預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展綜述

王偉玲

摘要：預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)是由預(yù)制構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)裝配而成，具有施工速度快、節(jié)能降耗等優(yōu)點(diǎn)，有利于建筑工業(yè)化和住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。由于預(yù)制構(gòu)件之間存在大量連接縫，故裝配式建筑結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接問(wèn)題成為裝配式結(jié)構(gòu)可靠與否的關(guān)鍵。本文簡(jiǎn)要總結(jié)國(guó)內(nèi)外裝配式建筑的發(fā)展概況和常用的節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)，指出了預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的研究方向和有待解決的問(wèn)題。

Abstract： The prefabricated building structure is assembled on site by prefabricated components. It has the advantages of fast construction speed， energy saving and consumption reduction， and is conducive to the development of industrialization of buildings and industrialization of housing. Due to the large number of joints between the prefabricated components， the problem of node connection of the fabricated building structure becomes the key to the reliability of the fabricated structure. This paper briefly summarizes the development of fabricated buildings at home and abroad and the commonly used node connection technologies， and points out the research direction and problems to be solved in prefabricated structures.

關(guān)鍵詞：裝配式；套筒灌漿；漿錨連接

Key words： assembled type；sleeve grouting；slurry anchor connection

中圖分類(lèi)號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）31-0286-02

0 引言

預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)是指在工廠預(yù)先加工好結(jié)構(gòu)圖紙所示的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，然后將其運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)起吊、安裝就位、節(jié)點(diǎn)連接形成整體的混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)對(duì)比現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以工廠預(yù)制，實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化，整體結(jié)構(gòu)可以施工現(xiàn)場(chǎng)裝配，實(shí)現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化，并且具有生產(chǎn)效率高、構(gòu)件加工精度高、節(jié)能、環(huán)保、施工進(jìn)度快、經(jīng)濟(jì)效益高、降低施工場(chǎng)地限制等優(yōu)點(diǎn)。為了保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性，整個(gè)裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有足夠的承載力、剛度和延性，以及抵抗地震、風(fēng)等動(dòng)荷載的能力，因此裝配式結(jié)構(gòu)相對(duì)比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題是預(yù)制構(gòu)件之間連接節(jié)點(diǎn)的問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)各國(guó)建筑結(jié)構(gòu)方面專(zhuān)家學(xué)者有關(guān)裝配式結(jié)構(gòu)的研究成果進(jìn)行歸納和分析，特別對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展及預(yù)制構(gòu)件之間的節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)方法進(jìn)行綜述。

1 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)在世界各地的發(fā)展概況

預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)起始于1920年，第二次世界大戰(zhàn)后，戰(zhàn)爭(zhēng)使得大量房屋遭到破壞，短時(shí)間內(nèi)需要修筑大量房屋，因此開(kāi)始了住宅產(chǎn)業(yè)化的興起，從法國(guó)到美國(guó)、日本、加拿大等各個(gè)國(guó)家，開(kāi)始了建筑工業(yè)化、住宅產(chǎn)業(yè)化之路。

1.1 歐洲預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展 法國(guó)是世界上最早推行建筑工業(yè)化的國(guó)家之一[1]。1960年法國(guó)建設(shè)科學(xué)技術(shù)中心開(kāi)始推行大型板式PCa構(gòu)法；1977年，法國(guó)成立建筑構(gòu)件協(xié)會(huì)，該協(xié)會(huì)的成立推動(dòng)了法國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

丹麥?zhǔn)撬邪l(fā)展預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的國(guó)家中首個(gè)采用模數(shù)化概念的國(guó)家，因此國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制定模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)參照了丹麥的模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 美國(guó)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展 美國(guó)于20世紀(jì)50年代開(kāi)始大力推廣預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)[2]。1962年預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土產(chǎn)品達(dá)到153萬(wàn)方。1954年成立的預(yù)制/預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)（PCI）主編的PCI手冊(cè)總結(jié)了預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工方面的經(jīng)驗(yàn)，作為美國(guó)裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的指南。美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)（ACI）還出版了多項(xiàng)專(zhuān)門(mén)的技術(shù)文獻(xiàn)，如：ACI550.1R-01《Emulating Cast-in-Place Detailing in Precast Concrete Structures》專(zhuān)門(mén)論述了裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)概念和受力鋼筋的連接技術(shù)。1977年頒布《美國(guó)統(tǒng)一建筑規(guī)范》UBC97指出，在高烈度地震區(qū)使用預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)確保結(jié)構(gòu)的承載力、剛度、延性等性能不低于同等條件下的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。2012年，PCI出版了《PCI預(yù)制及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)》（MNL-140），編制出詳細(xì)的鏈接構(gòu)造要求、施工技術(shù)方案、質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范。

1.3 日本預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展 日本1966年提出《住宅建設(shè)的工業(yè)化構(gòu)想》，開(kāi)始推行住宅產(chǎn)業(yè)化。1969年日本建設(shè)省工業(yè)技術(shù)研究院開(kāi)始實(shí)行《關(guān)于推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的五年計(jì)劃》，制定了住宅的基本尺寸和模數(shù)。日本借鑒歐洲的PCa構(gòu)法，研發(fā)出W-PC構(gòu)法。日本2002年版的標(biāo)準(zhǔn)《現(xiàn)澆等同裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南及解說(shuō)》中，具體并系統(tǒng)地提出了裝配式結(jié)構(gòu)的承載能力和正常使用的各項(xiàng)要求。

1.4 中國(guó)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展[3] 中國(guó)1959年引入蘇聯(lián)拉姑欽科薄壁深梁式大板裝配式建筑。80年代末，隨著商品混凝土的興起，大批農(nóng)民工作為廉價(jià)勞動(dòng)力涌入城市，技術(shù)、設(shè)備的發(fā)展等，使得原有的預(yù)制構(gòu)件缺少優(yōu)勢(shì)。90年代初裝配式結(jié)構(gòu)在中國(guó)基本消亡。

進(jìn)入21世紀(jì)后，裝配式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)重新得到體現(xiàn)，中國(guó)的裝配式結(jié)構(gòu)開(kāi)始重新崛起。2014年10月1日正式實(shí)施《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（簡(jiǎn)稱(chēng)JGJ1-2014），該規(guī)程中，預(yù)制構(gòu)件受力鋼筋的連接技術(shù)主要借鑒了美日技術(shù)。即，框架柱和剪力墻的豎向連接主要采用套筒灌漿技術(shù)，垂直縫主要采用后澆混凝土帶的形式。隨后姜洪斌提出插入式留孔灌漿鋼筋搭接連接方法，并獲得專(zhuān)利。

1.5 其他國(guó)家預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展 新西蘭在20世紀(jì)80年代開(kāi)始在房屋建筑中嘗試使用預(yù)制框架結(jié)構(gòu)和預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)。為了減小地震作用對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響，新西蘭還研制出T型節(jié)點(diǎn)連接和十字型節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)，既保證結(jié)構(gòu)整體性又能夠有效抵抗地震力的作用。1960年，新加坡采用預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行房屋建造，該方式使得建設(shè)項(xiàng)目的計(jì)劃工期實(shí)際縮短了22-55%，大大提高了生產(chǎn)效率。

2 裝配式結(jié)構(gòu)的連接技術(shù)在世界各地的研究概況

由于預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)存在大量的水平縫和豎直縫，因此該種結(jié)構(gòu)的主要問(wèn)題就是其整體性能能否滿足抗震的需要。經(jīng)國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)裝配式建筑結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)是構(gòu)件之間節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)。目前世界各國(guó)裝配式建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的節(jié)點(diǎn)連接方式主要分為兩大類(lèi)：濕連接和干連接。濕連接主要有套筒灌漿連接、漿錨連接，干連接主要有螺栓連接、機(jī)械連接等。

2.1 濕連接

2.1.1 套筒灌漿連接[4]。套筒灌漿連接是將一個(gè)預(yù)制構(gòu)件的鋼筋的一小部分預(yù)先埋在帶有凹凸槽的高強(qiáng)套筒中，另一側(cè)與其相連接的預(yù)制構(gòu)件鋼筋外露，兩個(gè)預(yù)制構(gòu)件組裝的時(shí)候，將外露構(gòu)件的鋼筋插入另一構(gòu)件的套筒中，再在套筒的空隙注入高強(qiáng)度無(wú)收縮的灌漿料，使兩相鄰的預(yù)制構(gòu)件連接成整體的一種節(jié)點(diǎn)連接方式。

套筒灌漿連接技術(shù)在歐美和日本等國(guó)家的應(yīng)用非常廣泛。1960年后期美國(guó)余占疏博士針對(duì)預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)連接問(wèn)題發(fā)明了鋼筋套筒連接器，并首次將此技術(shù)應(yīng)用于一棟38層高的裝配式建筑（Ala Moana酒店，檀香山，夏威夷），用于預(yù)制柱的連接。

1972年該項(xiàng)技術(shù)專(zhuān)利被日本一個(gè)機(jī)械加工公司購(gòu)買(mǎi)，后經(jīng)過(guò)試驗(yàn)改良成了較短的Tops Sleeve。1984年日本專(zhuān)家和學(xué)者研發(fā)了一種名為NMB的套筒，被日本建筑省確認(rèn)，廣泛應(yīng)用于裝配式建筑中。

目前常用的套筒灌漿接頭主要?jiǎng)澐譃閮深?lèi)：全套筒灌漿連接和半套筒灌漿連接。全套筒灌漿連接如圖1所示，該種連接接頭兩側(cè)鋼筋都被灌漿料包裹，灌漿口用于灌漿料的注入，排漿口用于注入灌漿料時(shí)的排氣。該種連接接頭多適用于預(yù)制裝配式梁鋼筋的連接。

半套筒灌漿接頭連接如圖2所示，該種連接接頭是直螺紋套筒和常規(guī)內(nèi)腔有凹槽的套筒的結(jié)合體，在預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，先把一側(cè)鋼筋和直螺紋套筒一端連接，并且無(wú)需灌漿，另一端現(xiàn)場(chǎng)安裝連接結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)埋鋼筋，然后在套筒內(nèi)部灌入灌漿料。該種連接方式多用于預(yù)制裝配式剪力墻、預(yù)制柱鋼筋的連接。

2.1.2 漿錨連接[5]。漿錨連接是一種鋼筋搭接連接的形式，如圖3所示，首先在被連接節(jié)點(diǎn)部位預(yù)留孔洞，然后相鄰的預(yù)制構(gòu)件的鋼筋插入該預(yù)留孔，兩構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)的鋼筋橫向錯(cuò)開(kāi)一段距離，再在預(yù)留孔注入灌漿料。

2.2 干連接

2.2.1 螺栓連接。螺栓連接技術(shù)是利用高強(qiáng)螺栓抗拉和抗剪性能，將上下預(yù)制構(gòu)件連成整體。薛偉晨等提出用高強(qiáng)螺栓連接上下預(yù)制墻體并進(jìn)行試驗(yàn)證明該種連接方式受力可靠。

2.2.2 機(jī)械連接。機(jī)械連接技術(shù)主要采用螺紋套筒連接節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的鋼筋，通過(guò)構(gòu)件之間的機(jī)械咬合力傳遞鋼筋的拉應(yīng)力。該方法接頭強(qiáng)度高，施工簡(jiǎn)便，沒(méi)有濕作業(yè)，有利于現(xiàn)場(chǎng)綠色施工，所以目前機(jī)械連接方法種類(lèi)繁多，其中幾種具有代表性的鋼筋機(jī)械連接接頭如圖4所示。

3 結(jié)語(yǔ)

①預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)具有施工速度快、制作精良、施工簡(jiǎn)單、減少濕作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，能很好地實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化和住宅產(chǎn)業(yè)化。②目前對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)連接方法的研究很多，對(duì)于主要集中在“濕連接”，對(duì)于“干連接”的研究較少，但是“干連接”具有接頭強(qiáng)度高、施工速度快、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，所以建議加強(qiáng)這方面的研究。

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