預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展

王 琳 王傳新 王志健

(1.煙臺(tái)大學(xué)，山東 煙臺(tái) 264005； 2.煙臺(tái)市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，山東 煙臺(tái) 264001； 3.煙臺(tái)市高新區(qū)建設(shè)環(huán)保局，山東 煙臺(tái) 264003)

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預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展

王 琳1王傳新2王志健3

(1.煙臺(tái)大學(xué)，山東 煙臺(tái) 264005； 2.煙臺(tái)市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，山東 煙臺(tái) 264001； 3.煙臺(tái)市高新區(qū)建設(shè)環(huán)保局，山東 煙臺(tái) 264003)

介紹了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境效益和抗震性能，指出預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)已成為住宅產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)研究方向，在建筑業(yè)的發(fā)展前景十分廣闊。

住宅產(chǎn)業(yè)化，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，環(huán)境效益，抗震性能

建筑業(yè)屬于我國(guó)勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，從過(guò)往到現(xiàn)在一直存在高污染、高能耗、低生產(chǎn)率等眾多問(wèn)題。由于這些問(wèn)題的存在及長(zhǎng)期積累，導(dǎo)致其對(duì)自然環(huán)境和社會(huì)造成的負(fù)擔(dān)越來(lái)越重，這些問(wèn)題產(chǎn)生的根源都同我國(guó)現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)傳統(tǒng)施工方式有關(guān)，為了解決以上現(xiàn)場(chǎng)施工的問(wèn)題，住宅產(chǎn)業(yè)化應(yīng)運(yùn)而生。住宅產(chǎn)業(yè)化，顧名思義，是針對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)建筑存在的問(wèn)題，提出的一種新型工業(yè)化生產(chǎn)模式。針對(duì)我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)傳統(tǒng)施工的問(wèn)題，住宅產(chǎn)業(yè)化大大減小了現(xiàn)場(chǎng)施工的工作量，并提高了資源利用率，最終將改善了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)條件及建筑項(xiàng)目質(zhì)量，符合我國(guó)提倡的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。住宅產(chǎn)業(yè)化已成為建筑業(yè)發(fā)展的重要方向[1,2]。

住宅產(chǎn)業(yè)化的基本條件便是采用工業(yè)化的建造方式，并且使住宅用構(gòu)件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，大力發(fā)展預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)是住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必要條件。近年來(lái)，隨著國(guó)家政策的扶持及建筑工業(yè)化的需求，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)得到了較快的發(fā)展。

1 預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況

預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)起源于歐洲，已有140多年的歷史。預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)因其生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、對(duì)環(huán)境影響小、可持續(xù)發(fā)展、工作條件好等優(yōu)點(diǎn)在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。在發(fā)達(dá)國(guó)家，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)已被用來(lái)建造各種類(lèi)型的建筑物，如地下停車(chē)場(chǎng)，工業(yè)廠房，住宅等[3]。

1.1 國(guó)外預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況

歐洲由于19世紀(jì)工業(yè)革命的緣故，城市化進(jìn)程得到加快，房屋需求量急劇增長(zhǎng)，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)也同時(shí)得到了飛速的發(fā)展。1875年6月，英國(guó)人William Henry Lascell于獲得的發(fā)明專(zhuān)利(2151號(hào))“Improvement in the Construction of Buildings”中提出了在結(jié)構(gòu)承重骨架上安裝預(yù)制混凝土墻板的建筑方案[4]，這是歐洲預(yù)制混凝土技術(shù)的起源的象征，這一建筑方案被廣泛應(yīng)用于普通農(nóng)村住宅。1878年，William Henry Lascell在巴黎博覽會(huì)上向世界展示了第一個(gè)革命性的采用預(yù)制混凝土技術(shù)的建筑，其承重構(gòu)件為木結(jié)構(gòu)，墻體采用了預(yù)制混凝土墻板。英國(guó)作為預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的起源，位于英國(guó)克羅伊登小街道于1882年建起了第一個(gè)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)建筑，其結(jié)構(gòu)形式類(lèi)似于William Henry Lascell在巴黎博覽會(huì)上展示的結(jié)構(gòu)形式，其骨架為木結(jié)構(gòu)，墻體和樓板為預(yù)制混凝土墻板，連接方式為螺栓連接[5]。

早期的預(yù)制混凝土建筑物主要是基于Lascell系統(tǒng)，而且預(yù)制混凝土外墻板主要用于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的施工，只作為分隔與圍護(hù)的作用而存在。第19世紀(jì)末，預(yù)制混凝土技術(shù)推廣到法國(guó)等歐洲國(guó)家，其中，法國(guó)重點(diǎn)研究推廣配筋預(yù)制混凝土并取得了較大成就。20世紀(jì)初，預(yù)制混凝土技術(shù)擴(kuò)散到美國(guó)。預(yù)制混凝土工業(yè)化生產(chǎn)模式符合當(dāng)時(shí)資本主義發(fā)展的要求，發(fā)展迅速，而美國(guó)的科學(xué)研究推動(dòng)了預(yù)應(yīng)力與預(yù)制混凝土技術(shù)結(jié)合。二戰(zhàn)結(jié)束后，歐美各國(guó)大量房屋需要重建，恰此時(shí)勞動(dòng)力匱乏，混凝土制作技術(shù)滿(mǎn)足時(shí)代需要。它已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如住宅樓，辦公樓，工業(yè)樓和公共建筑。到20世紀(jì)末，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑、水工建筑物、橋梁[2]等工程結(jié)構(gòu)中并發(fā)揮著重要作用。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)已得到充足的發(fā)展，在所有建筑中所占比例很大，其中，美國(guó)約為35%，歐洲約為35%～40%，日本則超過(guò)50%[6]。

1.2 國(guó)內(nèi)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展及應(yīng)用

在中國(guó)預(yù)制混凝土技術(shù)起步較晚，于建國(guó)初期有所發(fā)展，預(yù)制混凝土早期在中國(guó)主要由于當(dāng)時(shí)采用蘇聯(lián)模式的原則的影響，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)主要用于住宅、辦公樓、工業(yè)廠房等，在北京的典型樣板工程是第一建筑構(gòu)件廠[7]。

20世紀(jì)50年代后期～20世紀(jì)80年代中期，我國(guó)改變預(yù)制混凝土發(fā)展模式，開(kāi)始探索自己的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)之路，預(yù)制混凝土技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展。這一時(shí)期，許多單層工業(yè)廠房都采用了預(yù)制混凝土。80年代中期以后，在預(yù)制混凝土生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小，生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)相對(duì)落后，不能跟上中國(guó)經(jīng)濟(jì)和建筑業(yè)的發(fā)展步伐。由于當(dāng)時(shí)片面對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的追求，使預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量和使用功能?chē)?yán)重降低。特別是唐山地震中預(yù)制混凝土構(gòu)件的大量破壞，預(yù)制混凝土在地震區(qū)域的應(yīng)用受到嚴(yán)重限制，甚至一些地區(qū)明確禁止在地震區(qū)預(yù)制混凝土樓板使用[5]。在以上種種原因的影響下，我國(guó)預(yù)制混凝土技術(shù)進(jìn)入衰退期。20世紀(jì)末21世紀(jì)初，我國(guó)相繼頒布《關(guān)于推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，提高住宅質(zhì)量的若干意見(jiàn)》(國(guó)辦發(fā)[1999]72號(hào))和《國(guó)家住宅產(chǎn)業(yè)化基地試行辦法》(建住房[2006]150號(hào))等一些列推動(dòng)我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵性國(guó)家文件，預(yù)制混凝土又重新被重視。關(guān)于預(yù)制混凝土的研究與應(yīng)用工作不斷開(kāi)展，知名企業(yè)與高校、科研院所聯(lián)合進(jìn)行理論與試驗(yàn)研究，取得了豐富的成果，并且大力推動(dòng)科研與實(shí)踐相結(jié)合，采用預(yù)制混凝土技術(shù)的建筑越來(lái)越多。如萬(wàn)科深圳龍華保障性住房項(xiàng)目、南京江寧上坊保障房項(xiàng)目、浙江嘉興金色夢(mèng)想項(xiàng)目等[8]。

2 預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境效益

預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)建筑材料(如水泥、碎石、沙子、鋼材、木材等)不僅節(jié)約了采礦、加工、加工過(guò)程中的能耗，而且減少了能源消耗帶來(lái)的空氣污染。建筑材料不僅節(jié)約了自然資源，而且節(jié)約能源，已貫穿于建筑材料的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝的全過(guò)程。例如，在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工中，臨時(shí)支護(hù)、腳手架、模板等都會(huì)消耗大量的木材、鋼材。

預(yù)制及半預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)可有效減少現(xiàn)澆混凝土作業(yè)，結(jié)構(gòu)和建筑構(gòu)件實(shí)行工廠化生產(chǎn)，也可以將裝飾設(shè)計(jì)和施工一體化，有利于環(huán)境保護(hù)和減少施工擾民[9]。

3 預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能

采用預(yù)制混凝土技術(shù)可以建造輕質(zhì)混凝土結(jié)構(gòu)，減輕結(jié)構(gòu)重量，減少災(zāi)后的能耗和災(zāi)后重建，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了大量的工程研究和試驗(yàn)，可用于任何通用框架。為了解決地震區(qū)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，有助于預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的施工都可以采用拼裝預(yù)制構(gòu)件的做法來(lái)建造具有抗震能力的整體結(jié)構(gòu)[10]。

目前，我國(guó)建筑業(yè)作為勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，長(zhǎng)期存在高能耗、高污染、低生產(chǎn)率等諸多問(wèn)題。隨著時(shí)間的推移，對(duì)自然環(huán)境和社會(huì)造成的負(fù)擔(dān)越來(lái)越大，然而這些問(wèn)題的產(chǎn)生都與我國(guó)現(xiàn)有的傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)施工方式有關(guān)。住宅產(chǎn)業(yè)化作為一種新型工業(yè)化生產(chǎn)方式，大大減小了現(xiàn)場(chǎng)施工的工作量，提高了資源利用率、改善了生產(chǎn)條件和建筑質(zhì)量，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，成為建筑業(yè)發(fā)展的重要方向[11]。預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在地震區(qū)的應(yīng)用是對(duì)其抗震性能研究的重點(diǎn)，下文總結(jié)了在地震中預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的性能。

1968年3月，我國(guó)河北邢臺(tái)先發(fā)生兩次震級(jí)分別為6.8級(jí)和7.2級(jí)的大地震，震中烈度9度強(qiáng)和10度，地震波及周邊多個(gè)城市和地區(qū)，造成多人傷亡。北京市震感強(qiáng)烈，但預(yù)制大板結(jié)構(gòu)受地震影響較小，基本未發(fā)生破壞現(xiàn)象[12]。1985年9月，墨西哥西海岸的南太平洋發(fā)生了8.1級(jí)地震，沖擊波席卷了約數(shù)分鐘后的“橫掃”墨西哥城，造成多人傷亡。然而，大部分預(yù)制建筑物在地震中表現(xiàn)良好，幾乎沒(méi)有損壞，距震中30 km的預(yù)制大阪工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出良好的抗震性能[13]。1995年1月，日本大阪(Osaka)和神戶(hù)(Kobe)地區(qū)發(fā)生了里氏7.3級(jí)大地震。該地區(qū)的大部分混凝土墻板都是2層～5層的低矮建筑物，在地震中，預(yù)制件沒(méi)有發(fā)生損壞，只在接縫處的混凝土出現(xiàn)了輕微的剝落和開(kāi)裂現(xiàn)象[14]。2010年2月，智利比奧比奧省(BIO-BIO)發(fā)生里氏8.8級(jí)地震。地震中預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)破壞較嚴(yán)重，而帶預(yù)應(yīng)力的預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)(Unbounded Post-tensioned Precast Concrete Wall，簡(jiǎn)稱(chēng)“UPPCW”)和裝有耗能減震裝置的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在地震中表現(xiàn)良好[15]。2011年3月，日本東北部發(fā)生里氏9級(jí)地震，日本內(nèi)閣會(huì)議將其命名為東日本大地震。在地震中，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，預(yù)制混凝土構(gòu)件幾乎沒(méi)有發(fā)生破壞[16]。

4 結(jié)語(yǔ)

1)大力發(fā)展預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)是住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必要條件。2)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的環(huán)境效益，有利于可持續(xù)發(fā)展策略的實(shí)現(xiàn)；通過(guò)歷次的地震震害調(diào)查結(jié)果可知預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的抗震性能，在地震中破壞程度較輕，是一種良好的抗震結(jié)構(gòu)形式。3)21世紀(jì)是我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展的鼎盛時(shí)期，隨著國(guó)家政策對(duì)建筑工業(yè)化的大力扶持及國(guó)家建筑政策的進(jìn)一步完善，建筑材料性能的逐步提高和施工技術(shù)水平的不斷提高，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用前景廣闊。

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Development of precast concrete structures

Wang Lin1Wang Chuanxin2Wang Zhijian3

(1.Yantai University， Yantai 264005， China; 2.Yantai Construction Engineering Quality Inspection Station， Yantai 264001， China; 3.Yantai Construction Environmental Protection Bureau in High-Tech Zone， Yantai 264003， China)

This paper introduces the development actuality and application of precast concrete structure at home and abroad, and summarizes the environmental benefits of precast concrete structure and seismic performance, and points out the precast concrete structure has become the direction of the housing industry in key research direction.

housing industrialization, precast concrete structure, environmental benefit, seismic performance

1009-6825(2017)12-0043-02

2017-02-18

王 琳(1991- )，女，在讀碩士； 王傳新(1970- )，男，助理工程師； 王志健(1975- )，男，助理工程師

TU375

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