建筑可循环 | 积跬步,以致千里

October, 23, 2020

2020年8月,佩克集团为了评估预制混凝土结构之间螺栓连接的可拆卸性和荷载传递性, 与欧陆集团(Eurofins, 全球领先的科学分析和检测检验机构)合作测试,进行了一系列可拆卸性和承载力测试。测试结果表明预制结构的螺栓连接可在不影响性能的情况下实现建筑构件循环使用。

2020年8月,佩克集团为了评估预制混凝土结构之间螺栓连接的可拆卸性和荷载传递性, 与欧陆集团(Eurofins, 全球领先的科学分析和检测检验机构)合作测试,进行了一系列可拆卸性和承载力测试。测试结果表明预制结构的螺栓连接可在不影响性能的情况下实现建筑构件循环使用。

 

拆除建筑产生的不再是建筑垃圾

按占地面积,城市只占全球地表面积的3%,但却使用了75%的资源,并产生了全球60-80%的温室气体。无可厚非,城市在全球经济向可持续性转型的过程中有着举足轻重的地位,或是促进,或者阻挡。然而在城市建设中令人进退维谷的是,人们一方面希望寻求更可持续的解决方案,但却在其他的建筑要求上不愿做出妥协。人对更美好舒适的生活需求似乎是不可逆的。

在近十几年里,建筑节能的话题日渐兴盛,多数的工作重点放在运营和围护上。许多投资者和开发商通过DGNB、LEED或BREEAM等方案认证建筑,以此体现环保意识。现在绿色建筑认证计划在最终用户的层面也得到越来越多的关注度,取得了很大进展。

同时越来越多的人也注意到了,建筑业不仅占用全球能源的40%,更是占据了全球废弃物总量的30%。这让很多人从更完整的周期来思考建筑业的整体经济理念和可持续规范。整体经济效益并不仅仅局限于建筑物的运行和维护,还涉及到建筑材料的拆除和再利用,无论是完整的混凝土构件和一些子构件。通俗地说,这就是循环经济。循环经济是当下全球建筑业的最新流行语。

 

建筑可循环,从理论到实践

拆除建筑后不再产生建筑垃圾,而是变成可以重新使用的建筑构件,听起来或多或少有些梦幻。混凝土是构成承重结构的主要建筑材料,因此混凝土相关的企业在这项使命上责任重大。这涉及到整个产业链的思维重构,不仅是在生产和施工环节,而是从开发商到建筑师、工程师、承包商和供应商,以及在拆除、再利用,尤其是重建阶段,都需要持有可持续和循环思维。

装配式建筑的发展确实是为这项革命性的工程铺垫了不错的基础,这让拆卸再利用变成了可能。但是,我们不禁要思考,要循环使用一个混凝土构件,在初始建造中要付出多大的代价?比如要重新使用一面墙体构件,在原始建筑的设计、制造和施工过程中要有多大的改变呢?人们普遍认为,所涉及的改变是巨大的,颠覆性,甚至可能需要重塑整个产业链。

然而,真是这样吗?有没有可能是一些相对较小的、简单的改变,但却起到了颠覆性的效果?将来有可能从一个完整的单元建筑中拆卸出独立的建筑元素,从而最大程度保留混凝土构件的价值。

佩克作为预制连接技术的先行者,从数年前就开始思考这个问题,并于2020年正式设立建筑可循环的研发团队。连接技术对于装配式建筑而言,是影响巨大的“小”部件,那么在建筑循环这个问题上,连接技术可以带来怎样举重若轻的改变呢?

 

变革也可以举重若轻

由于整体结构荷载传递的需要,预制混凝土构件之间的连接是非常关键和必要的。长期以来,预制构件大多通过预留现浇的做法连接,通常使用套筒灌浆连接和波纹管浆锚搭接等湿式连接技术来确保受力钢筋的连接性。但由于这样的设计方法,就不可能在不破坏构件本身的情况下拆卸它们。试想下另一种可能性,如果预制混凝土构件是通过螺栓连接固定的,那么构件的拆卸重用也就有了可能。这种连接技术和原理在钢结构上是总所周知的,但将其应用于混凝土结构对许多人来说是一个新的想法。

预制混凝土结构的螺栓连接技术可在不影响结构性能的前提下实现建筑构件循环使用。

为了评估采用螺栓连接技术的预制混凝土结构的可拆卸性和荷载传递性,佩克进行了一系列试验:可拆卸性和节点承载力。

两个试验系列中使用了相同的预制柱和连接细节。基础结构使用了两种不同类型的佩克锚固螺栓:HPM®锚固螺栓和带套筒的COPRA®锚固螺栓。 

可拆卸性试验于2019年底在佩克芬兰的厂区进行。拆卸和重新组装预制构件的实践中表明,螺栓连接技术不仅可以使得预制混凝土构件方便、快速地安装,而且可以轻松地拆卸。COPRA®套筒螺栓在重复利用混凝土柱和基础构件方面,有特别的优势。

节点承载力性能试验于2020年1月在欧陆集团(Eurofins,全球领先的科学分析和检测检验机构)的实验室进行。在逐级提高加载剪力的情况下,通过测量柱端位移来评价节点的性能。两种连接节点均表现出出色的延性,在大变形时达到了很高的极限荷载。

这些试验结果证明,采用螺栓连接技术的预制混凝土结构可以认为是可拆卸的,而不会影响其节点承载能力。

这些测试是佩克朝着循环和可持续解决方案的未来迈出的第一步,但却是坚定的一步。虽然目前研究真实展示了成功的希望-螺栓连接技术似乎是预制混凝土结构经济再利用的关键,但重复使用的性能还需要由第三方进行验证。

 

第一个遵循循环原则的建筑-丹麦圆屋项目 

将循环经济理念融入其中的一个很好的例子是丹麦奥胡斯市利斯比格的Circle House项目。这是一个社会住房项目,其目标是保留至少90%的建筑材料的再利用价值。这是世界上第一座按照循环原则建造的公共住房建筑。这意味着,除其他事项外,建筑可以再次拆卸,使用过的物品几乎可以重复使用而不会损失价值。
该项目预计于2023年完工。这个项目将是一个示范,表明根据已知的混凝土建造原则,建筑也可以实现循环经济的结果。通过设计合适的构件连接细节,您可以通过有可能拆卸和重用的混凝土构件来设计建造一个完整的建筑。它可以给建筑行业带来循环建设的新经验。

该项目得到丹麦环境技术发展和示范计划(MUDP)和Realdania建筑创新计划的支持。

佩克的循环建造的解决方案确保了该项目的建筑材料能最大程度保留其再利用价值。该项目包括:

  • 四种类型的预制楼板和墙板构件 (bullet)
  • 便捷的机械连接 (bullet)

这样的连接设计考虑到了原始建筑的施工便捷性,以及日后拆卸、运输、再设计和再安装时的可行性和方便性。

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