影响预制混凝土体系在美国应用的因素

干问题是需要重点解决的。在建筑设计过程中，应引起建筑师特别重视的是，不但要避免由于其生产的重复性，使建筑设计单调，而且还应避免由于缺乏足够的设计能力，产生裂缝、渗水、保温差和接缝不合格等生产质量问题。尽管预制混凝土体系，会产生些问题，但是，在建设项目中，还没有出现由于采用预制混凝土体系，使这些建筑项目和建筑性能受影响的社会舆论。有些建筑师认为，大多数采用传统方法不能实现的复杂建筑形式，采用预制方法是很容易实现的。但是，也有建筑师声称，由于受到预制混凝土体系模数化的限制，会影响其建筑创意。有些建筑师认为，预制混凝土构件往往没有很多变化形式，因为生产大量形式不同的预制构件，生产成本就要大于现浇。而另一部分建筑师则坚持认为，预制混凝土体系的应用，会激发设计的灵活性。

　　问卷要求承包商、建筑师和生产商回答，采用预制混凝土体系时，是否会影响建筑创意？大多数生产商（90%）认为，采用用预制混凝土体系时，会提高建筑创意，而大多数承包商（71%）和建筑师（62%）认为，采用用预制混凝土体系时，会使建筑创意受到“某种程度”的影响。两次对采用预制混凝土体系是否会影响建筑创意的调查显示，影响程度的观念并无明显差异。

　　生产商与承包商和建筑师之间存在明显差异有两个原因，其一是生产商把这样的调查视为一次展示预制混凝土技术能力，促进其产品应用的机遇，而设计师和承包商为了满足采用预制混凝土体系的建筑要求，会经历种种困难。其二是生产商明显比设计师和承包商更关注预制混凝土能满足建筑要求的程度。建筑师和承包商缺乏对预制混凝土体系包容性的关注，可能是由于前面所述的，在美国大学中，缺乏充分的正规化教育和/或缺乏预制混凝土体系的应用经验。

　　从结构分析的观点出发，预制混凝土体系最重要的缺陷是其在高地震荷载中的抗震性能。根据Priestley 和Tao（1993 年）的研究，在美国地震区域中，由于预制混凝土体系在地震中所表现出的不确定性，使其应用受到限制。当然，1995年日本神户大地震中，预制混凝土结构的性能极佳。但是，1992年、1994年和1999年三次发生在土耳其的地震中，预制混凝土建筑的抗震性能远差于现浇混凝土建筑。在土耳其的预制混凝土建筑，均产生了巨大的变形，并由于接点的破坏，使建筑物严重损毁。另一方面，根据Camba和 Meli 1993年进行的框架结构研究，1985年墨西哥大地震中，预制混凝土结构的接点和其他部位，都无明显的破坏迹象。1994年诺斯里奇(Northridge)地震中，大多数近地震中心的预制混凝土结构，只有很小的变形，而有些非地震中心的预制混凝土结构，却遭到严重破坏。近年来，这些预制混凝土结构在地震中所表现出的出乎意料和变化无常的性能，是对Arditi等人2000年所持结论的有力支持。他们认为，即使在最严重的地震情况下，只要所用的结构形式更严格地遵守建筑规范的要求，该结构就能获得足够的安全等级。

　　近年来开展的若干研发项目，大多数都受到PCI和美国国家科学基金的赞助，目的是编制出用于预制/预应力混凝土结构的完整抗震设计方法。根据这些研究结果，建筑规程日益严格。举例来说，对2005年版ACI318-05 （美国房屋建筑混凝土结构规范）要求作出了重大的修改。在若干研究中，对这些修改对预制混凝土结构的抗震影响，进行了全面的讨论。除此之外，2004年出版的第六版PCI设计手册，也作出了很大的更新，以反映出建筑规范中许多重大的变化。

　　问卷要求设计师和生产商，对地震中预制混凝土体系性能的安全等级分类—“优”、“良好”、“差”或“不稳定”，作出答复。所有生产商都认为预制混凝土体系的性能“良好”，82%的设计师也持同样的观点，没有持“差”的设计师，仅18%的设计师认为，预制混凝土体系性能“不稳定。对于该问题，生产商和设计师之间存在微小的差异，原因可能是生产商缺乏一定的客观性。总之，生产商是盈利性的组织，他们理所当然地不希望自己所投资的产品受到批评。另一方面，与1995年的调查相比，生产商和设计师对预制混凝土结构在临界荷载状态下安全性的答复，是相当鼓舞人心的。

　　1995年调查中，85%的生产商认为预制混凝土结构的性能“良好”，15%认为“不稳定”。仅40%的设计师认为预制混凝土结构的性能“良好”，32%持反对观点，认为性能“差”。本次调查，生产商和设计师对预制混凝土结构在地震荷载下的性能，有明显向好的转变。这种观念的积极转变，正是由于前面所述的，近年来建筑规范的变化所致。说明近年来的种种努力，极大地有助于提高预制混凝土体系的抗震性能，同时也缓解了设计师所困扰的，在地震过程中，预制混凝土结构可能产生破坏问题。

[Page]　　运输

　　预制构件的运输成本与交货过程中使用的车次成正比。车次主要受构件的重量、尺寸以及运输车的载重量影响。运输单价则直接受生产厂与施工工地间运距的影响。另一个对运输有约束力的是，桥梁和道路允许的载重量和高宽度，以及隧道和地下道的水平宽度和垂直净空高度。此外，交通运输的拥挤程度，也会给承包商带来问题。由于预制混凝土构件是体大量重的材料，这些构件的运输费相当高。公路管理署规定的重量和尺寸限制，也会约束设计师的创意，迫使他们在设计预制混凝土构件时，把所用构件的尺寸，限制在规定的范围内。

　　问卷要求设计师回答，运输的有关限制是否会对预制混凝土设计带来不利的影响，仅8%的设计师认为，运输的有关限制对设计有“很大”的不利影响，61%的设计师认为有一定的影响，31%的设计师认为毫无影响。本次对该问题的调查表明，目前有69%的设计师认为运输的有关限制，对预制混凝土设计略有不利影响，而1995年的调查时，在一比例是52%。产生这样差异的原因可能是，业主对更为功能性和美观的建筑（比如大跨度高层建筑）的需求不断增加，需采用大量体大量重的预制构件，而早期的混凝土预制构件，主要使用在低层工业建筑中。目前，有些工程项目中，采用的构件跨度超过20米，单件构件的重量也近30吨，因此，使设计师承受从未有过的来自运输限制的压力。当然，只要对运输物流供应进行全面的规划，来自运输限制的困难是可以解决的。

　　问卷要求生产商回答，运输成本对其是否参与预制混凝土工程项目的决策，起关键的作用。19家生产商有9家（47%）表示有影响。1995年调查时的这一比例为71%。其余53%认为，运输成本对其决策毫无影响。

　　工会政策

　　在预制混凝土供应链中，工会政策不会起关键的作用。但是，他们应被视为一种有可能阻碍美国施工市场上，广泛使用预制混凝土结构的因素。因为在建筑项目中，采用预制混凝土结构，会大幅度降低施工现场的工作量，而工会往往会通过他们与承包商谈判协议中所包含的预制条款规定，来保护他们的工会会员。

　　问卷要求承包商回答，在其建筑项目中，采用预制混凝土构件时，工会是否持消极态度。高达85%的承包商表示，工会几乎很少或从不反对采用预制混凝土体系。其余15%则表示，工会有时会反对，但是，没有承包商表示工会会“常常”或“始终”反对采用预制混凝土体系。这一调查结果，与1995年的调查结果是一致的。

　　问卷要求工会回答，他们是否会对施工现场采用预制构件，设置某些限制。12家工会中有11家（92%）对此问题选择“从不”，剩下的1家则选择“几乎很少”的答复。当问他们在劳务合同中，是否有对预制进行限制，来保护其工会会员将来有可能被解雇的条款。所有工会对此问题的回答都选“无”。该调查结果与1995年的很相似，因此，可得出这样的结论，目前建筑业的工会，不会设置任何障碍来 

因可能是设计师和承包商更愿意与持有PCI资格证书的生产商合作。
●    与1995年相比，当今美国大学中有关预制混凝土体系的教育仍不充分，大多数应答者都对有关预制混凝土体系的结构和建筑材料的课程设置不满意。
●    预制混凝土体系在结构和建筑方面薄弱的教育，导致专业设计师人数的下降，仅31%的设计事务所声称，他们聘用了专门从事预制混凝土体系设计的专业人员，而在1995年的比例为40%。
●    大多数承包商和设计师都认为，采用预制混凝土体系会影响建筑创意，但是，不十分严重。另一方面，大多少生产商则认为，采用预制混凝土体系会提高建筑创意。但是，其目的是令人怀疑的，这些调查结果基本与1995年相同。
●    当今，设计师已不把预制混凝土建筑在地震中的性能，视为差和不稳定的。当今大多少设计师相信，预制混凝土建筑的性能在地震中是良好的，这种积极的变化，正是由于近年来PCI在建筑规范方面作出了巨大的贡献。
●    车载尺寸/重量的限制，对预制混凝土体系设计的影响，与1995年相比，变化不大。出现的很小差异是由于业主不断增长的对较大的跨度和体大量重构件的需求。
●    当今，建筑业工会没设置任何阻碍使用预制混凝土体系的障碍。1995年时，有此障碍。工会和承包商都声称，对在施工现场采用预制混凝土构件无异议。
●    在施工阶段，项目参与各方之间的全面沟通是充分的，但是，在设计阶段，设计师和生产商之间的相互交底还有待进一步改进。这项调查结果与1995年是一致的。
●    93%的承包商认为，采用预制混凝土体系可节省施工成本，该比例比1995年高。承包商观念的积极变化，可能是由于在设计和施工阶段的良好沟通，以及生产商利用先进的信息技术和提供价格较低的预制混凝土构件。
●    应答者声称，预制混凝土建筑住户对建成设施表现出有有保留的满意。但是，住户对预制混凝土建筑的这种有保留的满意度，并不意味着对预制混凝土体系的应用会带来一定程度的负面影响，1995年的调查情况也是如此。
●    大多数应答者都预期，在不久的将来，预制混凝土体系在美国的应用会增长。

[Page]　　结语

　　虽然采用预制混凝土体系具有明显的优点，但是，它在建筑施工市场上的占有率很低。本项研究旨在调查当前美国建筑施工市场上，影响预制混凝土体系应用的各种因素，并查明在过去的11年间，这些影响因素发生的变化。采用和1995年相同的调查问卷，发送给承包商、设计师、生产商和工会，并将调查结果与1995年的进行对比分析。

　　前文中所提及的调查结果显示，大多数有利于预制混凝土体系广泛应用的先决条件，其中有1995年时就早已存在的，也有在之后的11年中仍站主导地位的，或变得更好的。比如：承包商和设计师更愿意与持有PCI资质证书的生产商合作；预制混凝土构件兼容配套问题也越来越少；PCI不断致力于预制混凝土体系的标准化；建筑美学的限制也不再是主要的问题；工会的政策似乎已不构成主要的障碍；住户满意在预制混凝土建筑中工作和生活。此外，1995年时存在的某些阻碍预制混凝土体系广泛应用的障碍不是消失，就是大幅减少，诸如：设计师已不把预制混凝土建筑在地震中视为性能差或不稳定的建筑。承包商注意到，与1995年相比，当今采用预制混凝土体系，可节约更多的施工成本。另一方面，当今仍存在某些和1995年时相同的，会阻碍预制混凝土体系广泛应用的制约因素，比如：当今仍缺乏能利用预制混凝土构件，进行设计和管理建筑施工的专业人才。这种缺乏专门技术知识的主要原因，似乎仍是当今美国大学的工程和建筑系，缺少对预制混凝土体系课程的设置。缺少这方面专业工程师和建筑师，就会在设计中迷失方面，模棱两可，使生产中出现的问题，比1995年时更多。此外，车载量对构件的尺寸和重量限制的影响，也比1995年时更大。

　　重视未来和现有活跃的预制混凝土体系专业人才，将有助于预制混凝土体系的推广和应用。可通过编制全面覆盖预制混凝土体系在结构、建筑和管理方面的新教材，可通过提供预制混凝土体系的实际操作经验和理论知识，可通过确认这些教材成为大专院校的建筑和土木工程系本科和研究生总体课程的一个组成部分，就可以向未来的工程师提供有关预制混凝土体系的全面知识。这些教材的内容可从三个主要方面展开，其一是教学性的参观访问：教师可组织参观访问预制混凝土生产厂和施工工地，使学生不但能看到预制混凝土构件的技术特征和生产过程，而且还能看到这些构件的性能，广泛应用情况以及预制混凝土构件供应链的管理情况。其二是工程应用案例研究：对工程应用实例的研究方法，已被证明是一种很有用的教学工具，而且可通过使用多媒体和万维网网络，得到进一步的提高。实例研究可开创一种新的教育方式，即把真实的设计和施工问题引入课堂，其中包括：施工现场设备的操作和详细的施工方法，使学生更好，更详细地从规划、设计到施工的全过程，了解一个工程项目。其三是课外作业：教学性的参观访问和工程应用案例研究后，向学生布置课外作业，要求学生设计一个复杂的预制混凝土建设项目，这对全面提供预制混凝土体系知识，有至关重要的作用。

　　可通过公司内的培训课程、继续教育课程或更广泛的种种努力，诸如各种由PCI提供的有用资源，造就掌握这些预制混凝土体系的现有活跃专业人才。预制混凝土体系会在美国扎下根，未来的应用，也会不断增长。
    
　　本项调查研究有益于预制混凝土行业的参与者，有助于他们掌握阻碍预制混凝土体系应用的主要原因，使他们重视其他各参与方会遇到的种种问题，并指导他们消除影响这些体系发展和推广的障碍。

　　（顾耀臣 编译自《Journal of Construction Engineering and Management》March 2008 P.169-177）