装配式建筑是如何建成的？主流体系参数全解析.pdf

行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 1 建筑装饰 证券研究报告 2020年01月30日 投资评级 行业评级 强于大市(维持评级) 上次评级 强于大市 作者 唐笑 分析师 SAC执业证书编号：S1110517030004 tangxtfzq 岳恒宇 分析师 SAC执业证书编号：S1110517040005 yuehengyutfzq 肖文劲 分析师 SAC执业证书编号：S1110519040001 xiaowenjintfzq 资料来源：贝格数据 相关报告 1 建筑装饰-行业研究周报:一季度可能是今年建筑行业的黄金配置时期 2020-01-12 2 建筑装饰-行业专题研究:交通强国系列之高铁新科技：三项高速列车核心技术储备未来将成为战略重要一环 2020-01-11 3 建筑装饰-行业研究周报:建筑板块估值可能还有较大空间 2020-01-05 行业走势图 装配式建筑是如何建成的？-主流体系参数全解析 PC框架体系 装配式混凝土框架结构包括装配整体式混凝土框架结构及其他装配式混凝土框架结构，后者更适用于住宅。该结构体系预制构件包括预制楼板、预制梁、预制墙、预制柱、预制楼梯、其他复杂异形构件等。连接方式主要分为湿连接和干连接，现有工艺以湿连接为主。PC框架体系提高了生产效率，但其部分连接方式导致整体性较差。 PS结构体系 目前高层装配式钢结构建筑的结构体系传统的有纯框架、框架-支撑体系，新型的有集装箱、钢管束、钢异形柱等。主要预构件包括预制楼板、外墙板、楼梯、钢框架柱、钢梁等，各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。钢结构在住宅建筑上具有很大的优越性，但各种原因导致现阶段钢结构住宅难以大范围推广。 木结构体系 装配式木结构建筑按承重构件选用的材料可分为轻型木结构、胶合木结构、方木原木结构以及木混合结构。连接方式分为：板销连接、裂环连接、剪盘连接、齿环和齿环连接等。由于国内木结构造价高，不适用于高层住宅，因而国内木结构的住宅较少。 装配式剪力墙高层住宅体系 装配式剪力墙结构主要预制构件包括预制剪力墙、叠合梁、叠合板等，连接方式有干式链接和湿式连接两种。由于混凝土剪力墙结构在高层住宅中的建设求量较大，近几年来，成为了高层住宅的主要结构形式。主要上市公司多数产品以此为基础。 全装配式低层住宅体系 全装配式低层住宅体系是由密柱支撑框架结构体系与集装箱式模块相结合，若干个类似于集装箱的模块组合而成。改结构施工速度快、工期短，以钢结构、木结构居多，近几年在我国农村自建房建筑中比较流行。 预应力结构体系 根据预应力技术应用的特点，通常可将预应力技术分为三大类型，即先张法、后张法和体外预应力技术。由于采用高强度钢材和高强度混凝土，预应力混凝土构件具有抗裂能力强、抗渗性能好好的特点，但制作工艺较复杂，开工费用较大，在我国现阶段住宅中使用较少。 钢混结构体系 装配式钢和混凝土组合结构主要构件包括组合梁、组合板、组合桁架和组合柱等，钢筋与型钢连接方式有钢筋接驳器连接、钢筋连接板连接、型钢穿孔连接等。轻钢轻混凝土结构体系可以改进低层轻型钢住宅的缺陷，目前有试点建设项目。 模块化结构体系 模块化建筑结构体系的拼装采用搭积木的方式，模块单元节点间使用高强螺栓连接使模板可靠的连接为建筑整体。施工速度快，预制率高，但造价高支模不经济。 主次框架结构体系 亦称为巨型框架结构。主框架为巨型框架，次框架为普通框架，两者不是同一数量级。主次框架的连接方式主要有刚接、半刚性连接和铰接，这种结构体系可以加大建筑物的空间和高度，但目前我国住宅中运用较少。 交错桁架结构体系 交错桁架结构体系主要构件包括柱子、桁架、楼板、斜杆等，连接方式包括夹板连接、摩擦连接、支座连接等，交错桁架结构可以在多高层建筑中实现较大的开间和进深，但目前我国住宅中运用较少。 双面叠合剪力墙结构体系 双面叠合剪力墙结构由双面叠合剪力墙、预制叠合梁、预制叠合楼板、预制外挂凸窗等预制构件组成，采用插筋连接，房间内不会露梁柱，空腔的存在使得同样体积的墙体混凝土量更少。 风险提示：相关政策推广不及预期；部分体系技术仍存缺陷；消费者接受需要一定时间 -9%-3%3%9%15%21%27%2019-01 2019-05 2019-09建筑装饰 沪深300行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 2 内容目录 1. PC框架体系 . 6 1.1. 主要预制构件 . 6 1.2. 连接方式 . 7 1.3. 优缺点 . 8 1.4. 代表作品 . 8 2. PS结构体系 . 9 2.1. 几个细分结构体系 . 9 2.2. 主要预制构件和连接方式 . 10 2.3. 优缺点 . 11 2.4. 代表作品 . 12 3. 木结构体系 . 13 3.1. 主要预制构件 . 13 3.2. 连接方式 . 14 3.3. 优缺点 . 14 3.4. 代表作品 . 14 4. 装配式剪力墙高层住宅体系 . 15 4.1. 主要预制构件 . 15 4.2. 连接方式 . 17 4.3. 优缺点 . 17 4.4. 代表作品 . 18 5. 全装配式低层住宅体系 . 19 5.1. 主要构成体系 . 19 5.2. 优缺点 . 20 5.3. 代表作品 . 20 6. 预应力结构体系 . 21 6.1. 预应力技术类型. 21 6.2. 优缺点 . 22 6.3. 代表作品 . 22 7. 钢混结构体系 . 22 7.1. 主要构件 . 22 7.2. 钢筋与型钢连接方式 . 23 7.3. 优缺点 . 24 7.4. 代表作品 . 24 8. 模块化结构体系 . 25 8.1. 连接方式 . 25 8.2. 优缺点 . 26 8.3. 代表作品 . 26 9. 主次框架结构体系 . 26 9.1. 框架结构和连接方式 . 26 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 3 9.2. 优缺点 . 27 9.3. 代表作品 . 28 10. 交错桁架结构体系 . 28 10.1. 主要构件及连接方式 . 28 10.2. 优缺点 . 30 10.3. 代表作品 . 30 11. 双面叠合剪力墙结构体系 . 30 11.1. 主要构件和连接方式 . 30 11.2. 优缺点 . 31 11.3. 代表作品 . 31 12. 风险提示 . 32 图表目录 图 1：预制叠合楼板 6 图 2：预制叠合梁 6 图 3：预制柱 7 图 4：预制楼梯 7 图 5：预制梁在梁柱节点连接 7 图 6：预制梁在跨中连接 7 图 7：预应力连接 7 图 8：混合连接 7 图 9：北京市长阳天地产业化住宅实景图 8 图 10：北京市长阳天地产业化住宅项目效果图 8 图 11：纯框架体系 9 图 12：框架-支撑体系 9 图 13：集装箱体系 10 图 14：火神山医院病房 10 图 15：钢管束、钢异形柱体系 10 图 16：钢管束组合体系配置模型 10 图 17：T字型钢管束总成 11 图18：H型钢 11 图 19：焊缝形式 11 图 20：扭剪型高强螺栓安装 11 图 21：万郡大都城 12 图 22：合肥绿洲凤栖苑 12 图 23：预制梁柱式构件 13 图 24：预制板式组件 13 图 25：预制空间模块式组件 13 图 26：CLT示意图 13 图 27：销连接 14 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 4 图 28：齿板连接 14 图 29：贵州省黔东南州游泳馆 15 图 30：Walden House 15 图 31：剪力墙结构受水平荷载示意图 15 图 32：框架结构受水平荷载示意图 15 图 33：预制外墙 16 图 34：预制内墙 16 图 35：叠合板拆分 16 图 36：双向板 16 图 37：叠合梁 17 图 38：叠合梁 17 图 39：边缘构件 17 图 40：连接方式示意图 17 图 41：北京万恒家园二期 18 图 42：郑州中建观湖国际工程效果图 18 图 43：桩基础 19 图 44：基础梁 19 图 45：结构体系示意图 19 图 46：围护体系示意图 19 图 47：上海崇明岛轻法式建筑 20 图 48：上海崇明岛轻法式建筑 3D效果图 20 图 49：T字型钢管束总成 21 图 50：浇筑混凝土 T字型钢管束总成 21 图 51：混凝土预应力技术 21 图 52：灌浆材料使预应力筋与混凝土粘结成 21 图 53：美国加州伯克利市的 David Brower 大楼 22 图 54：惠灵顿维多利亚大学的 Alan MacDiarmid Building 22 图 55：工字钢 23 图 56：组合桁架 23 图 57：U型梁 23 图 58：结构平面图 23 图 59：结构三维图 24 图 60：轻钢格构立柱示意图 24 图 61：内蒙古集宁宜合国际小区模型 24 图 62：装配式自锁连接整浇外墙现场吊装 24 图 63：模块化组件示意图（木结构） 25 图 64：屋架模块化组件连接示意图（木结构） 25 图 65：金属连接件连接示意图 25 图 66：3D技术打印建筑模块 25 图 67：天津子牙尚林苑效果图 26 图 68：长沙新方舟宾馆 26 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 5 图 69：巨型框架结构体系 27 图 70：上海中心大厦结构体系组成 27 图 71：巨型框架结构分类 27 图 72：巨型钢框架+框架-核心筒的结构体系 27 图 73：厦门北站 28 图 74：厦门北站无柱候车厅 28 图 75：交错桁架结构 28 图 76：交错桁架钢框架结构 28 图 77：桁架 29 图 78：结构平面及三维图 29 图 79：交错桁架和预制楼板 29 图 80：交错桁架的组成 29 图 81：芝加哥戈弗雷酒店 30 图 82：芝加哥戈弗雷酒店侧视图 30 图 83：双面叠合剪力墙 30 图 84：双面叠合剪力墙结构体系 30 图 85：新型结构体系施工现场 31 图 86：混凝土叠合墙板 31 图 87：叠合楼板与叠合墙连接节点 31 图 88：双面混凝土叠合洞口连梁示意图 31 图 89：上海浦东新区宝业万华城 23号楼 32 图 90：沈阳保利云禧 32 表1：PC框架体系优缺点 8 表2：PC框架体系代表作品 9 表3：PS结构体系优缺点 11 表4：钢结构体系代表作品 12 表5：木结构体系优缺点 14 表6：木结构体系代表作品 15 表7：装配式剪力墙高层住宅体系优缺点 17 表8：装配式剪力墙高层住宅体系代表作品 18 表9：全装配式低层住宅体系优缺点 20 表10：全装配式低层住宅体系代表作品 20 表11：预应力结构体系优缺点 22 表12：钢混结构体系优缺点 24 表13：模块化结构体系优缺点 26 表14：主次框架结构体系优缺点 27 表15：交错桁架结构体系优缺点 30 表16：双面叠合剪力墙结构体系优缺点 31 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 6 装配式建筑相关新闻近年来不断进入大家视野，火神山、雷神山医院更是采用装配式集装箱结构快速建造为大家熟知。大家印象中，装配式建筑就像搭积木一样把房子拼搭起来。那么，积木有多少种搭法？每块积木都张什么样子？积木和积木间如何连接起来？每种搭法有什么优缺点？为此，我们实地考察并参阅文献，总结了现有装配式 11 种主流体系，把每种体系的主要预制构件、连接方式、优缺点、案例做了通俗的说明，供大家在春节期间充电学习。 1. PC框架体系 装配式混凝土框架结构包括装配整体式混凝土框架结构及其他装配式混凝土框架结构。前者是指全部或部分框架梁、柱采用预制构件通过可靠的连接方式装配而成，连接节点处采用现场后浇混凝土、水泥基灌浆料等将构件连成整体的混凝土结构。后者主要指各类干式连接的框架结构，主要与剪力墙、抗震支撑等配合使用。前者是梁柱受力的体系，由柱子来承受水平和竖向荷载；后者在框架结构的基础上加入了部分剪力墙，使剪力墙和柱子共同承受水平和竖向荷载，更适用于住宅。 1.1. 主要预制构件 （1）预制楼板（含预制实心板、预制空心板、预制叠合板、预制阳台），预制楼板的使用可以减少施工现场支护模板的工作量，节省人工和周转材料，具有良好的经济性，是预制混凝土建筑降低造价、加快工期、保证质量的重要措施。 （2）预制梁（含预制实心梁、预制叠合梁、预制 U 型梁）： 预制梁为主要的水平承重构件，与预制楼板同为免模板技术。 图1：预制叠合楼板 图2：预制叠合梁 资料来源：锦萧建筑官网，天风证券研究所 资料来源：锦萧建筑官网，天风证券研究所 （3）预制墙（含预制实心剪力墙、预制空心墙、预制叠合式剪力墙、预制非承重墙）：采用预制墙体可提高建筑性能和品质，节省使用期间的维护费用，同时减少门窗洞口渗漏风险，具有良好的间接效益，针对国内住宅的特点，预制墙体和预制楼板将是工业化住宅构件的主要产品。 （4）预制柱（含预制实心柱、预制空心柱）：钢筋混凝土预制柱通常作为建筑结构部件来使用，也可以被用作装饰。预制柱的外观多种多样，变化多端。为了运输和安装方便，预制柱的出厂长度越长越好。 （5）预制楼梯（预制楼梯段、预制休息平台）。 （6）其他复杂异形构件（预制飘窗、预制带飘窗外墙、预制转角外墙、预制整体厨房卫生间、预制空调板等）。 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 7 图3：预制柱 图4：预制楼梯 资料来源：预制建筑网，天风证券研究所 资料来源：预制建筑网，天风证券研究所 1.2. 连接方式 装配式混凝土框架结构的连接主要分为湿连接和干链接。湿连接是指预制梁、柱或 T形构件在结合部利用钢筋连接或锚固的同时，通过现浇混凝土连接成整体框架的连接方式。关于湿连接的抗震性能的试验证明，连接性能从总体上能够与现浇混凝土节点相媲美。湿连接容错率高，是目前 PC 框架体系主流方式。 图5：预制梁在梁柱节点连接 图6：预制梁在跨中连接 资料来源：装配式混凝土框架结构及其抗震性能研究， 天风证券研究所 资料来源：装配式混凝土框架结构及其抗震性能研究， 天风证券研究所 干连接主要分为预应力连接和混合连接。预应力连接通过张拉预应力筋施加预应力把预制梁和柱连接成整体，预应力连接在抗震性能的测验中构件损坏小，相对位移能力较强，位移恢复能力强、残余变形小，能量耗散少，无粘结预应力连接比有粘结预应力连接的刚度退化小。混合连接在预应力连接的基础上增加普通钢筋，利用其屈服来耗能，形成了预应力钢筋和普通钢筋混合配筋的连接。在抗震性能方面与现浇结构相当，混合连接的自恢复性好，变形能力强，耗能性能好，构件损坏小，节点域抗剪能力优于现浇结构。 图7：预应力连接 图8：混合连接 资料来源：装配式混凝土框架结构及其抗震性能研究， 天风证券研究所 资料来源：装配式混凝土框架结构及其抗震性能研究， 天风证券研究所 对装配式钢筋混凝土结构的研究来看，由于钢筋套筒灌浆工艺因现场缺乏有效检测手段，且以目前工人的技术水平，质量无法保证。因此，构件连接部位仍是装配式混凝土结构抗震的薄弱环节，装配式钢筋混凝土结构体系的抗震性能可进一步优化提高。现有的装配式钢筋混凝土框架结构整体抗震性能接近或等同于现浇水平，仍可进一步优化。为此，有必行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 8 要发展高性能新型装配式建筑结构体系、高性能连接形式与节点，从而满足更高抗震性能目标需求。 1.3. 优缺点 装配整体式框架主要包括框架节点后浇和框架节点预制两大类，前者的预制构件在梁柱节点处通过后浇混凝土连接，预制构件为一字形；而后者的连接节点位于框架柱、框架梁中部，由于预制框架节点制作、运输、现场安装难度较大，现阶段住宅工程较少采用。 表 1：PC框架体系优缺点 优点 缺点 （1）质量保证：相对于现浇混凝土构件是由工人在工地现场绑钢筋、现场浇筑混土来说，预制构件都是在工厂生产，采用流水线施工，工人分工明确，技术熟练，从而施工质量易于保证；而且相对于现浇混凝土构件来说，预制泥凝土构件是集中在工厂里养护，其温度、湿度等环境因素也比较容易控制，有利于提高混凝土构件的质量。 （1）连接方式致整体性较差：预制混凝土结构是预制构件在施工现场进行拼装完成的，很容易出现结构的整体性差的情况。部分连接技术还有待提高。 （2）生产效率提高：预制混凝土构件是在工厂采用机械化、自动化的方式生产的，与施工现场浇筑混凝土的生产方式相比，生产效率要高很多。构件运送到施工现场后，进行现场装配也是采用机械化的施工方式，现场湿作业很少或者基本没有，可以减少施工现场混凝土养护时间，而且受天气和季节的影响小，施工较快捷方便。利用清水混凝土构件或提前做好建筑装饰的预制混凝土构件安装后直接投入使用，可以节省建筑装修的时间。使用预制混凝土技术，可以明显的缩短工期，从而可以带来明显的综合经济效益。 （2）设计难度比较大：由于预制混凝土技术还不够成熟，预制混凝土节点构造比较复杂，设计难度比较大。结构设计人员仅熟悉现浇混凝土结构的设计方法，对预制混凝土结构的设计方法和特点比较陌生。 （3）节约资源和费用：现浇混凝土时需要木工现场支模板，浇筑混凝土、养护，之后再拆除模板，因为混凝土构件尺寸不统一且模板是均是一次性的，下次浇筑时还需木工重新支模板，这不仅浪费资源还耗时耗力，而预制混凝土构件时工厂的模具和生产设备可以反复利用，可降低模板消粍，还有利于环保，省时省力，可大大的节约资源和费用。 （3）运翰安装存在问题：预制构件一般在工厂预制，预制完成后需要从工厂运送到施工现场进行组装拼接，运送和安装时均需要大型的设备，这会増加成本。 （4）有利于环境保护：预制构件大部分是在工厂里完成的，从而现场湿作业大大减少，有利于改善施工现场的环境，减少施工现场大置建筑垃圾的堆放，还可以有效降低环境污染。在施工现场进行预制构件装配连接可以减少施工对周边环境的影响，噪音污染也可以得到有效控制，有利于环境保护，有利于节能降耗。 资料来源：浅谈装配式混凝土结构的优缺点，天风证券研究所 1.4. 代表作品 北京市长阳天地产业化住宅项目，由中建一局集团建设发展有限公司承建。该项目集预制构件深化设计、预制构件加工生产、现场安装施工于一体。使用产业化住宅预制构件包括：外饰面砖预制外墙板、预制内墙板、预制叠合板、预制楼梯、阳台板、女儿墙、预制楼梯隔墙板、预制PCF 板，预制防火隔墙装饰板，预制构件数量约 16400件，混凝土用量约16000立方，预制率达到 55%。 图9：北京市长阳天地产业化住宅实景图 图10：北京市长阳天地产业化住宅项目效果图 行业报告 | 行业深度研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 9 资料来源：长阳天地0909工业化住宅项目，天风证券研究所 资料来源：长阳天地0909工业化住宅项目，天风证券研究所 表 2：PC框架体系代表作品 建筑名称 预制率 装配率 特点 北京市长阳天地产业化住宅项目 55% 项目集预制构件深化设计、预制构件加工生产、现场安装施工于一体。 云南省金域南郡花园项目 85%以上 万科公园里项目装配式建筑示范标段共计3栋普通高层住宅。地上建筑面积4.87万平方米，项目于2017年9月开工建设，历时460天。 装配式住宅产业化基地项目3D打印和检测车间 70% 秦皇岛装配式住宅产业基地项目总建筑面积7200余平方米，包括2个检测车间和1个3D打印车间，车间框架结构采用装配式施工。 资料来源：中国建筑学会建筑产业现代化发展委员会，BIM 建筑网，天风证券研究所 2. PS结构体系 装配式钢结构是由钢制材料组成的结构。目前高层装配式钢结构建筑的结构体系传统的有纯框架、框架-支撑体系，新型的有集装箱、钢管束、钢异形柱等。装配式钢结构主要由型钢和钢板等制成的梁钢、钢柱、钢桁架等构件组成，并采用硅烷化、纯锰磷化、水洗烘干、镀锌等除锈防锈工艺。各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。 2.1. 几个细分结构体系 （1）纯框架体系：可根据建筑功能的需求进行梁柱的灵活布置，增加建筑使用空间的利用率。但由于纯钢框架抗侧力刚度较小，为了控制位移，构件的截面很大，且变形较大，舒适度较差。 （2）框架-支撑体系：由于支撑的存在，较纯框架建筑，