王 琳 王傳新 王志健

(1.煙臺大學(xué)，山東 煙臺 264005； 2.煙臺市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，山東 煙臺 264001； 3.煙臺市高新區(qū)建設(shè)環(huán)保局，山東 煙臺 264003)

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預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展

王 琳1王傳新2王志健3

(1.煙臺大學(xué)，山東 煙臺 264005； 2.煙臺市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，山東 煙臺 264001； 3.煙臺市高新區(qū)建設(shè)環(huán)保局，山東 煙臺 264003)

介紹了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境效益和抗震性能，指出預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)已成為住宅產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)研究方向，在建筑業(yè)的發(fā)展前景十分廣闊。

住宅產(chǎn)業(yè)化，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，環(huán)境效益，抗震性能

建筑業(yè)屬于我國勞動密集型產(chǎn)業(yè)，從過往到現(xiàn)在一直存在高污染、高能耗、低生產(chǎn)率等眾多問題。由于這些問題的存在及長期積累，導(dǎo)致其對自然環(huán)境和社會造成的負(fù)擔(dān)越來越重，這些問題產(chǎn)生的根源都同我國現(xiàn)有的現(xiàn)場傳統(tǒng)施工方式有關(guān)，為了解決以上現(xiàn)場施工的問題，住宅產(chǎn)業(yè)化應(yīng)運(yùn)而生。住宅產(chǎn)業(yè)化，顧名思義，是針對我國傳統(tǒng)建筑存在的問題，提出的一種新型工業(yè)化生產(chǎn)模式。針對我國現(xiàn)場傳統(tǒng)施工的問題，住宅產(chǎn)業(yè)化大大減小了現(xiàn)場施工的工作量，并提高了資源利用率，最終將改善了生產(chǎn)現(xiàn)場條件及建筑項(xiàng)目質(zhì)量，符合我國提倡的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。住宅產(chǎn)業(yè)化已成為建筑業(yè)發(fā)展的重要方向[1,2]。

住宅產(chǎn)業(yè)化的基本條件便是采用工業(yè)化的建造方式，并且使住宅用構(gòu)件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，大力發(fā)展預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)是住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必要條件。近年來，隨著國家政策的扶持及建筑工業(yè)化的需求，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)得到了較快的發(fā)展。

1 預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況

預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)起源于歐洲，已有140多年的歷史。預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)因其生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、對環(huán)境影響小、可持續(xù)發(fā)展、工作條件好等優(yōu)點(diǎn)在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。在發(fā)達(dá)國家，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)已被用來建造各種類型的建筑物，如地下停車場，工業(yè)廠房，住宅等[3]。

1.1 國外預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況

歐洲由于19世紀(jì)工業(yè)革命的緣故，城市化進(jìn)程得到加快，房屋需求量急劇增長，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)也同時得到了飛速的發(fā)展。1875年6月，英國人William Henry Lascell于獲得的發(fā)明專利(2151號)“Improvement in the Construction of Buildings”中提出了在結(jié)構(gòu)承重骨架上安裝預(yù)制混凝土墻板的建筑方案[4]，這是歐洲預(yù)制混凝土技術(shù)的起源的象征，這一建筑方案被廣泛應(yīng)用于普通農(nóng)村住宅。1878年，William Henry Lascell在巴黎博覽會上向世界展示了第一個革命性的采用預(yù)制混凝土技術(shù)的建筑，其承重構(gòu)件為木結(jié)構(gòu)，墻體采用了預(yù)制混凝土墻板。英國作為預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的起源，位于英國克羅伊登小街道于1882年建起了第一個預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)建筑，其結(jié)構(gòu)形式類似于William Henry Lascell在巴黎博覽會上展示的結(jié)構(gòu)形式，其骨架為木結(jié)構(gòu)，墻體和樓板為預(yù)制混凝土墻板，連接方式為螺栓連接[5]。

早期的預(yù)制混凝土建筑物主要是基于Lascell系統(tǒng)，而且預(yù)制混凝土外墻板主要用于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的施工，只作為分隔與圍護(hù)的作用而存在。第19世紀(jì)末，預(yù)制混凝土技術(shù)推廣到法國等歐洲國家，其中，法國重點(diǎn)研究推廣配筋預(yù)制混凝土并取得了較大成就。20世紀(jì)初，預(yù)制混凝土技術(shù)擴(kuò)散到美國。預(yù)制混凝土工業(yè)化生產(chǎn)模式符合當(dāng)時資本主義發(fā)展的要求，發(fā)展迅速，而美國的科學(xué)研究推動了預(yù)應(yīng)力與預(yù)制混凝土技術(shù)結(jié)合。二戰(zhàn)結(jié)束后，歐美各國大量房屋需要重建，恰此時勞動力匱乏，混凝土制作技術(shù)滿足時代需要。它已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如住宅樓，辦公樓，工業(yè)樓和公共建筑。到20世紀(jì)末，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑、水工建筑物、橋梁[2]等工程結(jié)構(gòu)中并發(fā)揮著重要作用。目前，發(fā)達(dá)國家的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)已得到充足的發(fā)展，在所有建筑中所占比例很大，其中，美國約為35%，歐洲約為35%～40%，日本則超過50%[6]。

1.2 國內(nèi)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展及應(yīng)用

在中國預(yù)制混凝土技術(shù)起步較晚，于建國初期有所發(fā)展，預(yù)制混凝土早期在中國主要由于當(dāng)時采用蘇聯(lián)模式的原則的影響，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)主要用于住宅、辦公樓、工業(yè)廠房等，在北京的典型樣板工程是第一建筑構(gòu)件廠[7]。

20世紀(jì)50年代后期～20世紀(jì)80年代中期，我國改變預(yù)制混凝土發(fā)展模式，開始探索自己的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)之路，預(yù)制混凝土技術(shù)得到了長足發(fā)展。這一時期，許多單層工業(yè)廠房都采用了預(yù)制混凝土。80年代中期以后，在預(yù)制混凝土生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小，生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)相對落后，不能跟上中國經(jīng)濟(jì)和建筑業(yè)的發(fā)展步伐。由于當(dāng)時片面對經(jīng)濟(jì)效益的追求，使預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量和使用功能嚴(yán)重降低。特別是唐山地震中預(yù)制混凝土構(gòu)件的大量破壞，預(yù)制混凝土在地震區(qū)域的應(yīng)用受到嚴(yán)重限制，甚至一些地區(qū)明確禁止在地震區(qū)預(yù)制混凝土樓板使用[5]。在以上種種原因的影響下，我國預(yù)制混凝土技術(shù)進(jìn)入衰退期。20世紀(jì)末21世紀(jì)初，我國相繼頒布《關(guān)于推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，提高住宅質(zhì)量的若干意見》(國辦發(fā)[1999]72號)和《國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地試行辦法》(建住房[2006]150號)等一些列推動我國住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵性國家文件，預(yù)制混凝土又重新被重視。關(guān)于預(yù)制混凝土的研究與應(yīng)用工作不斷開展，知名企業(yè)與高校、科研院所聯(lián)合進(jìn)行理論與試驗(yàn)研究，取得了豐富的成果，并且大力推動科研與實(shí)踐相結(jié)合，采用預(yù)制混凝土技術(shù)的建筑越來越多。如萬科深圳龍華保障性住房項(xiàng)目、南京江寧上坊保障房項(xiàng)目、浙江嘉興金色夢想項(xiàng)目等[8]。

2 預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境效益

預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)對建筑材料(如水泥、碎石、沙子、鋼材、木材等)不僅節(jié)約了采礦、加工、加工過程中的能耗，而且減少了能源消耗帶來的空氣污染。建筑材料不僅節(jié)約了自然資源，而且節(jié)約能源，已貫穿于建筑材料的開發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝的全過程。例如，在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工中，臨時支護(hù)、腳手架、模板等都會消耗大量的木材、鋼材。

預(yù)制及半預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)可有效減少現(xiàn)澆混凝土作業(yè)，結(jié)構(gòu)和建筑構(gòu)件實(shí)行工廠化生產(chǎn)，也可以將裝飾設(shè)計(jì)和施工一體化，有利于環(huán)境保護(hù)和減少施工擾民[9]。

3 預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能

采用預(yù)制混凝土技術(shù)可以建造輕質(zhì)混凝土結(jié)構(gòu)，減輕結(jié)構(gòu)重量，減少災(zāi)后的能耗和災(zāi)后重建，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。目前，國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了大量的工程研究和試驗(yàn)，可用于任何通用框架。為了解決地震區(qū)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的問題，有助于預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的施工都可以采用拼裝預(yù)制構(gòu)件的做法來建造具有抗震能力的整體結(jié)構(gòu)[10]。

目前，我國建筑業(yè)作為勞動密集型產(chǎn)業(yè)，長期存在高能耗、高污染、低生產(chǎn)率等諸多問題。隨著時間的推移，對自然環(huán)境和社會造成的負(fù)擔(dān)越來越大，然而這些問題的產(chǎn)生都與我國現(xiàn)有的傳統(tǒng)現(xiàn)場施工方式有關(guān)。住宅產(chǎn)業(yè)化作為一種新型工業(yè)化生產(chǎn)方式，大大減小了現(xiàn)場施工的工作量，提高了資源利用率、改善了生產(chǎn)條件和建筑質(zhì)量，符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，成為建筑業(yè)發(fā)展的重要方向[11]。預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在地震區(qū)的應(yīng)用是對其抗震性能研究的重點(diǎn)，下文總結(jié)了在地震中預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的性能。

1968年3月，我國河北邢臺先發(fā)生兩次震級分別為6.8級和7.2級的大地震，震中烈度9度強(qiáng)和10度，地震波及周邊多個城市和地區(qū)，造成多人傷亡。北京市震感強(qiáng)烈，但預(yù)制大板結(jié)構(gòu)受地震影響較小，基本未發(fā)生破壞現(xiàn)象[12]。1985年9月，墨西哥西海岸的南太平洋發(fā)生了8.1級地震，沖擊波席卷了約數(shù)分鐘后的“橫掃”墨西哥城，造成多人傷亡。然而，大部分預(yù)制建筑物在地震中表現(xiàn)良好，幾乎沒有損壞，距震中30 km的預(yù)制大阪工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出良好的抗震性能[13]。1995年1月，日本大阪(Osaka)和神戶(Kobe)地區(qū)發(fā)生了里氏7.3級大地震。該地區(qū)的大部分混凝土墻板都是2層～5層的低矮建筑物，在地震中，預(yù)制件沒有發(fā)生損壞，只在接縫處的混凝土出現(xiàn)了輕微的剝落和開裂現(xiàn)象[14]。2010年2月，智利比奧比奧省(BIO-BIO)發(fā)生里氏8.8級地震。地震中預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)破壞較嚴(yán)重，而帶預(yù)應(yīng)力的預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)(Unbounded Post-tensioned Precast Concrete Wall，簡稱“UPPCW”)和裝有耗能減震裝置的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在地震中表現(xiàn)良好[15]。2011年3月，日本東北部發(fā)生里氏9級地震，日本內(nèi)閣會議將其命名為東日本大地震。在地震中，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，預(yù)制混凝土構(gòu)件幾乎沒有發(fā)生破壞[16]。

4 結(jié)語

1)大力發(fā)展預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)是住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必要條件。2)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的環(huán)境效益，有利于可持續(xù)發(fā)展策略的實(shí)現(xiàn)；通過歷次的地震震害調(diào)查結(jié)果可知預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的抗震性能，在地震中破壞程度較輕，是一種良好的抗震結(jié)構(gòu)形式。3)21世紀(jì)是我國建筑業(yè)發(fā)展的鼎盛時期，隨著國家政策對建筑工業(yè)化的大力扶持及國家建筑政策的進(jìn)一步完善，建筑材料性能的逐步提高和施工技術(shù)水平的不斷提高，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用前景廣闊。

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Development of precast concrete structures

Wang Lin1Wang Chuanxin2Wang Zhijian3

(1.Yantai University， Yantai 264005， China; 2.Yantai Construction Engineering Quality Inspection Station， Yantai 264001， China; 3.Yantai Construction Environmental Protection Bureau in High-Tech Zone， Yantai 264003， China)

This paper introduces the development actuality and application of precast concrete structure at home and abroad, and summarizes the environmental benefits of precast concrete structure and seismic performance, and points out the precast concrete structure has become the direction of the housing industry in key research direction.

housing industrialization, precast concrete structure, environmental benefit, seismic performance

1009-6825(2017)12-0043-02

2017-02-18

王 琳(1991- )，女，在讀碩士； 王傳新(1970- )，男，助理工程師； 王志健(1975- )，男，助理工程師

TU375

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