徐振霖

（安徽建筑大學(xué)，安徽　合肥　230022）

預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的分析和研究

徐振霖

（安徽建筑大學(xué)，安徽合肥230022）

預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)是建筑工業(yè)化最具代表性的結(jié)構(gòu)形式之一，在我國的發(fā)展趨勢(shì)正日漸佳境.應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展的要求，同時(shí)為了降低勞動(dòng)力成本提高工程建設(shè)效率，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系在建筑工業(yè)化生產(chǎn)中顯示了其突出地位，其應(yīng)用前景也越來越被人看好，與此同時(shí)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的抗震性能也隨之得到更多的關(guān)注，本文將對(duì)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的問題進(jìn)行分析研究.

預(yù)制裝配式；抗震性能；設(shè)計(jì)方法

1　緒論

1.1研究背景、目的及意義

在我國，建筑業(yè)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)非常成熟的階段，各項(xiàng)建設(shè)技術(shù)、施工機(jī)械以及施工方案等都已經(jīng)運(yùn)用的游刃有余.但隨著我國“五位一體”發(fā)展需求的提出，同時(shí)為了減小建筑業(yè)對(duì)于環(huán)境的影響、節(jié)省資源消耗，就要求將低碳、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念融入到工程建設(shè)的過程當(dāng)中，當(dāng)下正迅速發(fā)展的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)具有高效管理和轉(zhuǎn)變建設(shè)模式國務(wù)等特點(diǎn).

用預(yù)制的構(gòu)件直接在工地進(jìn)行裝配而成的建筑稱為裝配式建筑.相比于傳統(tǒng)工程建設(shè)中存在的諸多弊端，各類預(yù)制結(jié)構(gòu)體系具有質(zhì)量穩(wěn)定可靠、施工快、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，通過省去設(shè)計(jì)中部分不必要的階段，縮短對(duì)工程設(shè)計(jì)的周期，這就同時(shí)使得預(yù)制和裝配技術(shù)成為傳統(tǒng)的工程生產(chǎn)方式.

1.2住宅產(chǎn)業(yè)化研究和發(fā)展

1.2.1國外住宅產(chǎn)業(yè)化

20世紀(jì)中期，房屋對(duì)于當(dāng)時(shí)的歐洲來說需求量十分巨大，為了保證人們的住房問題，裝配式結(jié)構(gòu)房屋便成為了一些國家的主要目標(biāo)，也就這樣形成了一批具體的、全面的、系統(tǒng)的房屋體系，此后工業(yè)化建筑也遍布了歐洲的其他國家，甚至蔓延到了一些發(fā)達(dá)國家，比如美國等等.時(shí)至今日，科學(xué)技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)新的高度，伴隨著的便是房屋工業(yè)化生產(chǎn)在西方國家的又一個(gè)高潮.

1.2.2國內(nèi)住宅產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀

我國的住宅產(chǎn)業(yè)化雖然起步比別的國家晚，但在經(jīng)歷了一段時(shí)期的發(fā)展和進(jìn)步之后已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折期.目前發(fā)展的首要問題就是怎樣一改以往土地單一的開發(fā)模式，使得住宅產(chǎn)業(yè)在注重質(zhì)量和效率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)資源的合理利用，品質(zhì)與能效并存的建筑產(chǎn)品越來越受到大眾的追捧.

住宅產(chǎn)業(yè)化的興起為建筑領(lǐng)域帶來了一場(chǎng)前所未有的改革，它不僅大大提高了建筑業(yè)工業(yè)化程度，生產(chǎn)效率也發(fā)揮到了極致，這樣就極大縮短了工程的建設(shè)周期.此外，工業(yè)化的推廣也減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，使得住宅質(zhì)量和居住水準(zhǔn)都得到了保障.工業(yè)化的應(yīng)用領(lǐng)域不僅僅局限于住宅本身，一些公共建筑的未來發(fā)展中也可以加入建筑工業(yè)化的元素.伴隨著工業(yè)化的推廣以及其廣泛的適用性會(huì)引領(lǐng)建筑行業(yè)新的變革，這將給社會(huì)的發(fā)展和人們的生活帶來耳目一新的感受.

1.2.3我國住宅產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)與需求

住宅產(chǎn)業(yè)化就是生產(chǎn)方式的產(chǎn)業(yè)化、科技成果的產(chǎn)業(yè)化，通過實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化來節(jié)約原材料和能源、提高住宅質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)力、改善勞動(dòng)強(qiáng)度等.現(xiàn)如今，住宅產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)步離不開建筑產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)模式的改善和優(yōu)化，只有通過找尋一種適合房屋工業(yè)化的全新模式和方法才能實(shí)現(xiàn)從單一的追求速度和數(shù)量轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量和效益并重的模式上來.

目前在我國住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程中急需建立住宅標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也要研究各種組裝技術(shù)，使相同的部品可以組裝出不同類別的住宅，從而有助于推動(dòng)工業(yè)化生產(chǎn).

2　現(xiàn)今預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展?fàn)顩r

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)等諸多結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成了如今的工業(yè)化住宅體系.考慮到我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、人們的生活習(xí)慣以及建筑材料的來源，預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在我國產(chǎn)業(yè)化住宅市場(chǎng)占據(jù)了很大比例的份額.對(duì)于預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)和預(yù)制鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)可謂是其兩大基本形式.

預(yù)制裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有很多，比如：施工速度快、項(xiàng)目成本低、滿足可持續(xù)發(fā)展要求，同時(shí)可以改善居住的健康和安全性.可是在實(shí)際運(yùn)用中，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)卻仍無法得到充分的應(yīng)用，原因是在部分工程中預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)完全無法適應(yīng)強(qiáng)度和烈度的要求.在我國，由于預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究資料不是很多，相關(guān)規(guī)范也不成體系，更是影響了其在住宅建筑中的應(yīng)用.

2.1預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系

2.1.1目前的建筑結(jié)構(gòu)體系

現(xiàn)今的建筑結(jié)構(gòu)體系按材料可分為混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu).建筑結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件可分為水平布置的構(gòu)件和豎向布置的構(gòu)件，水平布置的構(gòu)件包括梁、板、剛臂等，豎向布置的構(gòu)件包括柱、支撐、剪力墻、筒體等.基本構(gòu)件會(huì)因?yàn)椴牧稀⒉贾?、建造方式等的不同，形成滿足不用使用和性能要求的各種構(gòu)件，如梁因材料不同可分為鋼梁、型鋼混凝土梁、鋼筋混凝土梁等，按作用位置的不同，支撐可以分為中心支撐、偏心支撐等，按施工方式的不同，板可分為現(xiàn)澆板、疊合板和預(yù)制板等.

2.1.2我國發(fā)展裝配式住宅的實(shí)踐

混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)在預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系中得到了非常普遍的運(yùn)用，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)兩者而言，無論是從經(jīng)濟(jì)方面還是從技術(shù)方面混凝土結(jié)構(gòu)體系都應(yīng)該作為裝配式結(jié)構(gòu)體系最主要的部分.然而相比于現(xiàn)今的建筑結(jié)構(gòu)體系，預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系能利用的范圍還比較有限，因此對(duì)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)工程的要求也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)工程嚴(yán)格的多.

一些實(shí)際工程正是推動(dòng)住宅產(chǎn)業(yè)化和房屋工業(yè)化的關(guān)鍵因素，但這些新的工藝手段卻仍然有許多的不足，因此對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)體系展開全新的探索與發(fā)現(xiàn)已經(jīng)成為亟需解決的問題.

2.2現(xiàn)有的裝配式建筑存在的問題

還這樣一個(gè)發(fā)展還不是很完善的階段，仍存在以下問題：

2.2.1技術(shù)體系不完備.目前的房屋建筑還是主要以裝配式混凝土剪力墻住宅、框架結(jié)構(gòu)住宅還有其他房屋類型的裝配式結(jié)構(gòu)住宅為主，但是由于其發(fā)展不均衡，技術(shù)不完備等缺陷，還應(yīng)進(jìn)一步對(duì)其加強(qiáng)研究.

2.2.2對(duì)于裝配式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方面的研究仍舊有很多缺陷.目前裝配式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)部位的做法還有很多缺陷和不足，比如：有關(guān)鋼筋墻板之間的連接件的技術(shù)并不完善、主要的裝配剪力墻豎向鋼筋連接即套筒灌漿連接對(duì)其所需材料的作用考慮不周全以及很多其他形式的剪力墻結(jié)構(gòu)接縫之間的連接形式單一引起的問題等等.

2.2.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范支撐不夠.關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在很早的時(shí)候它的重要性就早已經(jīng)被建筑行業(yè)所有人認(rèn)同，可是由于很多實(shí)際原因?qū)е轮两褚踩杂性S多空白的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，他們只是徒有其表，卻急需補(bǔ)充和完善.

2.3技術(shù)是新型裝配式結(jié)構(gòu)體系發(fā)展必不可少的因素

2.3.1新型裝配式結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)變

與傳統(tǒng)的住宅產(chǎn)業(yè)化流水生產(chǎn)模式不同，新型裝配式結(jié)構(gòu)體系的住宅產(chǎn)業(yè)化成功的避開了傳統(tǒng)模式難以滿足群眾個(gè)性化要求的缺點(diǎn)，利用住宅產(chǎn)業(yè)化本身的技術(shù)特點(diǎn)，建立一種全新的能夠滿足群眾不同需求的可變的模式，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的流水生產(chǎn)模式向適應(yīng)各類群眾需求的可變生產(chǎn)模式的重大轉(zhuǎn)變.雖說目前的新型裝配式結(jié)構(gòu)體系也只做到了部分預(yù)制，但它勢(shì)必要向住宅產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)展，所以我們應(yīng)當(dāng)更廣泛的去發(fā)展新型裝配式結(jié)構(gòu)體系，逐步實(shí)現(xiàn)全面的住宅產(chǎn)業(yè)化.

2.3.2科研手段是發(fā)展新型裝配式結(jié)構(gòu)體系有力武器

利用力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)算從而建立新型裝配式結(jié)構(gòu)體系的主要設(shè)計(jì)模型，以建筑物自身的特點(diǎn)和適應(yīng)性為主要依據(jù)，通過科研的手段對(duì)新型材料、工具和先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)一步的探索其具體的構(gòu)造形式.新型結(jié)構(gòu)體系是否合理，新型節(jié)點(diǎn)的設(shè)置是否簡便可靠，都是試驗(yàn)必須研究的問題，進(jìn)一步的研究實(shí)現(xiàn)更完備的施工方法和技術(shù)要求已經(jīng)成為當(dāng)前最重大的課題.

3　對(duì)預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)性能的研究

3.1現(xiàn)今預(yù)制裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的研究狀況

早在20世紀(jì)60年代，預(yù)制裝配式鋼筋混凝土墻板結(jié)構(gòu)就已經(jīng)在歐洲迅猛發(fā)展起來，該結(jié)構(gòu)是預(yù)制裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的形式之一，隨后該結(jié)構(gòu)進(jìn)入中國市場(chǎng)；與此同時(shí)，預(yù)制裝配式大板結(jié)構(gòu)體系未能在地震過程中取得良好的表現(xiàn)，因而其抗震性能還有待提高；直到20世紀(jì)90年代，美國和日本研制出了無粘結(jié)后張拉預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，該結(jié)構(gòu)最突出的特點(diǎn)就是抗震性能和自恢復(fù)能力良好；預(yù)制疊合剪力墻結(jié)構(gòu)體系是把現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)與裝配式結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合，也是從現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)發(fā)展到裝配式結(jié)構(gòu)的一個(gè)必經(jīng)的階段；此外還有很多具有新型結(jié)構(gòu)形式的預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，他們的抗震性能也正在進(jìn)一步的發(fā)展當(dāng)中.

3.2對(duì)預(yù)制裝配式鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的常規(guī)性能分析研究

預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)從以下幾個(gè)方面對(duì)其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行研究：

3.2.1結(jié)構(gòu)體系的研究.目前預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)被大量的運(yùn)用于我國房屋建筑中，做到充分符合住宅產(chǎn)業(yè)化的要求，對(duì)先進(jìn)的國外裝配式結(jié)構(gòu)的思想同化，對(duì)預(yù)制裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的不斷完善以及對(duì)一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系的簡化是研究此類結(jié)構(gòu)形式的必然要求.

3.2.2關(guān)于預(yù)制墻接縫連接設(shè)計(jì)技術(shù)的研究.在裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的建設(shè)過程中，需對(duì)期間產(chǎn)生的接縫的施工過程、結(jié)構(gòu)特性以及操作流程等進(jìn)行仔細(xì)的分析研究，然而無論是水平還是豎直接縫都會(huì)對(duì)工程結(jié)構(gòu)的整體性能產(chǎn)生一定的影響.

3.2.3關(guān)于預(yù)制裝配式大板結(jié)構(gòu)的研究.如果建筑只有六層或不到六層，工程中一般會(huì)采用預(yù)制裝配式大板結(jié)構(gòu)體系.這種結(jié)構(gòu)體系施工過程更簡單，更安全，實(shí)用性更強(qiáng).通過理論和試驗(yàn)研究這種結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)和性能，用以確定其設(shè)計(jì)方法和適用范圍.

3.2.4關(guān)于裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的研究.通常情況下，預(yù)制裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能較差，由于地震作用導(dǎo)致的構(gòu)件連接處和構(gòu)件本身的損害會(huì)耗費(fèi)很多能量.通過在預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)中采取減震材料或是直接將預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成隔震的構(gòu)造的方法，這樣就能非常有效的提高剪力墻結(jié)構(gòu)體系的抗震特性.然而如何更加有效的提高結(jié)構(gòu)的抗震特性，仍是一個(gè)需要進(jìn)一步研究的問題.

通過對(duì)于預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻的一些試驗(yàn)，可得出如下結(jié)論：

預(yù)制裝配式鋼筋混凝土墻板結(jié)構(gòu)整體性能的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究及數(shù)值分析.研究表明：墻板之間水平接縫發(fā)生了剪切滑移和搖擺是大板結(jié)構(gòu)體系破壞最主要的原因，而能耗問題則完全取決于墻板之間的豎直接縫.

利用數(shù)值模擬和能力譜法研究了裝配式大板結(jié)構(gòu)的抗震性能.研究表明：預(yù)制樓板和預(yù)制剪力墻墻片的連接處是結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，地基的軟硬程度和基礎(chǔ)的埋置深度對(duì)節(jié)點(diǎn)錨固長度有顯著影響.淺基礎(chǔ)和軟土地基的整體抗震性能正是通過裝配式結(jié)構(gòu)得到了有效的保證.

3.3小結(jié)

相對(duì)于工程建設(shè)中其他普通的混合結(jié)構(gòu)而言，預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)具有較多的優(yōu)越性，比如：工業(yè)化程度較高、生產(chǎn)模式商品化、施工效率較高、自身重量較輕、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高以及變形能力較強(qiáng)等等.對(duì)預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系的性能進(jìn)行分析研究是為其實(shí)際運(yùn)用的提供了重要保證.

4　結(jié)論與展望

4.1結(jié)論

在未來的幾十年內(nèi)，我國將把發(fā)展的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向城鄉(xiāng)建設(shè)當(dāng)中.雖然新型裝配式結(jié)構(gòu)體系目前還存在很多問題，我國與國際先進(jìn)水平也仍具有差距，但從長遠(yuǎn)來看，它是符合住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展方向的.隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、環(huán)境壓力不斷增大、人力成本不斷提高、可持續(xù)發(fā)展深入人心，建筑工業(yè)化進(jìn)程在我國將不可逆轉(zhuǎn).預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系是建筑工業(yè)化的重要實(shí)現(xiàn)方式，將得到進(jìn)一步的研發(fā)和推廣應(yīng)用.

4.2不足和展望

目前預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的研究的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了一定的程度，但仍然還有許多問題有待解決，如：如何取得更加系統(tǒng)完善的關(guān)鍵技術(shù)，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和集成技術(shù)如何進(jìn)行規(guī)?；膽?yīng)用，如何使得規(guī)模化推廣擺脫其他因素的限制，連接方式可靠性有欠缺等，但隨著技術(shù)發(fā)展和科學(xué)進(jìn)步，以上問題都將在研發(fā)和實(shí)踐中得到很好的解決.

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TU375.4

A

1673-260X（2016）07-0167-03

2016-04-22