裝配式建筑應(yīng)用技術(shù)研究＊

李凱文 ，李治陽

（1.無錫環(huán)境科學(xué)與工程研究中心，江蘇 無錫 214153；2.無錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214153）

1 裝配式建筑分類

1.1 裝配式木結(jié)構(gòu)

目前北美大量使用輕型木結(jié)構(gòu)住宅建筑，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑更綠色環(huán)保、舒適耐久、保溫節(jié)能、結(jié)構(gòu)安全，具有優(yōu)良的抗震、隔聲性能。木結(jié)構(gòu)體系分為以下4類：①輕型木結(jié)構(gòu)體系，由規(guī)格木材和石膏板制作的木構(gòu)架墻體、樓板和屋蓋系統(tǒng)構(gòu)成多層或單層建筑結(jié)構(gòu)；②膠合木結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)采用鋸材膠合而成的層板膠合木構(gòu)件制造，墻體采用輕型木結(jié)構(gòu)、砌體墻、玻璃幕墻或其他結(jié)構(gòu)材料；③原木結(jié)構(gòu)體系，采用圓木、方木或膠合木構(gòu)件制作承重體系與圍護(hù)結(jié)構(gòu)；④木結(jié)構(gòu)組合體系，由木結(jié)構(gòu)或其他材料如鋼、鋼筋混凝土或砌體等組成共同受力的結(jié)構(gòu)體系。

1.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于高層及超高層建筑和鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房中，主要利用鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的特點(diǎn)，可減小構(gòu)件截面，設(shè)計(jì)大跨度建筑。鋼結(jié)構(gòu)建筑具有輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)勢及干式施工的特點(diǎn)，可大幅提高工程質(zhì)量和安全技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)綠色施工，提高建筑的工作性能和使用品質(zhì)，增強(qiáng)城市防災(zāi)減災(zāi)能力，是最適合工業(yè)化裝配的結(jié)構(gòu)體系。

1.3 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)可分為裝配整體式框架結(jié)構(gòu)、裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配整體式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件之間通過可靠的連接方式裝配而成，連接部位后澆混凝土、預(yù)制應(yīng)力連接或采用螺栓連接，鋼筋連接可采用鋼筋套筒灌漿連接、鋼筋焊接、機(jī)械連接及預(yù)留孔洞搭接等方式。

2 裝配式混凝土建筑應(yīng)用技術(shù)

2.1 裝配式衛(wèi)生間、樓梯、陽臺(tái)、鋼筋桁架樓承板

樓梯、飄窗等構(gòu)件現(xiàn)澆時(shí)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)工，所以應(yīng)盡量采用工廠預(yù)制。建筑的中樓梯作為獨(dú)立的結(jié)構(gòu)構(gòu)件多作為滑動(dòng)支座計(jì)算，裝配式樓梯與結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型較為契合；陽臺(tái)一般是建筑的懸挑構(gòu)件，懸挑構(gòu)件對(duì)施工要求較高，雖然在裝配式建筑陽臺(tái)建造速度和成本上有優(yōu)勢，但一旦裝配式建筑陽臺(tái)施工質(zhì)量把控不好，很容易造成陽臺(tái)整體傾覆，因此在裝配式建筑中應(yīng)用裝配式陽臺(tái)要慎重。

鋼筋桁架樓承板將鋼筋混凝土樓板中的鋼筋與施工模板組合為一體，施工中承受混凝土自重及施工荷載，在使用階段鋼筋桁架與現(xiàn)場現(xiàn)澆混凝土共同工作，承受使用荷載。鋼筋桁架樓承板鋼筋和模板工程在工廠施工，后澆混凝土采用預(yù)拌和泵送，模板通過連接件與鋼筋桁架連接，可拆裝、重復(fù)使用，目前應(yīng)用最廣泛的是鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)，采用栓釘可使樓板和鋼梁成為整體結(jié)構(gòu)，由于其具有免支撐的特點(diǎn)且應(yīng)用靈活，可在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中與多種結(jié)構(gòu)形式組合使用，減少模板支撐和現(xiàn)場鋼筋綁扎的工作量，而且便于檢查，質(zhì)量可靠，免于搭設(shè)內(nèi)模架的特點(diǎn)使桁架樓承板的施工速度快，桁架樓承板雖然其本身造價(jià)相較常規(guī)形式較高，但綜合考慮工期、人工及安全等因素，桁架樓承板整體經(jīng)濟(jì)效益可行。因此，鋼筋桁架樓承板是裝配式建中較為成熟的一種結(jié)構(gòu)形式，能較好體現(xiàn)樓板裝配化。

2.2 裝配式混凝土墻、柱、梁

墻、柱是結(jié)構(gòu)的主要抗震構(gòu)件，在裝配式建筑中預(yù)制難度最大，在較多地區(qū)對(duì)墻、柱的裝配持保守觀點(diǎn)，豎向構(gòu)件預(yù)制的最大難點(diǎn)并非在于預(yù)制，而是如何保證墻、柱鋼筋的有效錨固。項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工中可采用部分預(yù)制結(jié)構(gòu)形式，基礎(chǔ)施工后柱鋼筋在地面綁扎，然后在地面進(jìn)行大鋼模板組裝，完成鋼筋籠和鋼柱模板的整體吊裝，最后完成澆筑。

混凝土裝配式梁主要有3種：普通混凝土預(yù)制梁，僅預(yù)制梁的下部，板和梁的疊合部位后澆筑，在地面預(yù)制，此類梁一般應(yīng)用于荷載不大、跨度較小的結(jié)構(gòu)；后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁，應(yīng)用于跨度與荷載較大的結(jié)構(gòu)，對(duì)現(xiàn)場場地要求相對(duì)較少；先張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁，應(yīng)用于跨度與荷載較大的結(jié)構(gòu)，要求有充足的場地制作張拉臺(tái)且倒運(yùn)較多，對(duì)現(xiàn)場場地要求較高。

2.3 預(yù)制混凝土夾芯保溫外墻板

預(yù)制混凝土夾芯保溫外墻板上下外墻采用套筒灌漿連接，施工時(shí)需保證上下外墻的整體性和連接質(zhì)量，經(jīng)常會(huì)發(fā)生預(yù)制混凝土夾芯保溫外墻板面層開裂、板縫滲漏、保溫失效等情況，由此對(duì)保溫外墻板生產(chǎn)、施工安裝工藝精準(zhǔn)及灌漿材料質(zhì)量有很高的要求。采用預(yù)制混凝土夾芯保溫承重外墻板可解決保溫與防火的矛盾，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與保溫一體化，但預(yù)制混凝土夾芯保溫外墻板削弱了混凝土結(jié)構(gòu)外墻整體性，增加了外墻連接處安全隱患和相關(guān)費(fèi)用，因此預(yù)制混凝土夾芯保溫外墻板在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上不盡合理。

2.4 裝配式剪力墻套筒連接

裝配式剪力墻預(yù)制構(gòu)件的連接通常采用鋼筋套筒灌漿，將伸出2個(gè)構(gòu)件的鋼筋共同錨固在現(xiàn)澆混凝土中，裝配式剪力墻中縱向分布鋼筋數(shù)量較多，裝配過程中數(shù)量較多的縱筋套筒連接對(duì)接難度大。構(gòu)件連接部位是結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，處理不好會(huì)形成安全隱患及滲漏問題；此外，剪力墻結(jié)構(gòu)豎向受力墻體被人為分割為預(yù)制段和現(xiàn)澆段，增加了連接工作量和施工難度，門窗洞口處情況更復(fù)雜，因此當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)豎向受力墻體構(gòu)件拆分后現(xiàn)場連接施工難度增加較大時(shí)，宜采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

2.5 裝配式鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件宜采用螺栓連接

鋼結(jié)構(gòu)自重輕、強(qiáng)度高，在工程現(xiàn)場裝配焊接成型后能融為一體，保持結(jié)構(gòu)整體性好，抗震性能好，能滿足各種建筑平面、建筑高度要求，能與非承重輕質(zhì)墻體材料配套使用，施工安裝工業(yè)化程度高，因此鋼結(jié)構(gòu)是裝配式建筑的良好建筑材料。

國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件現(xiàn)場連接大部分采用焊接，焊接成本低，但現(xiàn)場焊接的施工難度比螺栓連接大，現(xiàn)場安裝時(shí)電焊施工存在較大施工安全風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的連接質(zhì)量，現(xiàn)場焊接質(zhì)量難保證，工期長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，焊接鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件收縮，變形難控制。需焊接的復(fù)雜構(gòu)件盡量移至工廠內(nèi)進(jìn)行，目前在工廠進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的精密制作已沒有障礙，機(jī)器人全自動(dòng)切割，數(shù)控焊接鋼板，全自動(dòng)鋼板激光打孔，提高復(fù)雜構(gòu)件焊接制作的精準(zhǔn)度。從全壽命周期看，采用高強(qiáng)螺栓裝配連接方式，裝拆方便，施工工人少，現(xiàn)場作業(yè)量少，受力合理，技術(shù)可靠，符合裝配式建筑特點(diǎn)?，F(xiàn)場螺栓連接的前提是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件需精密制作，節(jié)點(diǎn)連接精度高，構(gòu)件在工廠精密制孔，在工廠進(jìn)行鋼板剪切、加工、焊接、探傷檢查合格后再出廠，制作成構(gòu)件并運(yùn)至工地，現(xiàn)場安裝時(shí)不再進(jìn)行焊接或盡量減少現(xiàn)場焊接，現(xiàn)場采用螺栓連接。采用高強(qiáng)螺栓連接有三大優(yōu)點(diǎn)：①施工快捷、工期短、精度高且質(zhì)量可靠；②勞動(dòng)強(qiáng)度?。虎勐菟ㄟB接抗震耗能能力比焊接強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)計(jì)原則。

2.6 抗震設(shè)防烈度高地區(qū)宜采用現(xiàn)澆

現(xiàn)澆混凝土高層建筑整體性、抗震安全性比裝配式建筑好，結(jié)構(gòu)抗震性能關(guān)鍵受力部位不適合采用預(yù)制結(jié)構(gòu)。在高烈度地區(qū)、產(chǎn)生大傾覆力矩的結(jié)構(gòu)應(yīng)采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，地下室、首層、加強(qiáng)層采用現(xiàn)澆，扭轉(zhuǎn)及不規(guī)則部位采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語

研究開發(fā)先進(jìn)適用的構(gòu)件連接技術(shù)和隔震減震等新技術(shù)對(duì)裝配式建筑有很好的推動(dòng)作用；裝配式建筑理論的完善、計(jì)算能力的提升、施工工藝的提高及3D打印等技術(shù)為裝配式建筑的發(fā)展提供了更廣闊的空間。堅(jiān)持裝配建筑模數(shù)協(xié)調(diào)原則，推進(jìn)裝配建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，建立裝配式建筑通用結(jié)構(gòu)構(gòu)件和功能性部品的標(biāo)準(zhǔn)體系，研發(fā)新的混凝土裝配式技術(shù)體系，解決裝配式建筑連接安全性問題，簡化裝配式建筑構(gòu)件的安裝，與BIM信息管理結(jié)合，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑科學(xué)設(shè)計(jì)、施工、管理將是行業(yè)共同努力的目標(biāo)。