预制装配式混凝土结构技术的研究与应用

一、预制装配式混凝土结构的特点

　　现浇混凝土结构体系施工，从搭脚手架、支模、扎筋、到混凝土的浇筑，多数工作由手工完成。现浇混凝土结构现场施工存在着：噪音扰民，粉尘污染；模板周转材消耗大；施工人员多，手工劳动多，劳动强度大，且熟练程度要求较高；施工速度慢，建设周期长，受自然条件影响大；混凝土外观及内在质量控制难；现场的建筑材料浪费严重等缺陷。预制装配式混凝土结构技术与传统建造方式相比，具有以下优点：

　　1、可以用各种轻质隔墙分割室内平面，房间布置可以灵活多变。

　　2、施工方便，模板和现浇混凝土作业很少，预制楼板无需支撑，叠合楼板模板很少。采用预制及半预制形式，现场湿作业大大减少，有利于环境保护和减少施工扰民，更可以减少材料和能源浪费。

　　3、建筑速度快，对周边工作生活影响小。

　　4、建筑的尺寸符合模数，建筑构件较标准，具有较大的适应性。预制构件表面平整、外观好、尺寸准确、并且能将保温、隔热、水电管线布置等多方面功能要求结合起来，有良好的技术经济效益。这种特点可适用于制作外墙模板，也适用于制作便于安装的结构构件。

　　5、预制结构工期短，投资回收快。由于减少了现浇结构的支模、拆模和混凝土养护时间，施工速度大大加快。从而缩短了贷款建设的还贷时间，缩短了投资回收周期，减少了整体成本投入，具有明显的经济效益。装配式建筑的有关构件要考虑充分发挥构件厂生产设备的能力，尽量减少构件的规格、类型，提高构建的通用性和互换性，尽可能实现一件多用。

　　6、装配式建筑，是将构件厂加工生产的构件，通过特定的构件运输车辆搬运到施工现场用机械进行安装的。在装配式建筑设计中，构件的形状，尺寸和重量，必须与起重运输机和吊装机械相适应，以充分发挥机械的效率。装配式建筑有自己特有的施工规律，与传统施工方法不同，它是以构件的机械吊装为中心，一般要根据施工现场的面积大小、施工道路的安排、构件堆放、水电源的供给方式以及建筑物的有关尺寸，合理的选用与安排建筑机械。

　　7、装配式建筑在设计和生产时还可以充分利用建筑废料，变废为宝，以节约良田和其他材料。近年来在大板建筑中已广泛采用粉煤灰矿渣混凝土板墙，在砌块建中已广泛采用烟灰砌块等。

　　8、在预制装配式建筑建造的过程中，可以实现全自动化生产和现代化控制，这在一定程度上可以促进建筑工业的工业化大生产。工业化劳动生产效率高、生产环境稳定，构件的定型和标准化有利于机械化生产，而且按标准严格检验出厂产品，因而质量保证率高。

　　二、预制装配式混凝土结构的发展

　　在二十世纪末期，预制装配式混凝土结构已经广泛应用于工业与民用建筑、桥梁道路、水工建筑、大型容器等工程结构领域，发挥着不可替代的作用，预制混凝土结构已经在全世界普及。预制混凝土结构的工业化发展，大致上可以分为两个阶段：自1950年至1970年是第一阶段，1907年至今是第二阶段。第一阶段的施工方法被称为闭锁体系，其生产重点为标准化构件，并配合标准设计、快速施工，缺点是结构形式有限、设计缺乏灵活性。基本施工方法可分为法国式和瑞典式。前者的标准较低，所需劳动力较大，接头部分大多采用现浇混凝土，通常称为湿体系；后者的标准较高，接头部分大多不采用现浇混凝土，通常称为干体系。第二阶段的施工方法被称为开放体系，致力于发展标准化得功能块、设计上统一模数，这样易于统一又富有变化，方便了生产和施工，也给设计更大自由。根据预制程度的不同，预制单元可分为：小型构件（如门、窗、梁、柱等），大型构件（如楼板、屋面板、墙等），整间或整个单元（盒子结构建筑体系）。

　　20世界50年代末，我国开始制造整体式和快拼式屋面梁、吊车梁和大型屋面板等。70年代，预制混凝土空心楼板得到了普遍应用，70年代末，我国引进了南斯拉夫预制预应力混凝土板主结构体系，既IMS体系。但总体来说，我国的预制混凝土技术比较落后，一方面由于唐山大地震中大量预制混凝土结构遭到破坏，使人们对预制结构的应用更加保守，另一方面，国内的预制混凝土结构存在着跨度小、承载力低、延性差、品种单一等诸多问题。这些也严重阻碍了预制混凝土结构在我国的发展。

　　预制混凝土结构在西欧、北美的应用相当普遍，在亚洲日本处于领先地位。发达国家预制混凝土结构在土木工程中的应用比重为：美国35%，俄罗斯50%，欧洲35%—40%，其中，预制预应混凝土结构在美国和加拿大等国预应力混凝土用量中应用占80%以上。在美国，预制混凝土结构发挥着其他体系无法替代的作用。在1990年PCI年会上，把预制混凝土结构的发展视为美国乃至全球建筑业发展的新契机。近20年来，预制混凝土结构得到了长足的发展，一方面预制混凝土结构的应用越来越广泛、研究更加深入；另一方面人们发现其潜力还待进一步挖掘，尤其材料工业的发展、加工机具的进步为其提供了很好的条件。比如，高性能配筋大大改进了预制构件的性能，纤维复合筋和环氧涂层钢筋等可以有效地提高结构的抗裂性和极限承载力，改善结构的耐久性。高性能混凝土在提高混凝土预制构件的耐久性方面大有作为。

　　西欧是预制混凝土结构的发源地，预预制混凝土的应用非常普遍。五六层以下的建筑中大量采用预制混凝土结构，很好的满足了不同体型和里面形式的建筑要求。新西兰在20世界80年代中期建造了大量的民用住宅，预制混凝土框架结构的应用也很广泛，当时新西兰的贷款利率很高，采用预制混凝土结构可以减少劳动力、加快工期。此外，新西兰地处地震活动带，预制混凝土构件的抗震设计方法、构造措施、连接方式的研究较为深入。目前新西兰几乎所有的楼板、绝大部分的框架结构和1至3层的承重墙都是采用预制混凝土构件。预制混凝土结构的应用也很多，更重要的是在几次大地震中这些预制混凝土结构体现出很好的抗震性能。

　　三、预制装配式混凝土结构在住宅建筑中的应用

　　住宅结构体系是住宅建筑中的支撑体部分。住宅结构形式决定了住宅的建筑材料、施工技术和建造方式；结构类型的选择直接关系到住宅的经济性和适用性；结构质量直接影响到住宅的安全性和耐久性。因此，住宅结构体系是住宅建筑中非常重要的部分。预制装配式混凝土结构，是今后住宅产业发展的方向，是改变传统住宅建造方式的关键技术和有效途径。预制混凝土结构是把组成建筑结构的构件，通过相应的专业工厂生产预制，运输到现场，有专业的安装工人现场装配成整体结构。主要优势在于：把大量的构件生产工序转移到工厂制作，从而节省大量的人力、物力并可以大幅度提高构件、房屋的精度和质量，减少现场湿作业，简化聊施工工序，与传统工艺相比，大大缩短了施工工期。其主要结构形式有：预预制装配式剪力墙（大板）结构、预制装配式框架结构、内浇外挂结构。

　　1、预预制装配式剪力墙（大板）结构

　　预预制装配式剪力墙（大板）结构是是由于制的大型内外墙板、叠合楼板等预制混凝土板材、构件装配而成，又称为预制装配式大板结构，在在满足抗震设计和可靠的节点联接前提下，其力学模型相当于现浇混凝土剪力墙结构。预制楼板多采用叠合楼板。预制外墙板主要采用实心和空心两种类型墙板。

　　预制空心墙板必须保证结构构件连接的整体性、连续性和抗震设防要求，在节点设计上必须要满足防渗漏和热工等构造要求，预制实心墙板结构的关键问题，是是如何解决预制墙板之间的水平缝和竖向缝的接缝，以及水平受力钢级和竖向受力钢筋的连接问题。

　　预制空心墙板结构是预制和现浇相结合的结构技术。在预制空心墙板和叠合楼板装配后，布置受力钢筋，在空心墙板内和叠合楼板面同时浇筑混凝土形成整体。其主要特点是：结构整体性能好，节点构造易处理，预制墙板之间的水平缝和竖向缝的接缝处理简单，避免出现接缝开裂等问题。主要缺点是需要一定量的现场浇注混凝土，墙板预制的工艺设备要求高，在7度以上抗震设防地区和高层建筑需解决好受力钢筋的连接问题。

　　2、预制装配式框架——剪力墙结构

　　预制装配式框架结构是由预制的梁、板、柱和剪力墙等构件装配而成，也称梁、板、柱体系。预制楼板多采用叠合楼板，预制梁多采用叠合梁。

　　优点：结构受力明确，建造迅速，节省劳动力，节点施工工艺较简单。当节点采用较可靠的施工工工艺时，可采用与现浇结构相同的设计方法。竖向受力构件可根据需要替换为现浇构件。建筑空间布置灵活，较易实现大空间。

　　缺点：对主筋灌浆锚固要求较高，室内出现凸梁凸柱，外墙维护部分构造相对复杂。主要是以多层住宅和6度以下抗震设防地区。

　　住宅产业是发展循环经济、建设资源节约型社会的重要领域，必须通过技术创新，大力发展预制装配式混凝土结构技术，走新型工业化的发展道路，转变当前粗放型的住宅建造方式，采用现代工业化的生产手段建造住宅。才能达到住宅建设的高效率、环境负荷低的目标，实现住宅的高质量、高品质、全寿命。