裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

洪陳玉

摘 要： 本文概述了國(guó)內(nèi)外裝配式混凝土建筑發(fā)展，比較了裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)的各自特點(diǎn)。探討了裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)以及裝配式結(jié)構(gòu)存在的技術(shù)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 裝配式混凝土建筑;裝配式結(jié)構(gòu)體系;節(jié)點(diǎn)連接

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU528.7 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）07-0132-01

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)生產(chǎn)方式的低效、耗能、不環(huán)保等弊端日益明顯，整個(gè)行業(yè)需要逐步向產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型。近些年隨著裝配式技術(shù)的突破，以及部分項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，逐步形成了部分行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，給行業(yè)向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型提供了一個(gè)方向，為裝配式建筑結(jié)構(gòu)推廣提供了理論支持和實(shí)踐依據(jù)。

1 國(guó)內(nèi)外裝配式混凝土建筑發(fā)展概述

國(guó)外裝配式的技術(shù)相對(duì)國(guó)內(nèi)比較成熟，應(yīng)用也相對(duì)比較廣泛。但歐美、日本等國(guó)各自裝配式混凝土的特點(diǎn)亦有所不同。美國(guó)將預(yù)制技術(shù)與預(yù)應(yīng)力技術(shù)相結(jié)合，預(yù)制構(gòu)件的跨度和體量往往都比較大，其構(gòu)件質(zhì)量高，使用年限較長(zhǎng)（100年）。歐洲裝配式混凝土建筑有著較長(zhǎng)的歷史，技術(shù)經(jīng)驗(yàn)也比較豐富，其預(yù)制構(gòu)件的制作機(jī)械化、模塊化程度比較高。日本是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家，裝配式混凝土建筑在日本應(yīng)用也比較多，并經(jīng)歷了多次地震的考驗(yàn)。其預(yù)制技術(shù)及工藝水平世界領(lǐng)先，集成化程度很高，現(xiàn)場(chǎng)施工管理也比較規(guī)范，從業(yè)人員素質(zhì)相對(duì)較高。我國(guó)裝配式發(fā)展和應(yīng)用相對(duì)緩慢，21世紀(jì)初在政府和部分企業(yè)的推動(dòng)下，裝配式建筑得到了相對(duì)廣泛的應(yīng)用。通過(guò)技術(shù)的創(chuàng)新和實(shí)際項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)積累，國(guó)內(nèi)裝配式建筑的應(yīng)用正在實(shí)踐探索中前進(jìn)。

2 裝配式混凝土建筑與傳統(tǒng)混凝土建筑的比較

對(duì)于傳統(tǒng)混凝土建筑設(shè)計(jì)，都是每個(gè)項(xiàng)目單獨(dú)設(shè)計(jì)，每個(gè)項(xiàng)目均有各自的特點(diǎn)，均是定制式設(shè)計(jì)。各專(zhuān)業(yè)獨(dú)立設(shè)計(jì)，然后互提資料，工作協(xié)調(diào)性差。傳統(tǒng)建筑顯得更個(gè)性化、多樣化。而裝配式建筑設(shè)計(jì)講究一體化設(shè)計(jì)、全過(guò)程設(shè)計(jì)，講究模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、系統(tǒng)化。相較于傳統(tǒng)混凝土建筑，裝配式建筑能夠滿足建筑產(chǎn)業(yè)化的需求，能夠節(jié)能減排環(huán)保，能夠推動(dòng)現(xiàn)代科技技術(shù)和智能化在建筑產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，也能夠有效保證工程質(zhì)量、節(jié)約資源、降低成本。

3 裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)體系

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)按裝配程度分為裝配整體式與全裝配式。其結(jié)構(gòu)體系與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系相對(duì)應(yīng)，有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)等。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)亦可采用僅裝飾外墻預(yù)制，內(nèi)部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆;也有采用疊合式裝配結(jié)構(gòu)。李昕、馬海英[1]文中列舉了多種結(jié)構(gòu)形式的實(shí)踐案例，例如上海陽(yáng)光城浦東麗景灣項(xiàng)目采用了內(nèi)澆外掛體系;上海萬(wàn)科浦東金色里程項(xiàng)目采用了疊合剪力墻體系;裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)案例相對(duì)較多，也是現(xiàn)行國(guó)內(nèi)裝配式住宅建筑常用的一種結(jié)構(gòu)形式。

3.2 預(yù)制構(gòu)件

預(yù)制構(gòu)件包括梁、柱、剪力墻、樓板、樓梯、陽(yáng)臺(tái)、建筑隔墻以及外圍護(hù)墻體等。根據(jù)不同的裝配率要求，可以選擇部分預(yù)制或者全部預(yù)制。結(jié)構(gòu)平面布置宜簡(jiǎn)單、統(tǒng)一，盡量避免多構(gòu)件相交的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)。預(yù)制構(gòu)件應(yīng)盡量采用統(tǒng)一模數(shù)、尺寸和配筋，有利于模塊化、集成化生產(chǎn)。

3.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算及調(diào)整

現(xiàn)階段裝配式結(jié)構(gòu)分析計(jì)算主要采用等同現(xiàn)澆原則。研究表明，參照現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)裝配式結(jié)構(gòu)基本能夠滿足要求。必要時(shí)需補(bǔ)充以下分析：一、預(yù)制構(gòu)件對(duì)整體結(jié)構(gòu)剛度和受力的影響;二、裝配式構(gòu)件與現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆部分的拼縫連接對(duì)結(jié)構(gòu)剛度和受力的影響。

3.4 連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[2]中特別強(qiáng)調(diào)了裝配整體式結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行連接設(shè)計(jì)。實(shí)際上連接設(shè)計(jì)和構(gòu)造做法是裝配式結(jié)構(gòu)中的重要環(huán)節(jié)之一。連接效果的好壞，直接影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的整體性和安全性。由規(guī)程表明僅樓梯采用干式連接，其余均為濕式連接?？蚣苤瞬捎锰淄补酀{連接;梁縱筋可根據(jù)實(shí)際情況選用機(jī)械連接、焊接或者套筒灌漿連接;剪力墻豎向鋼筋根據(jù)不同部位采用套筒灌漿連接、漿錨搭接，水平分布筋可采用焊接、搭接。國(guó)內(nèi)常用的漿錨搭接主要包括金屬波紋管預(yù)成孔漿錨搭接和螺旋筋約束漿錨搭接兩種[3]?；炷两Y(jié)合面應(yīng)設(shè)計(jì)成鍵槽、粗糙面。

3.5 預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)

預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)的深度除了需要滿足構(gòu)件本身的強(qiáng)度和剛度要求外，尚應(yīng)需要考慮構(gòu)件制作、運(yùn)輸、安裝等各環(huán)節(jié)的要求。另外必須同時(shí)滿足建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)備等各專(zhuān)業(yè)的要求。預(yù)制構(gòu)件在加工階段，需要根據(jù)各專(zhuān)業(yè)的圖紙進(jìn)行深化，既要考慮結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)的鋼筋放置，也要考慮建筑的保溫層、面層、結(jié)合層、飾面，還要考慮設(shè)備專(zhuān)業(yè)的留洞與管線預(yù)埋。

4 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)存在的技術(shù)問(wèn)題探討

4.1 設(shè)計(jì)源頭問(wèn)題

目前設(shè)計(jì)假定主要依據(jù)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的分析和構(gòu)造進(jìn)行的。節(jié)點(diǎn)剛性假定，導(dǎo)致構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，施工難度極大。構(gòu)件伸出的鋼筋，不僅導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高，同時(shí)影響運(yùn)輸與現(xiàn)場(chǎng)安裝。

4.2 鋼筋連接問(wèn)題

框架梁梁端出筋量較多，節(jié)點(diǎn)鋼筋連接與錨固工作量較大，且受限于施工空間，安裝操作極其不方便。剪力墻、框架柱豎向鋼筋采用套筒連接時(shí)，對(duì)施工要求也比較高，對(duì)正插筋工序耗時(shí)較多，且檢測(cè)其連接效果難度較大。

4.3 仍存在大量現(xiàn)澆工作量

現(xiàn)階段裝配式結(jié)構(gòu)存在大量疊合式構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)仍然需要現(xiàn)場(chǎng)澆筑，現(xiàn)場(chǎng)仍需要設(shè)置模板和可靠支撐。預(yù)制構(gòu)件的優(yōu)勢(shì)并未完全體現(xiàn)出來(lái)。需要采用新的工藝，盡量減少現(xiàn)場(chǎng)的支模工作量。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于裝配式建筑結(jié)構(gòu)可以充分利用現(xiàn)代化技術(shù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。積極推廣其在工程中的應(yīng)有，有著深遠(yuǎn)的意義。本文主要介紹了裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)?，F(xiàn)階段的設(shè)計(jì)理論依據(jù)仍然停留在等現(xiàn)澆階段。雖然給現(xiàn)階段裝配式結(jié)構(gòu)實(shí)施提供理論依據(jù)，但是對(duì)于節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較困難而且效率低下。現(xiàn)階段各大高校與科研單位仍在積極開(kāi)展裝配式結(jié)構(gòu)的研究工作。相信隨著更多科研結(jié)果和實(shí)施項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的積累，會(huì)進(jìn)一步優(yōu)化裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工與生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李昕，馬海英.上海中森建筑工業(yè)化實(shí)踐[J].城市住宅，2015（10）：95-100.

[2] JGJ 1-2014 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[3] 薛偉辰，胡翔.預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系研究進(jìn)展[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2019，40（2）：44～55.

[4] 黃小坤，田春雨，萬(wàn)墨林等.我國(guó)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的研究與實(shí)踐[J].建筑科學(xué)，2018，34（9）：50-55.