預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系發(fā)展綜述

田立奇  王昕嵐  蒙偉（陜西省建筑科學(xué)研究院 710082 西安）

    近年來，中國(guó)每年竣工的城鄉(xiāng)建筑總面積約20億m2，其中城鎮(zhèn)住宅超過6億m2，是當(dāng)今世界最大的建筑市場(chǎng)。長(zhǎng)期以來，我國(guó)混凝土建筑主要采用現(xiàn)場(chǎng)施工的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，工業(yè)化程度低、設(shè)計(jì)建造粗放、建筑材料損耗及建筑垃圾量大、建筑質(zhì)量不穩(wěn)定、建筑全壽命周期能耗高。

    節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境已經(jīng)成為我國(guó)國(guó)策，住宅建設(shè)同樣應(yīng)執(zhí)行這個(gè)國(guó)策，特別是住房的建設(shè)量增長(zhǎng)，居民對(duì)住房質(zhì)量的期望增高，更需要執(zhí)行這個(gè)國(guó)策，建設(shè)節(jié)能省地環(huán)保型住宅。而住宅產(chǎn)業(yè)化的道路才能保證“建設(shè)節(jié)能省地環(huán)保型住宅”。

    預(yù)制裝配式建筑體系是建筑工業(yè)化的重要組成部分，具有施工速度快、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，縮短住宅開發(fā)建設(shè)的周期，適應(yīng)住宅產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化的要求，是公認(rèn)的可持續(xù)發(fā)展技術(shù)。采用預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，可以有效節(jié)約資源和能源，提高材料在實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能和結(jié)構(gòu)性能方面的效率，減少現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)場(chǎng)地等環(huán)境條件的要求，減少建筑垃圾和對(duì)環(huán)境的不良影響，提高建筑功能和結(jié)構(gòu)性能，有效實(shí)現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)保”的綠色發(fā)展要求，實(shí)現(xiàn)低能耗、低排放的建造過程，促進(jìn)我國(guó)建筑業(yè)的整體發(fā)展，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的節(jié)能、減排目標(biāo)。

    一、預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

    預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是采用了先進(jìn)的工業(yè)化機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)的建筑形式,它利用起重機(jī)械和運(yùn)輸工具等現(xiàn)代化的生產(chǎn)工具將工廠機(jī)械化生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件組裝而成,其施工可以按照制造地址的不同分為兩個(gè)階段:在工廠中預(yù)制構(gòu)件的第一階段和在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝的第二階段。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)與現(xiàn)繞混凝土結(jié)構(gòu)建造方法的不同,由于其獨(dú)特的建造方法,它自身存在著一定的特點(diǎn)。

    （1）全面提升住宅的綜合質(zhì)量和品質(zhì)。

    （2）較大幅度地提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

    （3）節(jié)能降耗效果顯著。

    （4）有利于環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)文明施工。

    （5）減低建造成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

    二、預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)國(guó)內(nèi)外發(fā)展

    我國(guó)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)研究和應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代，直到20世紀(jì)80年代，在工業(yè)與民用建筑中一直有著比較廣泛的應(yīng)用。在20世紀(jì)90年代以后，由于種種原因，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用尤其是在民用建筑中的應(yīng)用逐漸減少，迎來了一個(gè)相對(duì)低潮的階段。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展、節(jié)能環(huán)保要求的提高、勞動(dòng)力成本的不斷增長(zhǎng)，近十年來我國(guó)在預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的研究逐漸升溫，國(guó)內(nèi)預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系有一定的應(yīng)用，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系在設(shè)計(jì)、構(gòu)建配件生產(chǎn)制作、施工安裝、質(zhì)量檢測(cè)及驗(yàn)收等方面各有側(cè)重，從事預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系的生產(chǎn)和施工企業(yè)的產(chǎn)品和服務(wù)各有側(cè)重，預(yù)制裝配化的發(fā)展程度各不相同。

    北美地區(qū)主要以美國(guó)和加拿大為主，由于預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)長(zhǎng)期研究和推廣預(yù)制裝配式建筑，預(yù)制混凝土的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也很完善，所以其裝配式混凝土建筑應(yīng)用非常普遍。北美預(yù)制建筑主要包括建筑預(yù)制外墻和結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件兩大系列，預(yù)制構(gòu)件的共同特點(diǎn)是大型化和預(yù)應(yīng)力相結(jié)合，可優(yōu)化結(jié)構(gòu)配筋和連接構(gòu)造，減少制作和安裝工作量，縮短施工工期，充分體現(xiàn)工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性特征。在20世紀(jì)，北美的預(yù)制裝配式建筑主要用于底層非抗震設(shè)防地區(qū)。     由于加州地區(qū)地震的影響，近年來非常重視抗震和中高層預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用技術(shù)。從理論和實(shí)踐角度系統(tǒng)分析了預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)問題。

    歐洲是預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)源地，無論是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的北歐、西歐，還是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的東歐，一直都在積極推行預(yù)制裝配式混凝土建筑的設(shè)計(jì)施工方式，積累了許多預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，形成了各種專用預(yù)制建筑體系和標(biāo)準(zhǔn)化的通用預(yù)制產(chǎn)品系列，并編制了一系列預(yù)制混凝土工程標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用手冊(cè)，對(duì)推動(dòng)預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在全世界的應(yīng)用起到了非常重要的作用。

    日本和韓國(guó)借鑒了歐美的成功經(jīng)驗(yàn)，在探索預(yù)制裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)施工基礎(chǔ)上，結(jié)合自身要求，在預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系整體抗震和隔震設(shè)計(jì)方面取得了突破性進(jìn)展。日本的預(yù)制裝配式混凝土建筑體系設(shè)計(jì)、制作和施工的標(biāo)準(zhǔn)也很完善。

    三、預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵技術(shù)

    對(duì)于預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)通過保證梁柱節(jié)點(diǎn)的性能使其與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)等同；否則，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析方法將變得非常復(fù)雜，難以在設(shè)計(jì)單位推廣應(yīng)用，成為制約應(yīng)用的最大問題。梁柱節(jié)點(diǎn)的連接可分為干式連接和濕式連接。采用干式連接法，可能實(shí)現(xiàn)承載力及剛度與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)類似，但是其延性及恢復(fù)力性能難以與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)等同，因此不能應(yīng)用于等同現(xiàn)澆的預(yù)制框架結(jié)構(gòu)中；采用濕式連接，即節(jié)點(diǎn)區(qū)主筋及構(gòu)造加強(qiáng)鋼筋全部連接，節(jié)點(diǎn)區(qū)采用后澆混凝土及灌漿材料將預(yù)制構(gòu)件連為整體，才可能實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)性能的等同。

    構(gòu)件的新型配筋設(shè)計(jì)技術(shù)研發(fā)高強(qiáng)及大直徑鋼筋的應(yīng)用將減少構(gòu)件中配筋數(shù)量，進(jìn)而簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)及拼縫處的連接構(gòu)造，降低施工難度，加快施工進(jìn)度，對(duì)促進(jìn)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用具有重要意義。

    結(jié)構(gòu)體系的抗震性能研究新型預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系在國(guó)內(nèi)地震區(qū)基本沒有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，更沒有經(jīng)過強(qiáng)震的考驗(yàn)；對(duì)預(yù)制裝配混凝土結(jié)構(gòu)的抗震安全性產(chǎn)生擔(dān)憂，也制約了該結(jié)構(gòu)體系的推廣應(yīng)用。因此，需要對(duì)結(jié)構(gòu)整體的抗震安全性進(jìn)行充分的試驗(yàn)研究及理論分析，提出適宜的抗震設(shè)計(jì)方法及抗震構(gòu)造措施。

    四、展望

    雖然我國(guó)目前關(guān)于預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的研究已經(jīng)取得一定的成果，但是仍然存在很多問題，為了更好地解決這些問題，我國(guó)針對(duì)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究工作，以提高工程質(zhì)量、縮短工期、減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染為目標(biāo)，推動(dòng)新型預(yù)制裝配式建筑體系在我國(guó)的推廣應(yīng)用，加快建筑生產(chǎn)的工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)    文徑網(wǎng)絡(luò)：雷丹 尹維維 編輯    劉真 文徑 審核)