預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的分析和研究

徐振霖

（安徽建筑大學(xué)，安徽　合肥　230022）

預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的分析和研究

徐振霖

（安徽建筑大學(xué)，安徽合肥230022）

預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)是建筑工業(yè)化最具代表性的結(jié)構(gòu)形式之一，在我國的發(fā)展趨勢正日漸佳境.應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展的要求，同時為了降低勞動力成本提高工程建設(shè)效率，達到節(jié)能環(huán)保的目的，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系在建筑工業(yè)化生產(chǎn)中顯示了其突出地位，其應(yīng)用前景也越來越被人看好，與此同時預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的抗震性能也隨之得到更多的關(guān)注，本文將對預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的問題進行分析研究.

預(yù)制裝配式；抗震性能；設(shè)計方法

1　緒論

1.1研究背景、目的及意義

在我國，建筑業(yè)的發(fā)展已經(jīng)進入了一個非常成熟的階段，各項建設(shè)技術(shù)、施工機械以及施工方案等都已經(jīng)運用的游刃有余.但隨著我國“五位一體”發(fā)展需求的提出，同時為了減小建筑業(yè)對于環(huán)境的影響、節(jié)省資源消耗，就要求將低碳、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念融入到工程建設(shè)的過程當(dāng)中，當(dāng)下正迅速發(fā)展的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)具有高效管理和轉(zhuǎn)變建設(shè)模式國務(wù)等特點.

用預(yù)制的構(gòu)件直接在工地進行裝配而成的建筑稱為裝配式建筑.相比于傳統(tǒng)工程建設(shè)中存在的諸多弊端，各類預(yù)制結(jié)構(gòu)體系具有質(zhì)量穩(wěn)定可靠、施工快、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，通過省去設(shè)計中部分不必要的階段，縮短對工程設(shè)計的周期，這就同時使得預(yù)制和裝配技術(shù)成為傳統(tǒng)的工程生產(chǎn)方式.

1.2住宅產(chǎn)業(yè)化研究和發(fā)展

1.2.1國外住宅產(chǎn)業(yè)化

20世紀(jì)中期，房屋對于當(dāng)時的歐洲來說需求量十分巨大，為了保證人們的住房問題，裝配式結(jié)構(gòu)房屋便成為了一些國家的主要目標(biāo)，也就這樣形成了一批具體的、全面的、系統(tǒng)的房屋體系，此后工業(yè)化建筑也遍布了歐洲的其他國家，甚至蔓延到了一些發(fā)達國家，比如美國等等.時至今日，科學(xué)技術(shù)水平已經(jīng)達到了一個新的高度，伴隨著的便是房屋工業(yè)化生產(chǎn)在西方國家的又一個高潮.

1.2.2國內(nèi)住宅產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀

我國的住宅產(chǎn)業(yè)化雖然起步比別的國家晚，但在經(jīng)歷了一段時期的發(fā)展和進步之后已經(jīng)進入到了一個關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折期.目前發(fā)展的首要問題就是怎樣一改以往土地單一的開發(fā)模式，使得住宅產(chǎn)業(yè)在注重質(zhì)量和效率的基礎(chǔ)上實現(xiàn)資源的合理利用，品質(zhì)與能效并存的建筑產(chǎn)品越來越受到大眾的追捧.

住宅產(chǎn)業(yè)化的興起為建筑領(lǐng)域帶來了一場前所未有的改革，它不僅大大提高了建筑業(yè)工業(yè)化程度，生產(chǎn)效率也發(fā)揮到了極致，這樣就極大縮短了工程的建設(shè)周期.此外，工業(yè)化的推廣也減輕了工人的勞動強度，使得住宅質(zhì)量和居住水準(zhǔn)都得到了保障.工業(yè)化的應(yīng)用領(lǐng)域不僅僅局限于住宅本身，一些公共建筑的未來發(fā)展中也可以加入建筑工業(yè)化的元素.伴隨著工業(yè)化的推廣以及其廣泛的適用性會引領(lǐng)建筑行業(yè)新的變革，這將給社會的發(fā)展和人們的生活帶來耳目一新的感受.

1.2.3我國住宅產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)與需求

住宅產(chǎn)業(yè)化就是生產(chǎn)方式的產(chǎn)業(yè)化、科技成果的產(chǎn)業(yè)化，通過實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化來節(jié)約原材料和能源、提高住宅質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)力、改善勞動強度等.現(xiàn)如今，住宅產(chǎn)業(yè)化的進步離不開建筑產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)模式的改善和優(yōu)化，只有通過找尋一種適合房屋工業(yè)化的全新模式和方法才能實現(xiàn)從單一的追求速度和數(shù)量轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量和效益并重的模式上來.

目前在我國住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進程中急需建立住宅標(biāo)準(zhǔn)，同時也要研究各種組裝技術(shù)，使相同的部品可以組裝出不同類別的住宅，從而有助于推動工業(yè)化生產(chǎn).

2　現(xiàn)今預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展?fàn)顩r

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)等諸多結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成了如今的工業(yè)化住宅體系.考慮到我國的經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r、人們的生活習(xí)慣以及建筑材料的來源，預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在我國產(chǎn)業(yè)化住宅市場占據(jù)了很大比例的份額.對于預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)和預(yù)制鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)可謂是其兩大基本形式.

預(yù)制裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點有很多，比如：施工速度快、項目成本低、滿足可持續(xù)發(fā)展要求，同時可以改善居住的健康和安全性.可是在實際運用中，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)卻仍無法得到充分的應(yīng)用，原因是在部分工程中預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)完全無法適應(yīng)強度和烈度的要求.在我國，由于預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究資料不是很多，相關(guān)規(guī)范也不成體系，更是影響了其在住宅建筑中的應(yīng)用.

2.1預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系

2.1.1目前的建筑結(jié)構(gòu)體系

現(xiàn)今的建筑結(jié)構(gòu)體系按材料可分為混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu).建筑結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件可分為水平布置的構(gòu)件和豎向布置的構(gòu)件，水平布置的構(gòu)件包括梁、板、剛臂等，豎向布置的構(gòu)件包括柱、支撐、剪力墻、筒體等.基本構(gòu)件會因為材料、布置、建造方式等的不同，形成滿足不用使用和性能要求的各種構(gòu)件，如梁因材料不同可分為鋼梁、型鋼混凝土梁、鋼筋混凝土梁等，按作用位置的不同，支撐可以分為中心支撐、偏心支撐等，按施工方式的不同，板可分為現(xiàn)澆板、疊合板和預(yù)制板等.

2.1.2我國發(fā)展裝配式住宅的實踐

混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)在預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系中得到了非常普遍的運用，對于混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)兩者而言，無論是從經(jīng)濟方面還是從技術(shù)方面混凝土結(jié)構(gòu)體系都應(yīng)該作為裝配式結(jié)構(gòu)體系最主要的部分.然而相比于現(xiàn)今的建筑結(jié)構(gòu)體系，預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系能利用的范圍還比較有限，因此對預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)工程的要求也遠遠比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)工程嚴(yán)格的多.

一些實際工程正是推動住宅產(chǎn)業(yè)化和房屋工業(yè)化的關(guān)鍵因素，但這些新的工藝手段卻仍然有許多的不足，因此對裝配式結(jié)構(gòu)體系展開全新的探索與發(fā)現(xiàn)已經(jīng)成為亟需解決的問題.

2.2現(xiàn)有的裝配式建筑存在的問題

還這樣一個發(fā)展還不是很完善的階段，仍存在以下問題：

2.2.1技術(shù)體系不完備.目前的房屋建筑還是主要以裝配式混凝土剪力墻住宅、框架結(jié)構(gòu)住宅還有其他房屋類型的裝配式結(jié)構(gòu)住宅為主，但是由于其發(fā)展不均衡，技術(shù)不完備等缺陷，還應(yīng)進一步對其加強研究.

2.2.2對于裝配式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方面的研究仍舊有很多缺陷.目前裝配式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)部位的做法還有很多缺陷和不足，比如：有關(guān)鋼筋墻板之間的連接件的技術(shù)并不完善、主要的裝配剪力墻豎向鋼筋連接即套筒灌漿連接對其所需材料的作用考慮不周全以及很多其他形式的剪力墻結(jié)構(gòu)接縫之間的連接形式單一引起的問題等等.

2.2.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范支撐不夠.關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在很早的時候它的重要性就早已經(jīng)被建筑行業(yè)所有人認(rèn)同，可是由于很多實際原因?qū)е轮两褚踩杂性S多空白的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，他們只是徒有其表，卻急需補充和完善.

2.3技術(shù)是新型裝配式結(jié)構(gòu)體系發(fā)展必不可少的因素

2.3.1新型裝配式結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)變

與傳統(tǒng)的住宅產(chǎn)業(yè)化流水生產(chǎn)模式不同，新型裝配式結(jié)構(gòu)體系的住宅產(chǎn)業(yè)化成功的避開了傳統(tǒng)模式難以滿足群眾個性化要求的缺點，利用住宅產(chǎn)業(yè)化本身的技術(shù)特點，建立一種全新的能夠滿足群眾不同需求的可變的模式，實現(xiàn)從傳統(tǒng)的流水生產(chǎn)模式向適應(yīng)各類群眾需求的可變生產(chǎn)模式的重大轉(zhuǎn)變.雖說目前的新型裝配式結(jié)構(gòu)體系也只做到了部分預(yù)制，但它勢必要向住宅產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)展，所以我們應(yīng)當(dāng)更廣泛的去發(fā)展新型裝配式結(jié)構(gòu)體系，逐步實現(xiàn)全面的住宅產(chǎn)業(yè)化.

2.3.2科研手段是發(fā)展新型裝配式結(jié)構(gòu)體系有力武器

利用力學(xué)原理進行計算從而建立新型裝配式結(jié)構(gòu)體系的主要設(shè)計模型，以建筑物自身的特點和適應(yīng)性為主要依據(jù)，通過科研的手段對新型材料、工具和先進的技術(shù)進一步的探索其具體的構(gòu)造形式.新型結(jié)構(gòu)體系是否合理，新型節(jié)點的設(shè)置是否簡便可靠，都是試驗必須研究的問題，進一步的研究實現(xiàn)更完備的施工方法和技術(shù)要求已經(jīng)成為當(dāng)前最重大的課題.

3　對預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)性能的研究

3.1現(xiàn)今預(yù)制裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的研究狀況

早在20世紀(jì)60年代，預(yù)制裝配式鋼筋混凝土墻板結(jié)構(gòu)就已經(jīng)在歐洲迅猛發(fā)展起來，該結(jié)構(gòu)是預(yù)制裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的形式之一，隨后該結(jié)構(gòu)進入中國市場；與此同時，預(yù)制裝配式大板結(jié)構(gòu)體系未能在地震過程中取得良好的表現(xiàn)，因而其抗震性能還有待提高；直到20世紀(jì)90年代，美國和日本研制出了無粘結(jié)后張拉預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，該結(jié)構(gòu)最突出的特點就是抗震性能和自恢復(fù)能力良好；預(yù)制疊合剪力墻結(jié)構(gòu)體系是把現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)與裝配式結(jié)構(gòu)的有機結(jié)合，也是從現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)發(fā)展到裝配式結(jié)構(gòu)的一個必經(jīng)的階段；此外還有很多具有新型結(jié)構(gòu)形式的預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，他們的抗震性能也正在進一步的發(fā)展當(dāng)中.

3.2對預(yù)制裝配式鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的常規(guī)性能分析研究

預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)從以下幾個方面對其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)技術(shù)進行研究：

3.2.1結(jié)構(gòu)體系的研究.目前預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)被大量的運用于我國房屋建筑中，做到充分符合住宅產(chǎn)業(yè)化的要求，對先進的國外裝配式結(jié)構(gòu)的思想同化，對預(yù)制裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的不斷完善以及對一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系的簡化是研究此類結(jié)構(gòu)形式的必然要求.

3.2.2關(guān)于預(yù)制墻接縫連接設(shè)計技術(shù)的研究.在裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的建設(shè)過程中，需對期間產(chǎn)生的接縫的施工過程、結(jié)構(gòu)特性以及操作流程等進行仔細的分析研究，然而無論是水平還是豎直接縫都會對工程結(jié)構(gòu)的整體性能產(chǎn)生一定的影響.

3.2.3關(guān)于預(yù)制裝配式大板結(jié)構(gòu)的研究.如果建筑只有六層或不到六層，工程中一般會采用預(yù)制裝配式大板結(jié)構(gòu)體系.這種結(jié)構(gòu)體系施工過程更簡單，更安全，實用性更強.通過理論和試驗研究這種結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)和性能，用以確定其設(shè)計方法和適用范圍.

3.2.4關(guān)于裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的研究.通常情況下，預(yù)制裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能較差，由于地震作用導(dǎo)致的構(gòu)件連接處和構(gòu)件本身的損害會耗費很多能量.通過在預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)中采取減震材料或是直接將預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計成隔震的構(gòu)造的方法，這樣就能非常有效的提高剪力墻結(jié)構(gòu)體系的抗震特性.然而如何更加有效的提高結(jié)構(gòu)的抗震特性，仍是一個需要進一步研究的問題.

通過對于預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻的一些試驗，可得出如下結(jié)論：

預(yù)制裝配式鋼筋混凝土墻板結(jié)構(gòu)整體性能的振動臺試驗研究及數(shù)值分析.研究表明：墻板之間水平接縫發(fā)生了剪切滑移和搖擺是大板結(jié)構(gòu)體系破壞最主要的原因，而能耗問題則完全取決于墻板之間的豎直接縫.

利用數(shù)值模擬和能力譜法研究了裝配式大板結(jié)構(gòu)的抗震性能.研究表明：預(yù)制樓板和預(yù)制剪力墻墻片的連接處是結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，地基的軟硬程度和基礎(chǔ)的埋置深度對節(jié)點錨固長度有顯著影響.淺基礎(chǔ)和軟土地基的整體抗震性能正是通過裝配式結(jié)構(gòu)得到了有效的保證.

3.3小結(jié)

相對于工程建設(shè)中其他普通的混合結(jié)構(gòu)而言，預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)具有較多的優(yōu)越性，比如：工業(yè)化程度較高、生產(chǎn)模式商品化、施工效率較高、自身重量較輕、結(jié)構(gòu)強度較高以及變形能力較強等等.對預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系的性能進行分析研究是為其實際運用的提供了重要保證.

4　結(jié)論與展望

4.1結(jié)論

在未來的幾十年內(nèi)，我國將把發(fā)展的焦點轉(zhuǎn)向城鄉(xiāng)建設(shè)當(dāng)中.雖然新型裝配式結(jié)構(gòu)體系目前還存在很多問題，我國與國際先進水平也仍具有差距，但從長遠來看，它是符合住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展方向的.隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展、環(huán)境壓力不斷增大、人力成本不斷提高、可持續(xù)發(fā)展深入人心，建筑工業(yè)化進程在我國將不可逆轉(zhuǎn).預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系是建筑工業(yè)化的重要實現(xiàn)方式，將得到進一步的研發(fā)和推廣應(yīng)用.

4.2不足和展望

目前預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的研究的發(fā)展已經(jīng)達到了一定的程度，但仍然還有許多問題有待解決，如：如何取得更加系統(tǒng)完善的關(guān)鍵技術(shù)，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和集成技術(shù)如何進行規(guī)?；膽?yīng)用，如何使得規(guī)?；茝V擺脫其他因素的限制，連接方式可靠性有欠缺等，但隨著技術(shù)發(fā)展和科學(xué)進步，以上問題都將在研發(fā)和實踐中得到很好的解決.

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TU375.4

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1673-260X（2016）07-0167-03

2016-04-22