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從PCI看裝配式“建筑”:預制/預應力混凝土的發展

北美地區預制/預應力混凝土行業快速發展的里程碑事件是1950年在賓夕法尼亞州費城建設的著名的核桃路大橋。

    跨的長度(結構的主跨為160英尺)

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    預應力混凝土的熱潮

    佛羅里達州(佛州亦被稱為陽光州)

      “陽光高架橋”        預應力混凝土斜拉橋

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    建于1982年,并于1987111日竣工,420日開放通車。
    最長一跨為1200英尺(366米),高出水面193英尺(58.8米)。橋塔的二十一根鋼纜穿過九英尺直徑的鋼管斜拉于橋身雙向行車帶間的中央隔離區上,支撐起300余件預制混凝土構件組成的整體結構。

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    路面寬度 28.7米(94英尺),路面凈空 58.8米(193英尺),橋下凈空 53.3 (175 feet)。   

    工程總耗資為2.4億美元。

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之前有座與之相同名字命名的鋼結構懸臂橋

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跨越坦帕灣

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      1970年代末,低松弛鋼絞線被引入。在橋梁方面,拼接梁、節段拼裝橋、斜拉橋以及懸臂梁橋得以快速發展。

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     1980年代,停車場結構中研發的雙T板(Pretopped double-tees)在磨損方面表現出預制預應力混凝土構件最優化耐久性。工廠澆筑混凝土比現場澆筑混凝土更耐用,因為它能夠以較低的水膠比和適宜的控制條件下進行澆筑。這種天然耐久性通過外加劑得以增強,提高混凝土的不透水性,抑制鋼筋腐蝕。

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    業主和建筑師對成品質量日益增長需求促進了新型表面材質和表面處理的發展。薄磚,石面板,以及多種不同紋理和顏色得以開發出來。采用超高強度混凝土、自密實混凝土、聚合物、碳纖維和高強度鋼等新興材料技術不斷提高該行業的能力。

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    預制/預應力混凝土一些重要且獨特的特點和優勢:

     1、建設速度快,地上建筑構件的生產可與地基基礎作業同時進行,地上建筑預制構件可常年安裝,不受惡劣天氣或額外養護需求影響。

     2、設計靈活性,大跨度的特點在建筑開放空間和大跨度橋梁的設計上體現靈活性。

     3、耐火性,提供了更高的安全性,降低保險費。

     4、耐久性,材料使用壽命長,在某些情況下可超過100年,降低全壽命周期成本。

     5、使用預應力,有效提高構件跨高比,改善其結構性能,并減少材料用量。

     6、立面多樣化,由各種紋理、顏色、產品以及插圖等可用選項,通過不同形狀和構造模仿花崗巖、石灰巖、磚和其他材料來實現立面多樣化。

     7、聲學控制,為居住著和用戶提供較好的的工作和生活條件。

     8、熱和能源效率,由于材料較高的熱質量,通過使用隔熱夾芯板來延長使用。

     9、可持續性,通過有效使用材料和能源資源來降低消耗。

     10、在工廠中生產,提高控制質量。

     11、模塊化建造和設計能力為滿足日后不同功能的需求的重復使用帶來可能。

     12、將冗余設計引入到建筑系統,以保證抗爆性能和結構完整性。

國內案例

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    南京醫科大學新校區是江蘇省大學校園內第一個由外國事務所設計的項目,也是國內校園內首個使用超大板塊輕質高強預應力混凝土板的項目,體量近15000平方米。

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    預應力混凝土預制掛板與玻璃、鋁復合板等建筑幕墻材料以不同的形式和顏色進行完美結合,隨著一天光感的變化,創造出不一樣視覺效果,特別是在夕陽西下之時,與鄰近的湖面形成一副和諧美妙的景象。

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國外案例      

    挪威登山中心

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    預制/預應力混凝土發揮優勢的要素

      1、預制混凝土實際上是一個簡支跨材料。然而,其持續性往往是通過有效地使用或不使用混凝土現場澆筑等合理設計連接來實現。

      2、構件的尺寸和形狀應考慮生產、運輸和安裝技術。

      3、混凝土是一種復合材料。在風和地震荷載、溫度變化、振動和耐火性等方面表現出較強的穩定性。

      4、通過重復使用實現經濟最大化。標準或重復部分應盡可能使用。

      5、最經濟有效的使用在很大程度上依賴于有效的結構布局和精心設計的連接細節。

      6、因徐變、收縮和溫度變化引起的體積變形,其潛在限制必須在每個結構中進行考慮。

      7、建筑混凝土預制板既可以用作飾面板,也可用作承重構件。它們可以被用來支持重力和橫向載荷。

      8、預應力提高了預制混凝土構件的經濟和的性能,但通常僅是通過長線臺座法的標準構件具有經濟可行性。


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