裝配式建筑混凝土結(jié)構(gòu)建造技術(shù)進展

劉永欣

( 聊城大學 建筑工程學院，山東 聊城 252000 )

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科技與應(yīng)用

裝配式建筑混凝土結(jié)構(gòu)建造技術(shù)進展

劉永欣

( 聊城大學 建筑工程學院，山東 聊城 252000 )

介紹了裝配式建筑的分類及應(yīng)用，說明了各自的優(yōu)缺點；總結(jié)了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)連接方式的分類，詳述了不同企業(yè)的代表性裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建造技術(shù)，最后提出了建筑工業(yè)化發(fā)展中的問題以及未來的發(fā)展方向。

裝配式建筑；混凝土結(jié)構(gòu)；建造技術(shù)

1裝配式建筑的分類及應(yīng)用

裝配式建筑(Precast Structure)，用預(yù)制混凝土的構(gòu)件通過可靠的連接方式在施工現(xiàn)場裝配而成的混凝土結(jié)構(gòu)。

1.1砌塊建筑

用預(yù)制的塊狀材料砌成墻體的裝配式建筑，這種建筑從某種程度上來說算不上裝配式，這種類型適用范圍比較小，多用于農(nóng)村的民居建設(shè)，可以通過適當?shù)脑黾铀嗟膹姸然蛘咪摻畹呐渲寐?，來增加層?shù)。砌塊類型有多種，根據(jù)體積劃分有小型砌塊、中型砌塊、大型砌塊，其用途也有相應(yīng)的區(qū)別。小型砌塊可以人工運輸，但需要較多勞務(wù)人員；中型砌塊可靈活運用吊車等燃油機械，提高效率，縮短工期；大型砌塊由于預(yù)制構(gòu)件的發(fā)展和自身的缺陷已被取代。此種類型的建筑中，砌塊之間的接縫扮演著很重要的角色，主要采用水泥砂漿砌筑，節(jié)能、降耗、環(huán)保。

1.2板材建筑

由預(yù)制的大型內(nèi)外葉墻板、樓板和屋面板等板材裝配而成。板材建筑由于其自重較小，且整體性較好，大大提高勞動生產(chǎn)率和防震能力。建筑內(nèi)的設(shè)備管線進行綜合設(shè)計，盡量減少平面交叉，要集中布置，同時滿足維修更換要求。在防水構(gòu)造上，防水施工前，應(yīng)將板縫空腔清理干凈，密封材料嵌填應(yīng)飽滿、密實、均勻、順直、表面光滑。

1.3盒式建筑

盒式建筑顧名思義像盒子一樣的建筑，每個戶型都是由不同的盒子組成。這種工業(yè)化程度更高，根據(jù)盒子內(nèi)部裝修程度的大小，在進行裝配時也大不相同。有些盒子內(nèi)部裝修非常完整，只有預(yù)留的能源線路沒有連接，只要連接皆可入住。盒式建筑根據(jù)其內(nèi)部盒子承重核心不同分為全盒式、板材盒式、核心體盒式、骨架盒式。

1.4骨架板材建筑

骨架板材顧名思義是由由預(yù)制的骨架和板材組成。這類結(jié)構(gòu)在現(xiàn)澆式中用的比較多，承重體系主要有梁柱承重體系和板柱結(jié)構(gòu)承重體系。內(nèi)墻一般均為非承重墻，內(nèi)部開間可以根據(jù)自己的裝修來做，自由靈活。

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是全部或部分剪力墻采用預(yù)制墻板構(gòu)建成的，具有足夠的剛度。骨架板材建筑中節(jié)點的連接也是尤為重要，節(jié)點的受力分析、節(jié)點處接縫的處理都是關(guān)鍵問題。不同節(jié)點處要根據(jù)不同環(huán)境和施工條件來選擇不同的節(jié)點連接方式。

1.5升板和升層建筑

由于施工環(huán)境和施工方法的改變，骨架承重結(jié)構(gòu)體系中的板柱結(jié)構(gòu)體系，就是升板和升層建筑中的一種。這種建筑是在底層混凝土地面上重復(fù)澆筑各層樓板和屋面板，豎立預(yù)制鋼筋混凝土柱子，以柱為導(dǎo)桿，用放在柱子上的油壓千斤頂把樓板和屋面板提升到設(shè)計高度，加以固定[1]。此時外墻有多鐘選擇，現(xiàn)澆預(yù)制皆可，根據(jù)施工條件選擇最佳方案。由于升板建筑大部分工作在地面進行，同時為保證安全和減少垂直運輸、高空作業(yè)，所以前期工作需付出大量的心血，但此后可以節(jié)約大量的人力物力財力，主要從模板、腳手架和減少施工面積來考慮。由于升板建筑的特殊性，其樓板一般采用無梁樓板，樓板與柱子的連接有預(yù)留孔道最后統(tǒng)一澆筑，類似于疊合板。升板建筑柱距一般較大，樓板承載力也非常好，多用作大型建筑以及跨度較大的商場等。升層建筑以升板建筑為依托，一般都是在底層建筑面安裝好再整體提升，這樣工速度施工速度可以大大提高，縮短工期。

2預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)連接的分類

2.1國外提出的連接分類

1997年的美國統(tǒng)一建筑規(guī)范(UBC97)[2]，將框架連接簡化為兩類：整體連(Monolithic Connection)和強連接(Strong Connection)。整體連接顧名思義連接為一整體，包括各種連接，其性質(zhì)類似于現(xiàn)澆式。所謂“強連接”，是指預(yù)制構(gòu)件的連接部位的抗彎能力較強，地震作用下當構(gòu)件中指定的非線性區(qū)域出現(xiàn)彈塑性變形時，連接部位仍能保持彈性[3]。

新西蘭將框架節(jié)點的連接形式分為4種[4]：預(yù)制連續(xù)梁穿過現(xiàn)澆柱、現(xiàn)澆混凝土柱與預(yù)制混凝土梁、預(yù)制T型梁與現(xiàn)澆柱、預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件與預(yù)制U型薄壁梁的連接。

2.2國內(nèi)提出的連接方式分類

2009年，深圳市住房和建設(shè)局發(fā)布的《預(yù)制裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》提出的預(yù)制混凝土的連接方式分類為：疊合梁的連接，柱、剪力墻的連接，疊合板的連接，樓梯板的連接，預(yù)制外墻掛板的連接[5]。

2014年，《裝配是混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》主要推薦了在美國認為是機械連接的鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)和我國本土根據(jù)我國國情自主研發(fā)的漿錨搭接技術(shù)，采取合理適當?shù)拇胧┛梢詫崿F(xiàn)等同于現(xiàn)澆的要求。

3裝配式建造技術(shù)實例應(yīng)用

新型建筑工業(yè)化的核心是工業(yè)化生產(chǎn)方式。目前的建筑技術(shù)體系包括主體結(jié)構(gòu)成套技術(shù)、裝飾裝修成套技術(shù)、設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)。主體結(jié)構(gòu)技術(shù)為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)、裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件豎向連接技術(shù)。預(yù)制構(gòu)件受力鋼筋的連接方式主要有鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)和漿錨搭接連接技術(shù)。下面對龍信集團、中南集團、宇輝集團、遠大住工、寶業(yè)西偉德、北京萬科等先進建設(shè)集團做簡單介紹。

3.1龍信集團核心技術(shù)

(1)在100米以下公共建筑中采用預(yù)制裝配式框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，柱、梁、疊合板、樓梯、陽臺預(yù)制裝配，剪力墻現(xiàn)澆。在100米以下的裝配式領(lǐng)域的民用居住建筑中采用預(yù)制裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，疊合板、樓板、陽臺預(yù)制，外墻非暗柱部分預(yù)制并采用少量套筒連接，暗柱部分采用預(yù)制外墻模(PCF)，結(jié)構(gòu)層現(xiàn)澆，內(nèi)墻采用預(yù)制成品板拼裝。

(2)在6層及以下多層建筑、別墅項目，與中國建筑科學研究院下屬的中國建筑技術(shù)集團合作研發(fā)、設(shè)計開發(fā)的新型輕鋼輕混結(jié)構(gòu)住宅體系，如圖1所示。

圖1 整體式盒子

3.2中南集團(New Precast Concrete)技術(shù)體系

中南集團積極學習國外先進技術(shù)，同時結(jié)合我國本土設(shè)計優(yōu)勢，取其精華,創(chuàng)新提出了New Precast Concrete技術(shù)體系。相鄰構(gòu)件的連接:樓層內(nèi)相鄰預(yù)制剪力墻之間采用整體式接縫連接；屋面以及立面收盡的樓層，應(yīng)在預(yù)制剪力墻頂部設(shè)置封閉的后澆鋼筋混凝土圈梁；各層樓面位置，預(yù)制剪力墻頂部無后澆梁時，設(shè)置連續(xù)的水平后澆帶；上下層預(yù)制剪力墻的豎向鋼筋，采用鋼筋套筒灌漿連接和鋼筋漿錨搭接連接，如圖2所示。

圖2 預(yù)制與現(xiàn)澆位置

3.3宇輝集團預(yù)制混凝土剪力墻技術(shù)

宇輝集團的標志性技術(shù)——裝配整體式預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)，是以剪力墻豎向連接專利技術(shù)為依托發(fā)展而來的。其預(yù)制構(gòu)件主要包括豎向剪力墻板、水平疊合樓板、樓梯板以及陽臺等，如圖3所示。

圖3 剪力墻的豎向連接

裝配整體式預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件形式簡單、制作方便，但同時存在構(gòu)件尺寸大自重大，需配置較高要求的吊裝設(shè)備以及構(gòu)件形式單一等問題[6]。

3.4遠大住工完成世界首例全裝配式建筑實體抗震實驗

由遠大住宅工業(yè)集團有限公司進行的世界首例全裝配式建筑實體抗震實驗。實驗采用了1∶1的實物，實驗地點在遠大住工長沙麓谷研發(fā)制造基地。在實驗現(xiàn)場，285平方米的三層別墅楓丹白露成為此次抗震試驗的主角，分別模擬6、7、8、9度四個級別地震場景進行了實驗。采用了遠大住工獨創(chuàng)的混凝土螺栓卯榫結(jié)構(gòu)體系，在吸收傳統(tǒng)精髓的基礎(chǔ)上，糅合了中華傳統(tǒng)工藝的精華與現(xiàn)代科學的制造方式，造出來的房子具有高度的抗震性，能將地震帶來的傷害降到最低。

3.5合肥西偉德疊合板技術(shù)及預(yù)制構(gòu)件制作過程

歐洲在裝配式建筑領(lǐng)域發(fā)展較早也發(fā)展較好，尤其是德國的疊合板預(yù)制混凝土建筑系統(tǒng)技術(shù)，這包括了疊合式樓板、疊合式墻板以及預(yù)制樓梯等。

疊合式樓板由底層預(yù)制板和格構(gòu)鋼筋組成，可作為后澆混凝土的模板；疊合式墻板一般由混凝土結(jié)構(gòu)層、鍍鋅鋼絲網(wǎng)片、聚苯板保溫層、鍍鋅鋼絲網(wǎng)片、細石混凝土外保護層制作而成。

圖4 疊合式樓板

合肥西偉德對德國的先進技術(shù)進行了全方位的學習，預(yù)制構(gòu)件過程如下：清掃臺模、自動標線系統(tǒng)、自動噴灑脫模劑、安放邊框、磁鐵固定、安放鋼筋、自動布料機布料、鋪設(shè)保溫層、鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)片并澆筑第二層混凝土、振搗趕平表面、磨平砂光、養(yǎng)護房蒸汽養(yǎng)護、脫除邊框、液壓頂升側(cè)立構(gòu)件、脫模、運輸?shù)匠善范逊艆^(qū)，構(gòu)件制作完成。其構(gòu)件預(yù)制設(shè)備先進、制作精良，但由于其引進時間較晚、預(yù)制構(gòu)件形式簡單，目前僅應(yīng)用于地下車庫結(jié)構(gòu)中。同時，疊合式墻板兩側(cè)預(yù)制板在設(shè)計中未考慮，因而，存在與PCF技術(shù)相同的問題。

3.6萬科集團裝配式技術(shù)

萬科集團較早即開始了工業(yè)化住宅建造技術(shù)的探索和試點，向高端企業(yè)學習，目前主要形成了兩大技術(shù):

(1)Precast Concrete技術(shù)，該技術(shù)主要用于全預(yù)制混凝土構(gòu)件，如陽臺、樓梯、空調(diào)板、衛(wèi)生間、部分內(nèi)隔墻板等。

(2)Precast Concrete Form技術(shù)，即預(yù)制混凝土模板技術(shù)，該技術(shù)主要用于預(yù)制混凝土剪力墻外墻模板以及疊合樓板的預(yù)制板等。

Precast Concrete技術(shù)對變形、抗拉、延性、防火、抗拉能力等有了較好的處理，在裝飾裝修、保溫及窗框與墻板整體預(yù)制，窗框滲水問題上有了良好的改進，同時減少了現(xiàn)場濕作業(yè)量。Precast Concrete Form技術(shù)主要處理了外墻模板問題，減少了外圍腳手架以及模板的支設(shè)，減少了內(nèi)部滿堂架的支設(shè)，大大節(jié)約了人力物力財力，同時提高了安全性。

4結(jié)語

為落實“節(jié)能、降耗、減排、環(huán)?！钡幕緡撸瑢崿F(xiàn)資源、能源的可持續(xù)發(fā)展，推動我國建筑產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化進程，須大力發(fā)展建筑工業(yè)化。國內(nèi)眾多建筑企業(yè)要積極適應(yīng)新常態(tài)，學習新知識，爭取在我國裝配式建筑領(lǐng)域做出應(yīng)有的貢獻，同時要積極探索，勇于突破，將國外的先進標準規(guī)范合理地運用到我國，多次進行仿真實驗和實體模擬，形成適合業(yè)內(nèi)良性發(fā)展的新規(guī)范。對于目前建筑現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)化存在的主要瓶頸和問題：一是頂層制度設(shè)計欠缺； 二是技術(shù)體系與標準規(guī)范滯后；三是新型結(jié)構(gòu)技術(shù)體系不夠成熟；四是產(chǎn)業(yè)鏈能力較弱；五是部分地區(qū)主管部門和從業(yè)者認識不足；六是中西部地區(qū)普遍缺乏產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)。對于未來裝配式建筑混凝土結(jié)構(gòu)建筑現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展思路：首先是加大經(jīng)濟政策支持力度、加快技術(shù)政策統(tǒng)籌規(guī)范；同時政府性投資項目要先行試點，積極引領(lǐng)市場化推進，以城市為主體全面系統(tǒng)推進；最后要加大力度培育產(chǎn)業(yè)化基地企業(yè)，加強行業(yè)培訓，鼓勵企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

[1]劉鈞慧.栓接太空板承載力分析及連接設(shè)計研究[D]. 北京交通大學，2012.

[2]GHOSH SK；Suzanne Dow Nakaki；Kosal Krishman.Precast structures in regions of high seismicity[J].In 1997 UBC DesignProvision .1997(06).

[3]雎文靜.預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)的連接方法概述[J].四川建材.2011(06).

[4]Robert Park.A perspective on seismic design of precast concrete structures in new zealand[J].PCI Journal，1995.

[5]深圳市住房和建設(shè)局預(yù)制裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[S]. 2009.

[6]郭正興，董年才，朱張峰.房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建造技術(shù)新進展[J].施工技術(shù),2011(11).

(責任編輯：孫 強)

Prefabricated Construction of Concrete Structure Construction Technology Progress

LIU Yongxin

( Architecture and Civil Engineering, Liaocheng University, Liaocheng, Shandong 252000, China )

This thesis describes the classification and application of the assembly building, indicates their advantages and disadvantages, summarizes the classification of precast concrete connection mode, details representation of different enterprises prefabricated concrete structure construction technology. Finally, it discusses the development of industrialization in the building issues and future directions.

prefabricated buildings; concrete structure; construction technology

2016-06-15

劉永欣(1989- )，男，山東沂水人，碩士研究生。

TU113.6+61

A

1671-4385(2016)05-0096-04