歐洲典范！最全的德國裝配式建筑技術體系研究

目前，大力發展裝配式建筑已經成為我國推動建筑業轉型升級的重大戰略。鑒于目前我國裝配式建筑還處于試點示范到全面推廣的過渡階段，發展過程中還存在一些技術問題有待進一步研究解決；而德國裝配式建筑標準規范體系較完善，技術水平也較先進，可供我國裝配式建筑研究和實施提供借鑒，洲聯五合副總裁盧求先生特撰文《德國裝配式建筑發展及經驗借鑒》，全面深入介紹德國裝配式建筑的政策、標準、技術體系、相關統計數據及經驗教訓，為中國裝配式建筑發展提供借鑒，供廣大從業者參考。

本文共分6章，限于篇幅，本網特分為三篇全文轉載，具體如下：

1.百年經驗！德國裝配式建筑發展深度分析，介紹第1~3章內容：主要包括德國裝配式建筑發展概況；德國裝配式建筑政策措施、發展建設研究；德國裝配式建筑標準規范研究。

2.歐洲典范！最全的德國裝配式建筑技術體系研究，介紹第4章內容，德國不同類型裝配式建筑技術體系研究。

3.深度思考！德國裝配式建筑發展數據及經驗教訓，介紹第5~6章內容：德國裝配式建筑相關統計數字、德國裝配式建筑的發展對中國的借鑒作用。

4.德國不同類型裝配式建筑技術體系研究

工業化預制建造技術的優點：

工業化預制建造技術的優點是大量建造步驟可以在工廠進行，不受天氣影響，現場安裝施工周期大幅縮短，非常適用于每年可以進行室外施工時間較短的嚴寒地區。另一方面優點是建筑構件部品在工廠加工制造，利用機械設備加工制造，工作效率高，精度和質量有保障。

工業化預制建造的缺點：

成本高

在預制建筑出現的初期，工業化建筑產品成本低于傳統古典建筑。而今天 用預制混凝土大板形式建造的住宅和辦公大樓的成本通常高于常規建造技術建造的建筑物。究其原因，鋼筋混凝土墻是比砌體墻成本更高。預制梁、板結構上大都是簡支梁而非連續梁，因而需要較大的用鋼量。此外，預制件的連接點通常復雜，有些須采用昂貴的不銹鋼材料連接。如果使用保溫夾芯板構造，節點更加復雜，大板縫隙的密封處理也會導致額外的費用。大體量的預制板的運輸導致更高的運輸成本。

缺少個性化

工業化預制建造技術的缺點是任何一個建設項目，包括建筑設備、管道、電氣安裝、預埋件都必須事先設計完成，并在工廠內預安裝到混凝土大板內，只適合大量重復建造的標準單元。而標準化的組件導致個性化設計降低。

德國現代建筑工業化建造技術主要可分為三大體系 ：

預制混凝土建造體系

預制鋼結構建造體系

預制木結構建造體系

4.1 預制混凝土建造體系

4.1.1 預制混凝土大板體系

雖然20世紀中葉以后德國有大量混凝土預制大板建造的居住區項目，但這類項目今天看來大部分不太受歡迎，如今預制混凝土大板建造技術在德國已遭拋棄，從1990年代以后基本沒有新建項目應用。

取而代之的是追求個性化的設計，應用現代化的環保、美觀、實用、耐久的綜合技術解決方案，滿足使用者的需求。通過精細化的設計，模數化設計，使大量建筑部品可以在工廠內加工制作，并且不斷優化技術體系，如可循環使用的模板技術，疊和樓板（免拆模板）技術、預制樓梯、多種復合預制外墻板。因地制宜，不追求高裝配率。

4.1.2 預制混凝土疊合板體系

德國大量的建筑是多層建筑。現澆混凝土支模、拆模，表面處理等工作需要人工量大，費用高，而混凝土預制疊合樓板、疊合墻體作為樓板、墻體的模板使用，結構整體性好，混凝土表面平整度高，節省抹灰、打磨工序，相比預制混凝土實體樓板疊合樓板質量輕，節約運輸和安裝成本，因而有一定市場。有資料顯示混凝土疊合預制板體系在德國建筑中占比達到50%以上。 采用這種裝配結構體系，外立面形式比較靈活。由于德國強制要求的新保溫節能規范的實施，建筑保溫層厚度在20cm以上。從節約成本角度考慮，采用復合外墻外保溫系統配合涂料面層的建筑居多。

圖19  采用預制混凝土疊合樓板、墻體體系建造的住宅1

圖20  采用預制混凝土疊合樓板、墻體體系建造的住宅2

圖21 采用預制混凝土疊合樓板、墻體體系建造的住宅3

圖22  由德國國家建筑技術研究院審核批準的一種混凝土疊合板建造體系的節點構造1

圖23  由德國國家建筑技術研究院審核批準的一種混凝土疊合板建造體系的節點構造2

圖24  由德國國家建筑技術研究院審核批準的一種混凝土疊合板建造體系的節點構造3

圖25  由德國國家建筑技術研究院審核批準的一種混凝土疊合板建造體系的節點構造4

4.1.3 預制混凝土外墻體系

2012年在柏林落成的Tour Total大廈，代表了德國預制混凝土裝配式建筑的一個發展方向。

該項目建筑面積約2.8萬平米，高度68米。外墻面積約1萬平米，由1395個、200多個不同種類、三維方向變化的混凝土預制構件裝配而成。每個構件高度7.35米，構件誤差小于3mm，安裝縫誤差小于1.5mm。構件由白色混凝土加入石材粉末顆粒澆鑄而成， 精確、細致地構件、三維方向微妙變化富有雕塑感的預制件，使建筑顯得光影豐富、精致耐看。

圖26  德國Tour Total大廈建筑效果圖

圖27  德國Tour Total大廈細節1

圖28  德國Tour Total大廈細節2

圖29  德國Tour Total大廈預制構件示意

圖30  德國Tour Total大廈預制構件1

圖31 德國Tour Total大廈預制構件2

圖32  德國Tour Total大廈細節3

圖33  德國Tour Total大廈構件安裝節點

4.2 預制鋼結構建造體系

4.2.1預制高層鋼結構建造體系

高層、超高層鋼結構建筑在德國建造量有限，大規模批量生產的技術體系幾乎沒有應用市場。同時高層建筑多為商業或企業總部類建筑，業主對個性化和審美要求高，不接受同質化、批量化、缺少個性的裝配式建筑。另一方面，近年來高層、超高層鋼結構建筑的承重鋼結構、以及為每個項目專門設計的復雜精致的幕墻體系，都是采用工業化生產、到現場安裝的建造形式。因此可以歸納到個性定制化裝配式建筑。

法蘭克福德國商業銀行總部大樓是德國為數不多的高層鋼結構建筑。鋼制構件和金屬玻璃幕墻采用工業化加工、現場安裝方式建造。

圖34  法蘭克福商業銀行塔樓實景

圖35  法蘭克福商業銀行塔樓構件示意

圖36  法蘭克福商業銀行塔樓局部效果1

圖37  法蘭克福商業銀行塔樓局部效果2

獲得德國2012年鋼結構建筑獎的帝森克虜伯總部大樓，代表德國近年來鋼結構建筑的一個發展方向。由于混凝土結構優異的防火、隔聲、耐久、經濟實用等性能，以及現代建筑技術能夠成熟地利用混凝土結構優異的蓄熱性能，來滿足愈來愈高的建筑節能和室內舒適度要求，使混凝土或鋼混結構成為德國高層建筑最主要的結構形式。建筑核心筒和樓板通常采用現澆混凝土形式、梁和柱采用鋼材、鋼混或混凝土形式，以滿足承載、防火、隔聲、熱惰性等綜合技術要求；建筑外墻、隔墻地面、天花等部品則大量采用預制裝配系統。

圖38  帝森克虜伯總部大樓建筑效果1

圖39  帝森克虜伯總部大樓局部1

圖40  帝森克虜伯總部大樓局部2

圖41  帝森克虜伯總部大樓局部3

圖42  帝森克虜伯總部大樓局部4

2014年落成的歐洲央行總部大樓，一定程度上代表了德國高層辦公建筑發展的特點。項目位于法蘭克福，建筑高度185米。采用雙塔形式，兩棟塔樓之間形成一個巨大的室內中庭，中間用鋼結構設置多層連接平臺，布置綠化和交往空間。建筑結構為現澆鋼筋混凝土，以滿足承載、防火、隔聲、熱惰性等綜合技術要求；高性能的全玻璃幕墻、隔墻、樓面、天花等采用預制裝配系統。

圖43  法蘭克福歐洲央行總部大樓建筑效果

圖44  法蘭克福歐洲央行總部大樓施工

圖45  法蘭克福歐洲央行總部大樓連廊構件吊裝

圖46  法蘭克福歐洲央行總部大樓示意

4.2.2 預制多層鋼結構建造體系

漢諾威VGH保險大樓采用一種模塊化、多層鋼結構裝配式體系建造。由承重結構、外墻、內部結構和建筑設備組成。基本構件：樓板5.00mx2.50m，厚度20cm（可加長到10.00m），墻板3.00mx1.25m，厚度15cm。樓板和墻板由U型鋼框架和梯形鋼板構成，表面防火板。樓面地面可采用架空雙層地面構造。 樓板和承重墻板之間采用螺栓固定，并用柔性材料隔絕固體傳聲。

墻板之間可作為窗、門、百葉等。非承重隔墻采用輕鋼龍骨石膏板墻體。

圖47  漢諾威VGH保險大樓效果

圖48  漢諾威VGH保險大樓模型

圖49  漢諾威VGH保險大樓剖面

圖50  漢諾威VGH保險大樓節點構造1

圖51  漢諾威VGH保險大樓節點構造2

圖52  漢諾威VGH保險大樓節點構造3

圖53  漢諾威VGH保險大樓節點構造4

圖54  漢諾威VGH保險大樓局部1

圖55  漢諾威VGH保險大樓局部2

有特殊要求的多層建筑項目亦有采用預制裝配形式建造。法蘭克福SQUAIRE商業綜合體內部功能包括商業零售、餐飲、酒店、辦公等。建筑位于法蘭克福機場高鐵站上方，因為需要橫跨鐵路線，因而建筑整體坐落在鋼絎架之上，為減輕重量，建筑結構進行了多方面優化設計。鋼結構和幕墻體系采用工業化生產現場安裝形式建造。

圖56  德國法蘭克福機場高鐵站SQUAIRE商業綜合體效果1

圖57  德國法蘭克福機場高鐵站SQUAIRE商業綜合體效果2

圖58  德國法蘭克福機場高鐵站SQUAIRE商業綜合體局部效果

圖59  德國法蘭克福機場高鐵站與SQUAIRE商業綜合體示意

4.3 預制木結構建造體系

德國小住宅領域（獨棟和雙拼）是采用預制裝配式建造形式最高的領域，而其中大量采用的是木結構體系。木結構體系之中又細分為木框板結構、木框架結構、層壓實木板材結構三種形式。

4.3.1 木框板結構

承重木框架與抗剪板體是木框板結構建筑的特點。

框體采用實木，最好是構造用全實木（KVH）形式。板材主要由木材或石膏板材料構成。標準化的木截面和標準化的板材尺寸使加工生產和建造得到優化。實木框架和板材有機組合，形成的墻壁、樓板和屋頂結構體系，能夠有效地吸收和承載所有垂直和水平荷載。木框板結構建筑自重輕，保溫層位于木框材料厚度之間，因而建筑顯得輕盈。

要達到被動房的節能水平，需要增加外側或內側保溫材料，這一步可以在工廠預先完成。外墻部分可以選擇裝飾木材面板、面磚、或保溫層加涂料等形式。

圖60 現代高效保溫預制木框板墻體結構

圖61  預制木框板結構裝配體系構件生產過程

圖62  用預制木框板結構裝配體系建造的小住宅項目1

圖63  用預制木框板結構裝配體系建造的小住宅項目2

圖64  用預制木框板結構預制裝配體系建造的多層居住建筑

在工廠預制的墻體等板材中，已經預先安裝好建筑的保溫隔熱、隔蒸汽層和氣密層，以及建筑上下水、電氣設備管線、或預留穿線和接口空間。工廠預組裝的組件還包括建筑的外門和窗戶。工地上的工作包括: 建筑上下水管線和電氣線路的連接，瓷磚、地板、粉刷、室內門等。預制裝配建筑，可以保證質量、控制成本，大大縮短了施工周期: 通常在地下室或建筑地面板完成之后五個星期內可入住。

計算機控制、自動化生產、現代化的生產組織優化使工業化預制木構住宅不斷完善進步。

預制木結構建筑質量有嚴格保證，每件預制產品在出廠時都有質量檢測合格標識。

除了小住宅建筑之外，木框板結構在辦公建筑、幼兒園、多層住宅、商業建筑等領域也有應用。

4.3.2 木框架結構

木框架結構體系是指垂直承載的木制柱和水平承載的木制梁組成的木結構體系。木材大多采用工程用高質量的復合膠合木（Brettschichtholz），跨度可達5米。這種工程用復合膠合木，也被用來建造大跨度體育館等建筑。輔助性木結構，如樓板次梁、檁條等則采用構造用實木。

用木框架結構體系建造的房屋，其外墻板也具有保溫隔熱層，隔蒸汽層和氣密層，但木框架結構體系中的內外墻板不承擔任何結構作用。建筑物的抗剪由木制、鋼制斜撐或剛性樓梯間承擔。由于墻體是填充性構件，因而墻體可隨意布置并在未來輕松更改，樓板也可方便設置挑空構造。建筑內部空間靈活流動，開窗位置與面積靈活，采光和景觀好。

圖65  典型木框架結構體系建筑細部

圖66  預制木框架體系構建加工

圖67  預制木框架體系建筑部品在工地進行安裝

圖68  用預制木框架結構體系建造的獨立式小住宅項目1

圖69  用預制木框架結構體系建造的獨立式小住宅項目2

圖70  用預制木框架結構體系建造的獨立式小住宅局部

圖71 用預制木框架結構體系建造的多層居住建筑

圖72  用預制木框架結構體系建造的多層辦公建筑

4.3.3 層壓實木板材結構

層壓實木板材結構建筑近十年來得到快速發展。實木板材結構采用交叉層壓木材（Brettsperrholz），有很好的結構承載性能，可以加工制成樓板、墻體、屋面板。現代化的計算機控制切割機床，能夠輕松切割出任何需要的洞口和形狀。層壓實木板材結構不受建筑模數限制，可以創造出獨特的、純凈的空間，受到建筑師、結構工程師和業主的青睞。

層壓實木板材結構，同以上兩種木結構形式一樣，可以在工廠加工預制，到現場組裝。

圖73  層壓實木板材結構建筑

圖74  層壓實木板材結構構件存放