2.4預(yù)埋件、預(yù)留開口（線槽）的深化設(shè)計(jì)

預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠家根據(jù)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)圖紙，進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)，校對水、電、通風(fēng)、建筑裝飾等專業(yè)圖紙，核對預(yù)留所需的洞口、線槽、預(yù)埋件，并出具各構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)構(gòu)造詳圖，由總包單位報(bào)設(shè)計(jì)院審批，同意后方可進(jìn)料批量生產(chǎn)。

3節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)2

3.1節(jié)點(diǎn)拼縫防水設(shè)計(jì)

橫向拼縫防水（圖4）： 在工程設(shè)計(jì)中為徹底解決預(yù)制外墻的滲漏， 確保構(gòu)件拼接處不漏水， 在橫向拼縫處采用了三種防水措施，即企口構(gòu)造防排水、材料密封防水、聚氨酯涂料防水。預(yù)制外墻板水平接縫設(shè)計(jì)成內(nèi)高外低的企口形狀，利用水流自然垂流的原理，防止水流通過毛細(xì)作用倒吸進(jìn)入室內(nèi)。中部為自粘型瀝青防水海綿條和密實(shí)座底漿料構(gòu)成第二道防線，在室內(nèi)涂刷120mm高、100mm寬的聚氨酯防水涂料作為第三道防線。

縱向拼縫防水（圖5）：最外側(cè)為材料密封防水層， 采用耐候密封膠將拼縫最外側(cè)密封，與兩道聚氨酯發(fā)泡實(shí)心棒組成第一道防水；如果材料密封防水失效， 雨水進(jìn)入空腔，由垂直空腔流至空腔底部的排水處，從而達(dá)到防水的目的。設(shè)置在聚氨酯發(fā)泡實(shí)心棒后部的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)可以有效的阻擋滲入的水汽，從而使防水更加安全有效，確保防水萬無一失。

橫縱拼縫交界處防水設(shè)計(jì)（圖6）：在橫向拼縫與縱向拼縫交界處按圖紙要求裁剪自粘型防水卷材，鋪貼可靠，待相鄰兩塊外墻吊裝完畢后，按要求折起，粘在外墻背面。防水卷材起著防止水流積聚、通過水平接頭排出水的重要作用。在使用防水卷材時(shí)，必須正確折疊，才能達(dá)到預(yù)期效果。

3.2預(yù)制墻、柱豎向高強(qiáng)鋼筋連接設(shè)計(jì)

豎向承重結(jié)構(gòu)墻、柱采用高強(qiáng)鋼筋與螺旋鋼筋籠連接（圖7），連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行壓力灌漿。每個(gè)承重柱、墻有4或6支T25/T28（鋼筋型號用T表示）鋼筋貫穿柱身，作為結(jié)構(gòu)豎向傳遞的連接。鋼筋上截面高出結(jié)構(gòu)板平標(biāo)高250mm，下截面預(yù)留275mm長與下層鋼筋連接，上下層加強(qiáng)鋼筋采用螺旋鋼筋籠連接，并壓力灌注G70高強(qiáng)度流動性水泥，直至壓強(qiáng)達(dá)到10 psi（磅/平方英寸，1psi=6.895kPa）保持30秒以上，然后迅速封堵進(jìn)、出漿口。

3.3預(yù)制疊合樓板拼接設(shè)計(jì)

當(dāng)一塊預(yù)應(yīng)力疊合樓板長度小于等于相鄰預(yù)應(yīng)力疊合樓板長度的2/3時(shí)，在兩塊預(yù)應(yīng)力樓板之間應(yīng)做至少200mm寬的現(xiàn)澆混凝土樓板，以避免彎曲差異影響（圖8）。

（圖7 螺旋鋼筋籠連接） （圖8 現(xiàn)澆混凝土樓板拼縫）

4新加坡裝配式建筑發(fā)展方向

4.1繼續(xù)使用并推廣PBU 預(yù)制衛(wèi)生間技術(shù)

據(jù)新加坡聯(lián)合早報(bào)（2017年9月6日）消息，到2019年，所有新推出的組屋項(xiàng)目將采用預(yù)制衛(wèi)生間技術(shù)，進(jìn)一步提高建筑生產(chǎn)力。這些預(yù)制衛(wèi)生間（Prefabricated Bathroom Units）將在建筑工地以外的地方建造和組裝，內(nèi)有銅管、部分墻磚、窗框、防水系統(tǒng)等。組裝完畢后，它們將被運(yùn)往建筑工地，再由塔吊安裝在建筑內(nèi)。

4.2大力推廣使用PPVC預(yù)制集成建筑技術(shù)

建屋局（HDB）到2019年也將在35%的建筑項(xiàng)目中，采用預(yù)制體積建設(shè)（Prefabricated Prefinished Volumetric Construction，簡稱PPVC）技術(shù)。PPVC技術(shù)類似于“搭積木”建筑法，在工廠里預(yù)先制造和組裝有內(nèi)墻飾面的3D模塊單位，再送往建筑工地搭建。這些模塊單位包括臥室、客廳、防空壕、廚房等，已有地板和內(nèi)飾墻面、窗框和一層底漆。

4.3發(fā)展并鼓勵(lì) BIM 系統(tǒng)的使用

在院校開展 BIM 系統(tǒng)的專業(yè)課程，培養(yǎng)在校學(xué)生和在職人員的信息化、系統(tǒng)化管理的專業(yè)技能。

5結(jié)束語

在新加坡住宅政策的推動下，以及建設(shè)局（BCA）和建屋發(fā)展局（HDB）的共同努力下，新加坡的住宅產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)有序地發(fā)展著，其裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計(jì)理念值得我們借鑒學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高陽；新加坡裝配式建筑發(fā)展?fàn)顩r與啟示 ，《住宅產(chǎn)業(yè)》2017.01 P10-18.

[2]新加坡SS EN ISO 4172 Ed.1 Technical Drawings-Construction Drawings-Drawings For The Assembly Of Prefabricated Structures.

（作者單位：山東三箭建設(shè)工程管理有限公司）