世构体系：预制装配化的成功实践
文：刘亚非
在中国，要实现建筑业的现代化，必须走工业化的道路，依靠科技进步，用建筑工业化、部品标准化、施工机械化、管理信息化的“四化”才能彻底解决手工操作多、现场制作多、材料浪费多、高空作业多的“四多”现象。为此，很多建筑业企业都开始踏上这条探索之路，并都积累了经验，做出了成绩。其中，南京大地建设集团有限责任公司（下称“大地建设集团”）的世构体系就是一成功案例。
世构体系的引进和开发
1998年，大地建设集团通过广泛调查研究，从法国PPB国际公司引进“预制预应力混凝土装配整体式框架结构体系”（简称“世构体系”）的设计、生产、施工安装成套技术。该体系的设备和大型模具均从法国进口，包括2套柱生产线（1套4根，长14米/根）；2套梁生产线（1套2条，长72米/条）；2套板生产线（长78米、宽2.5米∕套）；集下料、震动、平整为一体的程控自动播料机；预应力整体张拉设备等。另外还配套了混凝土搅拌站和蒸汽养护设备，并设立了一个二级试验室。
大地建集团引进的世构体系，其核心技术是采用现浇或预制钢筋混凝土柱，预制预应力混凝土梁、板，通过钢筋混凝土后浇部分将梁、板、柱及节点连成整体的新型框架结构体系。该体系符合建筑工业化的发展方向和建设节约型社会的精神，属住房和城乡建设部“十二五”推广的建筑业“10项新技术”之一。其预制梁、板采用先张法施工工艺，预制板受力主筋采用抗拉强度标准值为1570 N/mm2高强预应力钢筋，强度设计值1110 N/mm2，相当于普通现浇板主筋（常采用I级钢筋）强度设计值的5倍左右；预制梁受力主筋采用抗拉强度标准值为1860 N/mm2高强预应力钢绞线，强度设计值1320 N/mm2，相当于现浇梁主筋（常采用II、III级钢筋）强度设计值的4倍左右。
在工程实际应用中，世构体系主要有以下三种结构形式：第一，采用预制柱、预制预应力混凝土叠合梁、板的全装配框架结构；第二，采用现浇柱、预制预应力混凝土叠合梁、板的半装配框架结构；第三，仅采用预制预应力混凝土叠合板，适用于各种类型的结构。
世构体系在引进、开发、推广及产业化过程中，进行了大量的试验工作，通过试验研究，形成了适合我国国情的一套完整的技术体系（包括设计软件、技术规程、图集和施工工法等）。
课题组通过试验研究，在结构体系的抗震设计、节点构造、制作、施工安装等方面有所创新并积累了宝贵的经验，为世构体系编制国家行业标准提供了基础数据，也为今后的发展奠定了理论基础。重点进行了中间层边柱节点拟静力试验、世构体系振动台试验、预应力混凝土叠合板叠合面抗剪性能试验、预应力混凝土叠合板疲劳试验和预制楼梯等六项子课题研究。
世构体系的优越性
世构体系与一般常规框架结构相比，具有显著的优越性，主要概括如下：
一是，采用预应力高强钢筋及高强混凝土，梁、板截面减小，梁高可降低为跨度的1/15，板厚可降低为跨度的1/40，建筑物的自重减轻，且梁、板含钢量也可降低20%～30%，与现浇结构相比，价格可降低10%以上。
二是，预制板采用预应力技术，楼板抗裂性能大大提高，克服了现浇楼板容易出现裂缝的质量通病。而且预制梁、板均在工厂机械化生产，产品质量更易得到控制，构件外观质量好，耐久性好。
三是，梁、板现场施工均不需模板，板下支撑立杆间距可加大到2.0米～2.5米，与现浇结构相比，周转材料总量节约可达80%以上。
四是，梁、板构件均在工厂内事先生产，施工现场直接安装，既方便又快捷，主体结构工期可节约30%以上。
五是，梁、板均不需粉刷，减少施工现场湿作业量，有利于环境保护，减轻噪音污染，现场施工更加文明。
六是，与普通预制构件相比，预制板尺寸不受模数的限制，可按设计要求随意分割，灵活性大，适用性强。
在生产、施工过程中，南京大地建设集团有限责任公司、东南大学和江苏省建筑设计研究院共同对世构体系在工程中的应用工艺进行了研究，其研究成果《世构体系成套技术在工程中的应用研究》通过了江苏省建设厅组织的的鉴定。与会专家一致认为：世构体系经过理论研究和工程实践，形成了适合我国国情的一套完整的技术体系（包括设计软件、技术规程、图集和施工工法等），并在抗震设计、节点构造、施工安装等方面有所创新。与现浇框架相比，可显著降低梁、板结构高度，节省工程结构造价10%以上。充分证明世构体系成套技术具有显著的经济效益和社会效益，有较高的推广应用价值，对于推动我国建筑工业化和建筑业可持续发展具有重要的意义。
世构体系的推广应用实例
南京审计学院国际学术交流中心
南京审计学院国际学术交流中心，位于南京市北圩路，框架结构，地下一层，地上6层，建筑面积13360平方米，柱网尺寸8米×8米，楼板结构厚100 毫米（其中预制板厚50毫米，后浇层厚50毫米）。采用预制柱、预制预应力混凝土叠合梁、叠合板的全装配框架结构形式，主体工程造价比现浇框架结构降低了10%左右。
南京金盛国际家居广场
南京金盛国际家居广场位于大桥北路，建筑面积16万平方米，3层框架结构。由于该工程工期紧，普通现浇结构
无法在指定工期内完成，故采用世构体系安装技术。采用现浇柱、预制预应力混凝土叠合梁、叠合板的半装配框架结构形式，柱网尺寸为8米×8.5米、8米×7.8米，梁高为550毫米、600毫米；楼板结构厚100毫米（其中预制板厚50毫米，后浇层厚50毫米）。该工程划分为三个大区，公司组织两个项目经理部共同施工，工程主体结构仅用92天即全部完工，体现了世构体系的优越性。施工中，板底支撑跨度为2米，节约70%的模板、钢管等周转材料，主体工程造价比现浇框架结构降低了10%左右，为建设单位取得了良好的经济效益，赢得了社会效应。
红太阳家居广场迈皋桥店
红太阳家居广场迈皋桥店，位于南京市栖霞区万寿村，框架结构，地下1层，地上4层，建筑面积10万平方米，柱网尺寸9米×8.4米、9米×9米，楼板结构厚120毫米（其中预制板厚60毫米，后浇层厚60毫米），采用现浇柱、预制预应力混凝土叠合梁、叠合板的半装配框架结构形式。
该工程工期紧，基础、结构主体计划施工工期仅90天，普通现浇结构根本无法完成。把该工程划分为两个大区，每个大区分为三个小区，由两个项目部同时施工，近2万平方米的地下室，项目部仅用30天完成了施工；近8万平方米的主体工程仅用56天即全部完工。施工中，板底支撑跨度为2米，节约70%的模板和周转材料，主体工程造价比现浇框架结构降低了13%左右，赢得了建设单位的赞誉，近一步提高了世构体系的社会效应。
世构体系的应用效益
世构体系框架结构具有建造速度快、质量易于控制、节省材料、降低工程造价、构件外观质量好、耐久性好以及减少现场湿作业、有利于环保、节能减排等诸多优点，至2011年底，已经在300多万平方米的各类工程中成功应用。
一是，应用预应力技术，减小了构件截面，含钢量降低20%以上，工程造价低于现浇框架结构。而世构体系产品采用先张法长台座生产，是目前造价最经济的预应力技术应用。
二是，构件事先在工厂内生产，不受气候影响；施工现场只需搭设支撑脚手架，支撑减少50%以上，模板的安拆工作量大为减少，文明施工且方便快捷；主体结构工期可节约50%，优势明显。
三是，工厂机械化生产，产品质量更易得到控制，构件外观质量好、耐久性好。总体上讲，我国现浇混凝土的质量堪忧，从生产、施工包括混凝土的养护中存在很多问题，主体混凝土达不到设计强度的质量问题非常多，现浇混凝土拆摸后质量通病随处可见，而世构体系构件有完整的质量保证体系，不合格的构件不允许出场。
四是，减少施工现场湿作业量，减少了污水排放及建筑垃圾，降低粉尘、噪音污染，有利于环境保护，现场施工更加文明。
五是，经测算，每100平方米预制叠合楼板与现浇楼板相比：节约钢材437千克、节约木材0.35立方米、节约水泥600千克、节约用水1420千克。这些材料的节约能使每百平方米建筑生产过程减少二氧化碳排放量约 2200千克，相当于一辆小轿车行驶一季度(一年排放8.64吨)二氧化碳的排放量。
以南京市2010年为例，全年各类房屋开工面积约5500万平方米，如果都采用叠合板技术，可减少二氧化碳排放量121万顿，江苏省全年各类房屋开工面积约10亿平方米，可减少二氧化碳排放量2178万吨，节能减排效果显著。
建筑工业化的实践感悟
总结近几年研究和推广应用建筑工业化的实践，有以下两点感悟：
第一，从微观层面看，建筑工业化是我国建筑业企业转型升级的题中应有之义。当前所有建筑企业都把转型升级作为改革发展的主线。转型升级是一个大的系统工程，包括创新企业体制机制和经营方式、管理方式、施工方式等，而建筑工业化则是施工方式的根本性创新变革。转型升级的本质要求是由数量型向质量型、速度型向效益型、劳动密集型向科技密集型、粗放型向集约型转变，而建筑工业化能大幅减少用工、缩短工期、降低劳动强度、节能降耗、提高综合效益，完全体现了转型升级的本质要求。
第二，从宏观层面讲，建筑工业化是中国建筑业发展的必由之路。参照国际上建筑业的发展过程，当国内生产总值达到人均1000～3000美元后，开发新型的预制混凝土结构体系、实现工厂化生产，就成为克服传统建筑生产方式缺陷、促进建筑业又好又快发展的主要途径。目前，建筑工业化结构体系在国外建筑领域的应用已相当成熟，尤其在发达国家建筑市场占有率高达70%以上。世界建筑业发展的大趋势大潮流告诉我们：中国已到了加快推进建筑工业化的重要历史时期，时不我待，刻不容缓。必须通过建筑工业化，彻底告别高能耗、高污染、低效率、低效益的传统建筑业。（作者：南京大地建设集团有限责任公司副总经理、总工程师)
