預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究與應(yīng)用

　　一、預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

　　現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)體系施工，從搭腳手架、支模、扎筋、到混凝土的澆筑，多數(shù)工作由手工完成。現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)施工存在著：噪音擾民，粉塵污染；模板周轉(zhuǎn)材消耗大；施工人員多，手工勞動(dòng)多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且熟練程度要求較高；施工速度慢，建設(shè)周期長(zhǎng)，受自然條件影響大；混凝土外觀及內(nèi)在質(zhì)量控制難；現(xiàn)場(chǎng)的建筑材料浪費(fèi)嚴(yán)重等缺陷。預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)與傳統(tǒng)建造方式相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1、可以用各種輕質(zhì)隔墻分割室內(nèi)平面，房間布置可以靈活多變。

　　2、施工方便，模板和現(xiàn)澆混凝土作業(yè)很少，預(yù)制樓板無(wú)需支撐，疊合樓板模板很少。采用預(yù)制及半預(yù)制形式，現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)大大減少，有利于環(huán)境保護(hù)和減少施工擾民，更可以減少材料和能源浪費(fèi)。

　　3、建筑速度快，對(duì)周邊工作生活影響小。

　　4、建筑的尺寸符合模數(shù)，建筑構(gòu)件較標(biāo)準(zhǔn)，具有較大的適應(yīng)性。預(yù)制構(gòu)件表面平整、外觀好、尺寸準(zhǔn)確、并且能將保溫、隔熱、水電管線布置等多方面功能要求結(jié)合起來(lái)，有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。這種特點(diǎn)可適用于制作外墻模板，也適用于制作便于安裝的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

　　5、預(yù)制結(jié)構(gòu)工期短，投資回收快。由于減少了現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的支模、拆模和混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間，施工速度大大加快。從而縮短了貸款建設(shè)的還貸時(shí)間，縮短了投資回收周期，減少了整體成本投入，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。裝配式建筑的有關(guān)構(gòu)件要考慮充分發(fā)揮構(gòu)件廠生產(chǎn)設(shè)備的能力，盡量減少構(gòu)件的規(guī)格、類型，提高構(gòu)建的通用性和互換性，盡可能實(shí)現(xiàn)一件多用。

　　6、裝配式建筑，是將構(gòu)件廠加工生產(chǎn)的構(gòu)件，通過(guò)特定的構(gòu)件運(yùn)輸車輛搬運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)用機(jī)械進(jìn)行安裝的。在裝配式建筑設(shè)計(jì)中，構(gòu)件的形狀，尺寸和重量，必須與起重運(yùn)輸機(jī)和吊裝機(jī)械相適應(yīng)，以充分發(fā)揮機(jī)械的效率。裝配式建筑有自己特有的施工規(guī)律，與傳統(tǒng)施工方法不同，它是以構(gòu)件的機(jī)械吊裝為中心，一般要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的面積大小、施工道路的安排、構(gòu)件堆放、水電源的供給方式以及建筑物的有關(guān)尺寸，合理的選用與安排建筑機(jī)械。

　　7、裝配式建筑在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)還可以充分利用建筑廢料，變廢為寶，以節(jié)約良田和其他材料。近年來(lái)在大板建筑中已廣泛采用粉煤灰礦渣混凝土板墻，在砌塊建中已廣泛采用煙灰砌塊等。

　　8、在預(yù)制裝配式建筑建造的過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)和現(xiàn)代化控制，這在一定程度上可以促進(jìn)建筑工業(yè)的工業(yè)化大生產(chǎn)。工業(yè)化勞動(dòng)生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)環(huán)境穩(wěn)定，構(gòu)件的定型和標(biāo)準(zhǔn)化有利于機(jī)械化生產(chǎn)，而且按標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格檢驗(yàn)出廠產(chǎn)品，因而質(zhì)量保證率高。

　　二、預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展

　　在二十世紀(jì)末期，預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、橋梁道路、水工建筑、大型容器等工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，發(fā)揮著不可替代的作用，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)在全世界普及。預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的工業(yè)化發(fā)展，大致上可以分為兩個(gè)階段：自1950年至1970年是第一階段，1907年至今是第二階段。第一階段的施工方法被稱為閉鎖體系，其生產(chǎn)重點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，并配合標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、快速施工，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)形式有限、設(shè)計(jì)缺乏靈活性。基本施工方法可分為法國(guó)式和瑞典式。前者的標(biāo)準(zhǔn)較低，所需勞動(dòng)力較大，接頭部分大多采用現(xiàn)澆混凝土，通常稱為濕體系；后者的標(biāo)準(zhǔn)較高，接頭部分大多不采用現(xiàn)澆混凝土，通常稱為干體系。第二階段的施工方法被稱為開放體系，致力于發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化得功能塊、設(shè)計(jì)上統(tǒng)一模數(shù)，這樣易于統(tǒng)一又富有變化，方便了生產(chǎn)和施工，也給設(shè)計(jì)更大自由。根據(jù)預(yù)制程度的不同，預(yù)制單元可分為：小型構(gòu)件（如門、窗、梁、柱等），大型構(gòu)件（如樓板、屋面板、墻等），整間或整個(gè)單元（盒子結(jié)構(gòu)建筑體系）。

　　20世界50年代末，我國(guó)開始制造整體式和快拼式屋面梁、吊車梁和大型屋面板等。70年代，預(yù)制混凝土空心樓板得到了普遍應(yīng)用，70年代末，我國(guó)引進(jìn)了南斯拉夫預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土板主結(jié)構(gòu)體系，既IMS體系。但總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)的預(yù)制混凝土技術(shù)比較落后，一方面由于唐山大地震中大量預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)遭到破壞，使人們對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)的應(yīng)用更加保守，另一方面，國(guó)內(nèi)的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)存在著跨度小、承載力低、延性差、品種單一等諸多問(wèn)題。這些也嚴(yán)重阻礙了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展。

　　預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在西歐、北美的應(yīng)用相當(dāng)普遍，在亞洲日本處于領(lǐng)先地位。發(fā)達(dá)國(guó)家預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用比重為：美國(guó)35%，俄羅斯50%，歐洲35%—40%，其中，預(yù)制預(yù)應(yīng)混凝土結(jié)構(gòu)在美國(guó)和加拿大等國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土用量中應(yīng)用占80%以上。在美國(guó)，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)揮著其他體系無(wú)法替代的作用。在1990年P(guān)CI年會(huì)上，把預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展視為美國(guó)乃至全球建筑業(yè)發(fā)展的新契機(jī)。近20年來(lái)，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，一方面預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛、研究更加深入；另一方面人們發(fā)現(xiàn)其潛力還待進(jìn)一步挖掘，尤其材料工業(yè)的發(fā)展、加工機(jī)具的進(jìn)步為其提供了很好的條件。比如，高性能配筋大大改進(jìn)了預(yù)制構(gòu)件的性能，纖維復(fù)合筋和環(huán)氧涂層鋼筋等可以有效地提高結(jié)構(gòu)的抗裂性和極限承載力，改善結(jié)構(gòu)的耐久性。高性能混凝土在提高混凝土預(yù)制構(gòu)件的耐久性方面大有作為。

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　　西歐是預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)源地，預(yù)預(yù)制混凝土的應(yīng)用非常普遍。五六層以下的建筑中大量采用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，很好的滿足了不同體型和里面形式的建筑要求。新西蘭在20世界80年代中期建造了大量的民用住宅，預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也很廣泛，當(dāng)時(shí)新西蘭的貸款利率很高，采用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)可以減少勞動(dòng)力、加快工期。此外，新西蘭地處地震活動(dòng)帶，預(yù)制混凝土構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)方法、構(gòu)造措施、連接方式的研究較為深入。目前新西蘭幾乎所有的樓板、絕大部分的框架結(jié)構(gòu)和1至3層的承重墻都是采用預(yù)制混凝土構(gòu)件。預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也很多，更重要的是在幾次大地震中這些預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出很好的抗震性能。

　　三、預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在住宅建筑中的應(yīng)用

　　住宅結(jié)構(gòu)體系是住宅建筑中的支撐體部分。住宅結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了住宅的建筑材料、施工技術(shù)和建造方式；結(jié)構(gòu)類型的選擇直接關(guān)系到住宅的經(jīng)濟(jì)性和適用性；結(jié)構(gòu)質(zhì)量直接影響到住宅的安全性和耐久性。因此，住宅結(jié)構(gòu)體系是住宅建筑中非常重要的部分。預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，是今后住宅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，是改變傳統(tǒng)住宅建造方式的關(guān)鍵技術(shù)和有效途徑。預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)是把組成建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，通過(guò)相應(yīng)的專業(yè)工廠生產(chǎn)預(yù)制，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，有專業(yè)的安裝工人現(xiàn)場(chǎng)裝配成整體結(jié)構(gòu)。主要優(yōu)勢(shì)在于：把大量的構(gòu)件生產(chǎn)工序轉(zhuǎn)移到工廠制作，從而節(jié)省大量的人力、物力并可以大幅度提高構(gòu)件、房屋的精度和質(zhì)量，減少現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)，簡(jiǎn)化聊施工工序，與傳統(tǒng)工藝相比，大大縮短了施工工期。其主要結(jié)構(gòu)形式有：預(yù)預(yù)制裝配式剪力墻（大板）結(jié)構(gòu)、預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)、內(nèi)澆外掛結(jié)構(gòu)。

　　1、預(yù)預(yù)制裝配式剪力墻（大板）結(jié)構(gòu)

　　預(yù)預(yù)制裝配式剪力墻（大板）結(jié)構(gòu)是是由于制的大型內(nèi)外墻板、疊合樓板等預(yù)制混凝土板材、構(gòu)件裝配而成，又稱為預(yù)制裝配式大板結(jié)構(gòu)，在在滿足抗震設(shè)計(jì)和可靠的節(jié)點(diǎn)聯(lián)接前提下，其力學(xué)模型相當(dāng)于現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。預(yù)制樓板多采用疊合樓板。預(yù)制外墻板主要采用實(shí)心和空心兩種類型墻板。

　　預(yù)制空心墻板必須保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的整體性、連續(xù)性和抗震設(shè)防要求，在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)上必須要滿足防滲漏和熱工等構(gòu)造要求，預(yù)制實(shí)心墻板結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題，是是如何解決預(yù)制墻板之間的水平縫和豎向縫的接縫，以及水平受力鋼級(jí)和豎向受力鋼筋的連接問(wèn)題。

　　預(yù)制空心墻板結(jié)構(gòu)是預(yù)制和現(xiàn)澆相結(jié)合的結(jié)構(gòu)技術(shù)。在預(yù)制空心墻板和疊合樓板裝配后，布置受力鋼筋，在空心墻板內(nèi)和疊合樓板面同時(shí)澆筑混凝土形成整體。其主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)整體性能好，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造易處理，預(yù)制墻板之間的水平縫和豎向縫的接縫處理簡(jiǎn)單，避免出現(xiàn)接縫開裂等問(wèn)題。主要缺點(diǎn)是需要一定量的現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土，墻板預(yù)制的工藝設(shè)備要求高，在7度以上抗震設(shè)防地區(qū)和高層建筑需解決好受力鋼筋的連接問(wèn)題。

　　2、預(yù)制裝配式框架——剪力墻結(jié)構(gòu)

　　預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)是由預(yù)制的梁、板、柱和剪力墻等構(gòu)件裝配而成，也稱梁、板、柱體系。預(yù)制樓板多采用疊合樓板，預(yù)制梁多采用疊合梁。

　　優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)受力明確，建造迅速，節(jié)省勞動(dòng)力，節(jié)點(diǎn)施工工藝較簡(jiǎn)單。當(dāng)節(jié)點(diǎn)采用較可靠的施工工工藝時(shí)，可采用與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相同的設(shè)計(jì)方法。豎向受力構(gòu)件可根據(jù)需要替換為現(xiàn)澆構(gòu)件。建筑空間布置靈活，較易實(shí)現(xiàn)大空間。

　　缺點(diǎn)：對(duì)主筋灌漿錨固要求較高，室內(nèi)出現(xiàn)凸梁凸柱，外墻維護(hù)部分構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜。主要是以多層住宅和6度以下抗震設(shè)防地區(qū)。

　　住宅產(chǎn)業(yè)是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的重要領(lǐng)域，必須通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，大力發(fā)展預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，走新型工業(yè)化的發(fā)展道路，轉(zhuǎn)變當(dāng)前粗放型的住宅建造方式，采用現(xiàn)代工業(yè)化的生產(chǎn)手段建造住宅。才能達(dá)到住宅建設(shè)的高效率、環(huán)境負(fù)荷低的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)住宅的高質(zhì)量、高品質(zhì)、全壽命。