預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)與抗震

　　預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的初步運(yùn)用階段是從預(yù)制構(gòu)件開(kāi)始的，1891年巴黎公司Ed.coignet在Biarritz的俱樂(lè)部建筑中率先使用了預(yù)制混凝土梁。20世紀(jì)初，美國(guó)、德國(guó)等西方國(guó)家，開(kāi)始建造由預(yù)制混凝土構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束之后，由于戰(zhàn)爭(zhēng)的破壞，急需建造大量建筑物，促使預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)以其施工速度快、建設(shè)工期短、產(chǎn)品質(zhì)量高，并能節(jié)約大量勞動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)長(zhǎng)期處于發(fā)展和應(yīng)用階段，在工程領(lǐng)域中發(fā)揮著較大的怍用。

　　1 預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的建造和效益評(píng)價(jià)

　　預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的建造方法，簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，就是用起重機(jī)及其他運(yùn)載施工機(jī)械將工廠化生產(chǎn)的預(yù)制混凝土構(gòu)件(如梁、板、柱)進(jìn)行組合安裝的一種快速施工技術(shù)。其施工分為兩個(gè)階段：第一階段在工廠制作預(yù)制構(gòu)件，第二階段在現(xiàn)場(chǎng)安裝。預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的建造工序?yàn)椋涸O(shè)計(jì)、制作、運(yùn)輸、安裝、裝飾等。

　　1.1  預(yù)制混凝土技術(shù)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)

　　1.1.1混凝土預(yù)制產(chǎn)品在工廠控制條件下生產(chǎn)，質(zhì)量保證率高

　　與傳統(tǒng)的建筑工地現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土工藝相比，工廠化生產(chǎn)勞動(dòng)效率高，生產(chǎn)環(huán)境穩(wěn)定。由于構(gòu)件的定型化和標(biāo)準(zhǔn)化，預(yù)制構(gòu)件比用其他施工方法生產(chǎn)的等效構(gòu)件可節(jié)省較多的材料和人工，且產(chǎn)品按既定標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格檢驗(yàn)出廠，故質(zhì)量保證率高。

　　位于美國(guó)夏威夷檀香山的阿拉莫那旅館，是一座38層的全預(yù)制的混凝土建筑，其樓板的整體厚度為152mm，包括63mm厚的預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土底板和89 mm厚的現(xiàn)澆疊合面層。若使用現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土結(jié)構(gòu)，按照樓面荷載和跨度計(jì)算，樓板厚度要達(dá)到229mm。由于該建筑總體采用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，樓板采用預(yù)應(yīng)力混凝土疊合結(jié)構(gòu)，僅樓蓋結(jié)構(gòu)就節(jié)省2 500mm厚的混凝土，不僅減輕了結(jié)構(gòu)自重，還節(jié)約柱、梁、抗震墻和基礎(chǔ)支撐體系的費(fèi)用。

　　1.1.2建造速度快，對(duì)周?chē)墓ぷ骱蜕钣绊懶?

　　預(yù)制構(gòu)件制作完成后，先臨時(shí)存放，然后直接運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)安裝，可以緩解現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地緊張的壓力，方便快捷。對(duì)于鬧市區(qū)的百貨公司、停車(chē)場(chǎng)、過(guò)街天橋這類(lèi)工期緊、施工文明要求高的工程，尤其適用。預(yù)制構(gòu)件可在非交通高峰時(shí)刻運(yùn)輸，如午夜車(chē)少的時(shí)候，可有效減少對(duì)周?chē)ぷ骱蜕畹挠绊?。如在洪都拉斯San Pedro Sula市Bufalo工業(yè)園區(qū)建造的預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土懸索人行撟，橋中央的橋塔由兩根柱支撐，主跨的預(yù)制橋面板和梁采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，整座橋的組合安裝僅用時(shí)一個(gè)星期，而且施工過(guò)程中始終保證有兩個(gè)逆向的車(chē)道通行。

　　1.1.3使用材料、人工少，投資回收快

　　國(guó)外大量工程實(shí)例表明，采用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)代替現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)可以節(jié)約550%，的混凝土和40％的鋼筋。據(jù)歐洲國(guó)家統(tǒng)計(jì)，按傳統(tǒng)建筑方法，每平方米建筑面積可節(jié)約人工25％～30％，降低造價(jià)10％一15％，縮短工期約50％左右。另外，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)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)等時(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。澳大利亞悉尼有一棟13層的樓房，上部結(jié)構(gòu)均采用預(yù)制構(gòu)件，梁柱接頭采用的是預(yù)埋件焊接方法，柱與柱接頭采用預(yù)應(yīng)力鋼筋連接(即通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力使柱與柱連接緊密)，采用預(yù)制的樓板和墻板，基礎(chǔ)采用預(yù)制樁基礎(chǔ)，僅承臺(tái)和基礎(chǔ)用現(xiàn)澆混凝土施工，其全部施工工期僅用了三個(gè)月。

　　1.2預(yù)制混凝土技術(shù)的環(huán)境效益

　　1.2.1建筑材料的節(jié)約可減少環(huán)境污染

　　建筑材料(如水泥、石子、砂子、鋼材、木材等)的節(jié)約不僅降低了采礦、加工和處理過(guò)程中的能耗，而且也由于能耗的降低而減輕了空氣的污染。實(shí)驗(yàn)表明，生產(chǎn)一噸水泥大約有一噸的C02會(huì)釋放到大氣中。另外，節(jié)省建筑材料不僅節(jié)約了自然資源，也節(jié)約了能源，這種節(jié)約一直貫穿在建筑材料的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝的全過(guò)程中。例如在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工中，臨時(shí)支撐、腳手架、模板等會(huì)耗費(fèi)掉大量的木材、鋼材。

　　1.2.2施工技術(shù)的革新有利于工廠化生產(chǎn)

　　采用預(yù)制及半預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，將減少現(xiàn)澆混凝土作業(yè)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑構(gòu)件實(shí)行工廠化生產(chǎn)，還可以將裝修和設(shè)計(jì)、施工一體化，有利于環(huán)境保護(hù)和減少施工擾民。

　　1.2.3建筑自重的減輕，有利于結(jié)構(gòu)防震

　　通過(guò)預(yù)制混凝土技術(shù)可建造輕質(zhì)高強(qiáng)的抗震結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)自重減輕，可以減少災(zāi)后救援和災(zāi)后重建的能源消耗，有利于生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境的保護(hù)。目前預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外大量的工程研究和實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)達(dá)到了對(duì)任何常用的框架，都可以采用拼裝預(yù)制構(gòu)件的做法來(lái)建造具有抗震能力的整體結(jié)構(gòu)，從而解決了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在抗震區(qū)建造的難題，有助于預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用。

　　2 預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展

　　2.1 我國(guó)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　我國(guó)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用起于20世紀(jì)50年代，借鑒前蘇聯(lián)的經(jīng)驗(yàn)，在全國(guó)建筑生產(chǎn)企業(yè)推行標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化和機(jī)械化，發(fā)展預(yù)制構(gòu)件和預(yù)制裝配建筑。從20世紀(jì)60年代初到80年代中期，預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)經(jīng)歷了研究、快速發(fā)展、使用、發(fā)展停滯等階段，到20世紀(jì)80年代末，全國(guó)已有數(shù)萬(wàn)家預(yù)制混凝土構(gòu)件廠，全國(guó)預(yù)制混凝土年產(chǎn)量達(dá)2500萬(wàn)m3。20世紀(jì)80年代初期，建筑業(yè)曾經(jīng)開(kāi)發(fā)了一系列新工藝，如大板、升板體系、南斯拉夫體系、預(yù)制裝配式框架體系等，但在進(jìn)行了這些有益的實(shí)踐之后，均未有大規(guī)模的推廣。究其原因，主要有以下方面：(1)在建筑高度、建筑形式、建筑功能要求等方面有較大的局限；(2)受到當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)條件制約，建筑機(jī)具設(shè)備和運(yùn)輸工具落后，運(yùn)輸?shù)缆藩M窄，無(wú)法滿(mǎn)足相應(yīng)的工藝要求，(3)受技術(shù)水平的限制，體系及構(gòu)件接頭處理不善，極易造成漏水，影響正常使用；(4)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，受力可靠性差，尤其在地震設(shè)防區(qū)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，如唐山大地震時(shí)，大量磚混結(jié)構(gòu)遭到破壞使人們對(duì)預(yù)制混凝土樓板的應(yīng)用更加保守；(5)勞動(dòng)力價(jià)格低廉，自20世紀(jì)80年代初期我國(guó)改革開(kāi)放后，農(nóng)村大量勞動(dòng)者涌向城市，由于這些勞動(dòng)者未經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)技術(shù)訓(xùn)練，大部分投入了建筑工地，從事勞動(dòng)強(qiáng)度大、收入低的現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)施工，從而使得需要有一定技術(shù)難度的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展停滯。總之，這些客觀的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件嚴(yán)重阻礙了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展。

　　目前，我國(guó)大部分地區(qū)，尤其有抗震設(shè)防要求的地區(qū)，混凝土結(jié)構(gòu)基本為全現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。工廠化的發(fā)展主要使得預(yù)拌混凝土有了較大發(fā)展，大、中城市(尤其是我國(guó)東部地區(qū))基本上都已擁有預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)，年生產(chǎn)能力已達(dá)到3000萬(wàn)m3以上，部分大城市的預(yù)拌混凝土產(chǎn)量已超過(guò)現(xiàn)澆混凝土總量的80％。預(yù)制混凝土產(chǎn)品主要是一些初級(jí)產(chǎn)品，如預(yù)制混凝土樓板等。

　　2.2 我國(guó)新型預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用

　　進(jìn)入21世紀(jì)后，伴隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化和城市現(xiàn)代化進(jìn)程的快速發(fā)展，能源、礦產(chǎn)、水、土地等資源不足的矛盾越來(lái)越突出，生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的形勢(shì)日益嚴(yán)峻，原來(lái)建立在我國(guó)勞動(dòng)力價(jià)格相對(duì)低廉的基礎(chǔ)之上的建筑行業(yè)，正在面臨勞動(dòng)力成本的不斷上升，逐漸成為制約我國(guó)建筑業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。參照國(guó)際上建筑業(yè)的發(fā)展過(guò)程，當(dāng)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值達(dá)到人均1000-3000美元后，開(kāi)發(fā)新型的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)就成為解決傳統(tǒng)建筑人工化生產(chǎn)方式缺陷、促進(jìn)建筑業(yè)快速發(fā)展的主要途徑。

　　基于上述觀點(diǎn)，作為2005—2006年參加了國(guó)內(nèi)首棟全預(yù)制方案的框架結(jié)構(gòu)建筑試驗(yàn)研究。該項(xiàng)目全部結(jié)構(gòu)及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件都采用預(yù)制形式，并按創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)，該試驗(yàn)樓結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是梁柱采用三維構(gòu)件的形式預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)后澆混凝土將各構(gòu)件連接形成框架承重體系，樓板采用疊合樓板，并通過(guò)延性節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，使其在平面內(nèi)能夠在地震作用下自由變形；外墻采用了工廠化生產(chǎn)的已進(jìn)行了內(nèi)外裝飾的多種形式的混凝土墻板、復(fù)合幕墻等，廚房和浴室采用了整體預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)拼裝形式。

　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中已考慮了機(jī)電管道的預(yù)留，既滿(mǎn)足運(yùn)輸和安裝要求，同時(shí)減少了現(xiàn)場(chǎng)的濕作業(yè)。由于采用先進(jìn)預(yù)制混凝土技術(shù)與輕質(zhì)保溫隔聲墻板相結(jié)合，提高了結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量和改善了使用功能。

　　通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)首棟全預(yù)制方案的框架結(jié)構(gòu)建筑的全面試驗(yàn)研究，在設(shè)計(jì)、施工上對(duì)新型預(yù)制混凝土結(jié)掏體均做了有益的探索。

　　試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：新型預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)體系使建造過(guò)程和住宅產(chǎn)品更環(huán)保，資源利用更合理；工廠化的方式給客戶(hù)帶來(lái)品質(zhì)更高，性能更優(yōu)，更個(gè)性化的住宅產(chǎn)品。比如未來(lái)實(shí)現(xiàn)工廠化可以有效減少現(xiàn)場(chǎng)垃圾，材料損耗減少60％，建筑用材可回收率達(dá)到66％以上；建造人員減少89％；建造周期縮短70％有效地降低了能源的消耗。因此新型預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)體系具有較大的推廣意義。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　2l世紀(jì)前20年，是我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展的鼎盛時(shí)期，每年建成的房屋面積將高達(dá)16～20億m2?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著國(guó)家建筑政策的進(jìn)一步完善，建筑材料性能的逐步改進(jìn)和施工工藝水平的不斷提高，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展應(yīng)用前景廣闊．