預制裝配式混凝土結構體系發展綜述

田立奇  王昕嵐  蒙偉（陜西省建筑科學研究院 710082 西安）

    近年來，中國每年竣工的城鄉建筑總面積約20億m2，其中城鎮住宅超過6億m2，是當今世界最大的建筑市場。長期以來，我國混凝土建筑主要采用現場施工的傳統生產方式，工業化程度低、設計建造粗放、建筑材料損耗及建筑垃圾量大、建筑質量不穩定、建筑全壽命周期能耗高。

    節能減排、保護環境已經成為我國國策，住宅建設同樣應執行這個國策，特別是住房的建設量增長，居民對住房質量的期望增高，更需要執行這個國策，建設節能省地環保型住宅。而住宅產業化的道路才能保證“建設節能省地環保型住宅”。

    預制裝配式建筑體系是建筑工業化的重要組成部分，具有施工速度快、質量穩定可靠、節能環保等優點，縮短住宅開發建設的周期，適應住宅產業化的規模化、標準化的要求，是公認的可持續發展技術。采用預制裝配式混凝土結構，可以有效節約資源和能源，提高材料在實現建筑節能和結構性能方面的效率，減少現場施工對場地等環境條件的要求，減少建筑垃圾和對環境的不良影響，提高建筑功能和結構性能，有效實現“四節一環保”的綠色發展要求，實現低能耗、低排放的建造過程，促進我國建筑業的整體發展，實現預定的節能、減排目標。

    一、預制裝配式混凝土結構的特點

    預制裝配式混凝土結構是采用了先進的工業化機械化生產技術的建筑形式,它利用起重機械和運輸工具等現代化的生產工具將工廠機械化生產的預制構件組裝而成,其施工可以按照制造地址的不同分為兩個階段:在工廠中預制構件的第一階段和在施工現場安裝的第二階段。裝配式混凝土結構與現繞混凝土結構建造方法的不同,由于其獨特的建造方法,它自身存在著一定的特點。

    （1）全面提升住宅的綜合質量和品質。

    （2）較大幅度地提高勞動生產效率。

    （3）節能降耗效果顯著。

    （4）有利于環境保護，實現文明施工。

    （5）減低建造成本，經濟效益明顯。

    二、預制裝配式混凝土結構國內外發展

    我國預制混凝土結構研究和應用始于20世紀50年代，直到20世紀80年代，在工業與民用建筑中一直有著比較廣泛的應用。在20世紀90年代以后，由于種種原因，預制混凝土結構的應用尤其是在民用建筑中的應用逐漸減少，迎來了一個相對低潮的階段。隨著國民經濟的持續快速發展、節能環保要求的提高、勞動力成本的不斷增長，近十年來我國在預制裝配式混凝土結構的研究逐漸升溫，國內預制裝配式混凝土結構體系有一定的應用，相應的標準體系在設計、構建配件生產制作、施工安裝、質量檢測及驗收等方面各有側重，從事預制裝配式混凝土結構體系的生產和施工企業的產品和服務各有側重，預制裝配化的發展程度各不相同。

    北美地區主要以美國和加拿大為主，由于預制預應力混凝土協會長期研究和推廣預制裝配式建筑，預制混凝土的相關標準規范也很完善，所以其裝配式混凝土建筑應用非常普遍。北美預制建筑主要包括建筑預制外墻和結構預制構件兩大系列，預制構件的共同特點是大型化和預應力相結合，可優化結構配筋和連接構造，減少制作和安裝工作量，縮短施工工期，充分體現工業化、標準化和技術經濟性特征。在20世紀，北美的預制裝配式建筑主要用于底層非抗震設防地區。     由于加州地區地震的影響，近年來非常重視抗震和中高層預制裝配式結構的工程應用技術。從理論和實踐角度系統分析了預制裝配式混凝土結構的抗震設計問題。

    歐洲是預制裝配式混凝土結構建筑的發源地，無論是經濟發達的北歐、西歐，還是經濟欠發達的東歐，一直都在積極推行預制裝配式混凝土建筑的設計施工方式，積累了許多預制裝配式混凝土結構的設計施工經驗，形成了各種專用預制建筑體系和標準化的通用預制產品系列，并編制了一系列預制混凝土工程標準和應用手冊，對推動預制裝配式混凝土結構在全世界的應用起到了非常重要的作用。

    日本和韓國借鑒了歐美的成功經驗，在探索預制裝配式建筑的標準化設計施工基礎上，結合自身要求，在預制裝配式結構體系整體抗震和隔震設計方面取得了突破性進展。日本的預制裝配式混凝土建筑體系設計、制作和施工的標準也很完善。

    三、預制裝配式結構體系的關鍵技術

    對于預制裝配式框架結構，應通過保證梁柱節點的性能使其與現澆結構等同；否則，結構設計分析方法將變得非常復雜，難以在設計單位推廣應用，成為制約應用的最大問題。梁柱節點的連接可分為干式連接和濕式連接。采用干式連接法，可能實現承載力及剛度與現澆結構類似，但是其延性及恢復力性能難以與現澆節點等同，因此不能應用于等同現澆的預制框架結構中；采用濕式連接，即節點區主筋及構造加強鋼筋全部連接，節點區采用后澆混凝土及灌漿材料將預制構件連為整體，才可能實現與現澆節點性能的等同。

    構件的新型配筋設計技術研發高強及大直徑鋼筋的應用將減少構件中配筋數量，進而簡化節點及拼縫處的連接構造，降低施工難度，加快施工進度，對促進預制裝配式結構的推廣應用具有重要意義。

    結構體系的抗震性能研究新型預制裝配式結構體系在國內地震區基本沒有應用經驗，更沒有經過強震的考驗；對預制裝配混凝土結構的抗震安全性產生擔憂，也制約了該結構體系的推廣應用。因此，需要對結構整體的抗震安全性進行充分的試驗研究及理論分析，提出適宜的抗震設計方法及抗震構造措施。

    四、展望

    雖然我國目前關于預制裝配式結構體系的研究已經取得一定的成果，但是仍然存在很多問題，為了更好地解決這些問題，我國針對預制裝配式結構體系的關鍵技術進行了系統的研究工作，以提高工程質量、縮短工期、減少資源浪費和環境污染為目標，推動新型預制裝配式建筑體系在我國的推廣應用，加快建筑生產的工業化、產業化發展進程。

(本文來源：陜西省土木建筑學會    文徑網絡：雷丹 尹維維 編輯    劉真 文徑 審核)