張銳

序言

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)自從推出以來(lái)，憑借自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)質(zhì)量高、生產(chǎn)周期短以及經(jīng)濟(jì)效益良好等優(yōu)點(diǎn)，一直備受關(guān)注?！笆濉币詠?lái)，隨著裝配式結(jié)構(gòu)新規(guī)范的陸續(xù)推出以及地方政府對(duì)裝配結(jié)構(gòu)的政策補(bǔ)貼，裝配式結(jié)構(gòu)又迎來(lái)新一輪的發(fā)展良機(jī)，而我國(guó)的裝配式住宅建筑相對(duì)較少，有很大的發(fā)展空間。近年來(lái)，面對(duì)新的建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展形勢(shì)，越來(lái)越多的企業(yè)和高校將重心放在了裝配式結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用上，萬(wàn)科集團(tuán)、長(zhǎng)沙遠(yuǎn)大住宅工業(yè)有限公司以及同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)等都陸續(xù)開(kāi)展了相關(guān)研究與實(shí)際應(yīng)有，在這樣的背景下誕生了一大批示范工程[1]。圖1為黑龍江宇輝集團(tuán)開(kāi)發(fā)的“保利花園”項(xiàng)目，主要應(yīng)用了預(yù)制墻體、預(yù)制陽(yáng)臺(tái)、預(yù)制樓梯、預(yù)制疊合板等建筑部件；圖2為合肥市蜀山裝配式公租房項(xiàng)目，是合肥市住宅產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn)工程。

由于裝配式結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系有著自己的獨(dú)特性，在構(gòu)造、傳力上都與一般工程有所不同，難以直接套用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。因此有必要通過(guò)新技術(shù)的探討和理論分析，對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較深入的研究，在驗(yàn)證該結(jié)構(gòu)形式可行性和安全性的同時(shí)，進(jìn)一步推動(dòng)新型結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用和發(fā)展。為了在實(shí)際工程中裝配式結(jié)構(gòu)有著更好的發(fā)展，下面將從關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用方法、結(jié)構(gòu)技術(shù)措施以及新結(jié)構(gòu)規(guī)范和軟件應(yīng)用等幾個(gè)方面對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。

1 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用方法

1.1 縱向鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)

圖1 黑龍江宇輝集團(tuán)開(kāi)發(fā)的“保利花園”項(xiàng)目

圖2 合肥市蜀山裝配式公租房項(xiàng)目

這種類(lèi)似于醫(yī)院斷肢再接技術(shù)-接骨術(shù)，預(yù)制構(gòu)件的縱向鋼筋連接一般都是100%在同一截面，因此必須保證I級(jí)接頭。這是為了保證接頭質(zhì)量，對(duì)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、安裝施工提出的工藝性接頭試驗(yàn)要求。套筒灌漿連接接頭的抗拉強(qiáng)度必須符合《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》[2]（JGJ107-2010）中Ⅰ級(jí)接頭的規(guī)定。

1.2 預(yù)制構(gòu)件專(zhuān)用預(yù)埋件的應(yīng)用

裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，預(yù)埋件主要強(qiáng)調(diào)的是安全和效率。我國(guó)缺乏相應(yīng)的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)選用方法，而歐美有相對(duì)成熟的標(biāo)準(zhǔn)，一般產(chǎn)品的安全系數(shù)為3.0，吊具的安全系數(shù)為5.0，在用于窄長(zhǎng)形構(gòu)件（梁墻產(chǎn)品）、扁寬型構(gòu)件（樓板、樓梯）時(shí)，其設(shè)計(jì)要求差別很大，必須由工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。撐桿安裝時(shí)，一般利用三角形最穩(wěn)定的原理，盡量只設(shè)計(jì)一根斜撐桿，因?yàn)樾睋螚U越多，受力越不明確，施工速度越慢，經(jīng)濟(jì)性不好。操作步驟一般是先找準(zhǔn)墻板的形心和重心，支撐桿放在形心與中心之間，斜桿在構(gòu)件上的固定點(diǎn)必須高于中心，宜設(shè)在2/3高度處，構(gòu)件下部的支點(diǎn)位置只設(shè)兩點(diǎn)，且以斜撐桿為中心對(duì)稱(chēng)布置。

1.3 露骨料混凝土粗糙面技術(shù)

這種也類(lèi)似于醫(yī)院斷肢再接技術(shù)-縫合術(shù)，新舊混凝土結(jié)構(gòu)面采用粗糙處理，加強(qiáng)相互之間的摩擦力咬合，以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求。

2 新型預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)

裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件均在工廠(chǎng)完成成型，施工過(guò)程節(jié)水、節(jié)能且環(huán)保污染少，優(yōu)化社會(huì)資源配置，具有良好的應(yīng)用前景。預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)適用于多層、小高層住宅體系建設(shè)，是推動(dòng)住宅產(chǎn)業(yè)化的重要新型結(jié)構(gòu)體系。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的展開(kāi)，以及裝配式框架結(jié)構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，這種體系必將逐漸被采用。

2.1 疊合梁

疊合梁為由兩部分組成，分別澆筑，其中預(yù)制部分在工廠(chǎng)直接生產(chǎn)，在施工現(xiàn)場(chǎng)完成組裝后，綁扎疊合梁和板上部鋼筋，這樣可以為澆筑疊合層混凝土提供了模板作用，在節(jié)省木模板與鋼模板的使用量的同時(shí)，也減少了現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)的操作難度。

圖3 疊合梁

2.2 疊合板

疊合板和疊合梁類(lèi)似，也是由工廠(chǎng)直接成型部分板尺寸，在運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行裝配，要求板下部鋼筋要置于預(yù)制部分梁上且伸入至梁端以使二次澆筑后鋼筋與梁形成整體，實(shí)現(xiàn)梁板連接。為使預(yù)制部分板與疊合層混凝土連接更好，在預(yù)制部分板面進(jìn)行拉毛粗糙處理，形成表面凹凸差不小于4mm的粗糙面，使?jié)仓炷梁笳辰Y(jié)更牢固。

圖4 新型裝配式節(jié)點(diǎn)

2.3 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造技術(shù)

在預(yù)制構(gòu)件裝配完畢，并綁扎疊合構(gòu)件鋼筋后，立即現(xiàn)澆混凝土，形成整體現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，試驗(yàn)也證明該節(jié)點(diǎn)抗震和整體性能良好?，F(xiàn)在更多的疊合梁選擇在端面上設(shè)置剪力鍵，這樣增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)處梁的抗剪能力，抗震性能得到進(jìn)一步提高。

筆者曾完成2榀2層2跨的裝配式框架結(jié)構(gòu)試驗(yàn)[3]，其中試件PCF-2預(yù)制梁端的底部鋼筋處設(shè)置了長(zhǎng)度為300mm的φ16PVC套管，套管用以加長(zhǎng)鋼筋的自由伸長(zhǎng)距離，從而增大塑性鉸長(zhǎng)度，進(jìn)而改善梁端轉(zhuǎn)動(dòng)延性。試驗(yàn)表明試件都具有穩(wěn)定的滯回性能和良好的延性及耗能能力。

圖5 帶套管裝配節(jié)點(diǎn)構(gòu)造示意圖

3 規(guī)范及軟件模擬實(shí)現(xiàn)

3.1 規(guī)范簡(jiǎn)介

國(guó)內(nèi)，《鋼筋混凝土裝配整體式框架節(jié)點(diǎn)與連接設(shè)計(jì)規(guī)程》（CECS43-92）[4]介紹了柱與柱的連接方式、柱與梁的連接方式。上海市工程建設(shè)規(guī)范《裝配整體式混凝土住宅體系設(shè)計(jì)規(guī)程》（DGTJ08-2010）[5]介紹了裝配整體式混凝土住宅體系的預(yù)制柱與預(yù)制柱、預(yù)制梁與預(yù)制柱之間的連接設(shè)計(jì)方法。2014年10月，中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ1-2014）[6]實(shí)施，進(jìn)一步推動(dòng)了裝配式混凝土的快速發(fā)展。

新規(guī)程的出臺(tái)是目前我國(guó)裝配式建筑技術(shù)發(fā)展水平的標(biāo)志，是新型建筑工業(yè)化重新起步的里程碑，同時(shí)也是國(guó)內(nèi)指導(dǎo)裝配式建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、驗(yàn)收的技術(shù)依據(jù)。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相同，在新形勢(shì)下能夠適應(yīng)市場(chǎng)需求。

2015年3月發(fā)布裝配式第一批圖集，涵蓋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程、施工圖表示方法及內(nèi)容深度、墻體、樓蓋、樓梯、空調(diào)陽(yáng)臺(tái)板、節(jié)點(diǎn)連接等圖集，為設(shè)計(jì)院提供直接的依據(jù)。

3.2 裝配式構(gòu)件的軟件計(jì)算

為解決當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題，盈建科（YJK）和PKPM3.1等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件結(jié)合裝配式結(jié)構(gòu)的預(yù)制梁板柱墻設(shè)計(jì)和施工圖方面的軟件特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出新的裝配式結(jié)構(gòu)計(jì)算模塊。盈建科按照單個(gè)構(gòu)件出施工圖，以平面、立面、剖面視圖的詳圖方式繪制，繪制預(yù)制構(gòu)件內(nèi)所有鋼筋、鋼筋伸出構(gòu)造以及接頭構(gòu)造。

計(jì)算階段與普通現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)基本類(lèi)似，主要在節(jié)點(diǎn)或者預(yù)制構(gòu)件等部位進(jìn)行內(nèi)力放大，出圖時(shí)繪制預(yù)制構(gòu)件詳圖以便制作。裝配式混凝土有個(gè)很重要的指標(biāo)叫預(yù)制率，預(yù)制率太低做裝配整體意義不大，預(yù)制率高也不一定好，會(huì)造成施工拼裝困難，制作構(gòu)件瑣碎等。預(yù)制率對(duì)方案依賴(lài)度很高，方案合適預(yù)制率就有提高的條件，保障性住房等對(duì)外立面沒(méi)什么要求，戶(hù)型不用靈活的項(xiàng)目實(shí)施空間廣闊。面對(duì)建筑結(jié)構(gòu)日新月異的發(fā)展，裝配式結(jié)構(gòu)的推廣和使用將迎來(lái)另一個(gè)高潮。

4 結(jié)語(yǔ)

新型預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用方法和采用疊合梁、合板及新型節(jié)點(diǎn)構(gòu)造技術(shù)后，克服了原有結(jié)構(gòu)形式連接和構(gòu)造差的不足，使整體性能與抗震性能大幅提高。隨著這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用，將更好的推動(dòng)裝配式結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展。裝配式規(guī)程實(shí)施后，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的推動(dòng)下裝配式結(jié)構(gòu)將會(huì)在更多領(lǐng)域得到運(yùn)用。隨著越來(lái)越多的探索和研究，這些技術(shù)都將廣泛應(yīng)用在未來(lái)的裝配式建筑中。

[1]張季超，楚先鋒，邱劍輝，等.高效、節(jié)能、環(huán)保預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅體系及其產(chǎn)業(yè)化[J].工程力學(xué)，2008（12）：123～133+138.

[2]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》（JGJ107-2010）[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]黃遠(yuǎn)，張銳，朱正庚，等.現(xiàn)澆柱預(yù)制梁混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2015，36（1）：44～50.

[4]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《鋼筋混凝土裝配整體式框架節(jié)點(diǎn)與連接設(shè)計(jì)規(guī)程》（CECS43-92）[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1992.

[5]上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會(huì)《裝配整體式混凝土住宅體系設(shè)計(jì)規(guī)程》（DG/TJ08-2010）[S].上海，2010.

[6]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部（JGJ1-2014）.裝配整體式混凝土住宅體系設(shè)計(jì)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.