装配式木结构建筑应用概述

1、前言

装配式木结构建筑指的是木结构构件、部品部件在工厂预制, 现场装配而成的木结构建筑。其最主要的特点是:大量现场施工转移到工厂生产;设计、生产全流程采用计算机辅助技术; 构件、部品部件及房屋的质量控制由工地前移至工厂; 能规模化生产, 并能满足严格的质量认证管理的要求。工厂的生产效率远高于手工作业, 同时不受恶劣天气等自然环境的影响, 工期更为可控, 施工装配机械化程度高, 提高劳动生产效率。

装配式木结构在北美地区广泛应用于低层住宅建筑, 公共建筑等, 既适用于新建建筑, 也适用于既有建筑改造。根据加拿大工厂预制房屋协会的不完全统计,2015年装配式木结构建筑的产值超过16亿加元,装配式木结构房屋占新建独户式木结构住宅的15.6%。预制房屋工厂提供了25500个工作岗位。在瑞典，约有95%的新建底层住宅采用装配式板式组件，而采用空间模块组件的仅占5%；在芬兰，60%的住宅采用装配式木结构。

2、相关技术标准

2017年6月实施的《装配式木结构建筑技术标准》中指出：现代木结构建筑的建造过程都是使用工厂按一定规格加工制作的木材、木构件或组件，通过在施工现场安装而构成完整的木结构建筑。因此，现代木结构建筑都可列入装配式木结构的定义范围。

2018年2月实施的《装配式建筑评价标准》中指出：装配式木结构建筑主体结构竖向构件评价项得分可为30份，当楼盖构件中预制木部品部件的应用比例大于80%时，可得20分，当采用木骨架组合墙体作为围护墙和内隔墙时，也可以获得相应的分值。

3、装配式木结构的组件

（1）预制梁柱式构件与木桁架

预制梁柱构件与木桁架是装配式木结构建筑中最灵活的组件，尽管它需要在现场进行二次加工。在欧洲和日本, 梁柱构件在各种结构体系中得到广泛使用,而在北美,木桁架则更受欢迎。目前,国内的预制构件以方木,原木和胶合木梁柱为主,一般应用于方木原木结构和胶合木结构中。

(2) 预制板式组件 (墙体, 楼盖, 屋盖)

板式预制是通过结构分解, 将整栋建筑的墙体、楼面和屋面分解成不同功能的平面板块, 也就是分解成预制板式组件, 并在工厂预制完成后运输到现场吊装组合而成。预制板式组件的尺寸大小是根据整栋建筑的平面、立面尺寸和标准化设计要求而定。常用的预制二维板式组件的结构形式有:钉接胶合木(NLT),正交胶合木(CLT),轻型木结构墙体,轻型木搁栅楼(屋)盖。

(3)预制空间模块式组件

空间模块式组件一般都是三维单元,其中包括墙、楼盖和屋盖。它是预制程度最高的组件, 包括防水保温、外饰内装和水电穿管。加拿大的模块化组件供应商能提供85%完成度的模块化组件,并能保证其运输半径达到800km.

4 组件生产加工

近几年在加拿大,预制组件得到了广泛应用。许多制造商投资更新了生产设备,以此来顺应装配式建筑的潮流。在欧洲,特别是德国和瑞典,装配式木结构技术非常先进,例如瑞典的 Randek Bau Techd 和德国的Hundegger与 Weinmann的全自动生产线,正在世界范围内应用。

预制工厂中最常用的板式组件的生产效率最高,这些组件一般都是工厂预制生产,施工现场组装。这就需要特定 BIM和CAD/CAM工具来保证墙体,楼盖和屋盖的精确性。目前有许多CAD软件,可以根据建造地相应的地方规范,来进行墙体拆分。同时,深化团队也会对原有建筑结构设计,进行一定程度地优化。所有组件的几何,材料等信息都会输人相应的BIM模型中,进行模拟拼装,碰撞分析等,从而能避免设计中无法发现的问题。预制木结构建筑的设计深化流程为:绘制施工图一建立BIM模型一组件拆分一模拟预拼装,并优化组件一生成加工图纸一BIM信息导人CNC设备一组件加工生产。

(1)预制板式组件

通常,预制板式组件(墙体)可以由手动,半自动或全自动生产线加工完成,其成品包括:龙骨,保温防水,覆面板,门窗等必要组件。这种预制墙体可以分为两种,一种是开放式璃体;另一种是封闭式墙体。

开放式墙体是一种半预制的墙体,其木构架的一面覆板在工厂预制完成并组装门窗, 运输到现场进行主体结构安装,然后填充保温材料和安装建筑设备,再完成另一侧覆面板安装及墙体施工。出产这种墙体对生产线投人、场地要求均较小。在加拿大,开放式墙体一般在工地附近的临时工厂内加工生产的。而封闭式墙体在工厂完成预制,并整合保温,防水,门窗,建筑设备和管线,运输到现场以后吊装构件,并完成组装,进行部分内外装施工即可。这种墙体通常采用半自动或全自动生产线加工完成。

(2) 预制空间模块式组件

空间模块式组件作为预制程度最高的组件,其基本生产加工工序与预制板式组件类似。由于该组件体量相对较大,对整体精度要求较高,所以对前期深化设计的要求相对较高。在加拿大,模块组件供应商能在15天内完成一栋模块屋的组件生产加工,这些加工完成的模块式组件在安装前,需要妥善堆放,做好包装,防雨措施, 避免堆放及转运过程中组件的损坏。

5 组件运输

预制构件在存储,运输、吊装等环节发生损坏将会很难修复,既耽误工期又造成经济损失,因此预制构件的储存工具与物流组织十分重要。我国预制构件物流运输企业普遍存在着信息化程度低的问题,大多数委托专业运输单位。放置和装运不合理,道路环境和运输安全等问题, 使运输过程中构件质量无法保障。装卸车等待时间过长, 运输车空驶率较高, 信息化管理不成熟等问题导致运输成本较高,同时造成运输能耗浪费和环境污染。国外预制构件运输通常采用 "箱式" 挂车。

根据欧美国家的预制墙体工程经验,预制木墙休的运输半径一般在350~600km,而预制混凝士墙板的运输半径则在200km以内。单元预制木墙体的面积一般在10m~33m,其最大墙体面积可达55m,

最长可以达到12m.由于预制木墙体自重约为40kg/m,约为其他砌块墙体自重的1/5,所以能提高墙体运输效率,同时对现场施工起重设备的要求较小。

6、现场安装施工

预制组件在工地现场吊装,安装需要现场各工种之间有效的协调。当遭遇恶劣天气时,预制组件的堆放、安装须有必要的防护措施。作为最常用的板式组件(墙体)吊装后,应紧接着进行连接件施工,固定墙体,同时尽可能缩短墙体在工地现场的堆放时间,避免墙体受损或受潮。当单元墙体面积超过36m或自重超过1.5t时,应在吊装过程中,进行相应楼层标高的风速测量当风速大于10m/s时, 应停止墙体吊装施工。一般情况下,预制墙体施工应在主体结构脚手架拆除后进行。针对预制非承重木骨架组合墙体应注意以下要点:

(1)底层应先设置防腐木底(地)梁板:(2)预制墙体安装顺序为:自下而上:(3)对于低层建筑(4层及以下), 且采用自立式脚手架, 脚手架与主体结构之间,须有至少0.5m以上空隙,以便墙体吊装;(4)预制墙体可以层为单元划分,也可以二层为单元划分.

7、展望

2017年3月,住房城乡建设部印发

（责任编辑：何雯丽）