裝配式混凝土結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀與展望

劉天姿 閆少華 王 維

(1.重慶房地產(chǎn)職業(yè)學(xué)院，重慶 401331； 2.福建兆翔臨港置業(yè)有限公司，福建 廈門 361100)

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裝配式混凝土結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀與展望

劉天姿1閆少華2王 維1

(1.重慶房地產(chǎn)職業(yè)學(xué)院，重慶 401331； 2.福建兆翔臨港置業(yè)有限公司，福建 廈門 361100)

從裝配式結(jié)構(gòu)體系、研究熱點(diǎn)和應(yīng)用等方面，闡述了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀，針對(duì)目前裝配式結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中存在的問題，提出了裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向和研究重點(diǎn)，有利于裝配式結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用。

裝配式結(jié)構(gòu)，剪力墻，連接構(gòu)造，抗震性能

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)、建筑和交通等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的高能耗問題日漸突出，節(jié)能減排工作迫在眉睫。國(guó)務(wù)院以及各省市建委也將住宅產(chǎn)業(yè)化列為“十三五”期間的重點(diǎn)工作內(nèi)容。但傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)生產(chǎn)方式多為現(xiàn)場(chǎng)施工，需支護(hù)大量模板，工作強(qiáng)度高、作業(yè)條件差、工期長(zhǎng)，建筑材料損耗嚴(yán)重、建筑垃圾多，造成工程質(zhì)量差、建筑壽命與設(shè)計(jì)嚴(yán)重不符。由于裝配式結(jié)構(gòu)的構(gòu)件大部分在工廠預(yù)制，可在有效縮短施工工期和節(jié)約資源、能源的同時(shí)，提高材料利用率、減少建筑垃圾排放，且可避免外界環(huán)境對(duì)施工進(jìn)度的影響，與我國(guó)倡導(dǎo)的節(jié)能減排政策一致，尤其適合于我國(guó)當(dāng)前正在大規(guī)模開展的保障性住房建設(shè)。

Willion Henry Lascell的發(fā)明專利“improvement in the construction of building”標(biāo)志著裝配式結(jié)構(gòu)正式問世[1]，隨后逐漸被廣泛應(yīng)用，尤其是二戰(zhàn)后的歐洲、美國(guó)、日本等國(guó)。目前裝配式結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)為等同現(xiàn)澆，且采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。裝配式結(jié)構(gòu)的研究集中在結(jié)構(gòu)的整體性能、連接構(gòu)造、構(gòu)件生產(chǎn)、安裝施工技術(shù)等方面。本文從裝配式結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系、研究熱點(diǎn)和應(yīng)用等方面進(jìn)行概述，并對(duì)其發(fā)展和應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

1 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用

預(yù)制混凝土構(gòu)件(梁、柱、墻、板等)通過可靠的連接方式進(jìn)行組裝而形成的結(jié)構(gòu)稱為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)體系類型與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)類似。

1)裝配式框架結(jié)構(gòu)。裝配式框架結(jié)構(gòu)是指采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將柱、梁、板、樓梯、陽臺(tái)、外墻等構(gòu)件拆分，全部或部分在工廠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制生產(chǎn)，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接而形成的框架結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)類似，此類體系主要用于諸如廠房、辦公樓等具有大空間需求的結(jié)構(gòu)中。在國(guó)外，法國(guó)首次應(yīng)用了裝配式框架結(jié)構(gòu)；在我國(guó)，臺(tái)灣大學(xué)土木樓、臺(tái)北市災(zāi)害應(yīng)變中心以及萬科住宅產(chǎn)業(yè)化研究基地等均采用了裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。

2)裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)。以預(yù)制或半預(yù)制墻板為主要構(gòu)件，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)裝配、部分現(xiàn)澆而成的剪力墻結(jié)構(gòu)稱為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)體系抗側(cè)剛度大，較適合多高層建筑。根據(jù)此類結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其展開了一系列研究，其常見形式有：a.裝配式大板結(jié)構(gòu)[2]。它是將預(yù)制墻板和樓板裝配而成的一種結(jié)構(gòu)體系，具有現(xiàn)場(chǎng)施工效率高的優(yōu)勢(shì)，但拼接處易發(fā)生應(yīng)力集中。b.后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)[3]。該結(jié)構(gòu)體系抗震性能優(yōu)越，自恢復(fù)能力良好，殘余變形小，破壞集中于連接部位。c.疊合板式剪力墻結(jié)構(gòu)[4]。該結(jié)構(gòu)體系具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、施工方便快捷的特點(diǎn)，曾廣泛應(yīng)用于歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家。d.全預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)。該體系的構(gòu)件均采用預(yù)制形式，各構(gòu)件間協(xié)同工作性能、抗震性能良好，施工方便快捷，是目前研究最多的剪力墻結(jié)構(gòu)體系形式[5]。我國(guó)杭州中天之江誠(chéng)品、上海中駿天譽(yù)項(xiàng)目等均采用了裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

3)裝配式框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。裝配式框架—剪力墻結(jié)構(gòu)是裝配式框架結(jié)構(gòu)和裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的綜合體，該體系的框架和剪力墻可部分或全部預(yù)制。如果該體系中剪力墻布設(shè)成為筒的形式，則形成裝配式框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系。裝配式框架—剪力墻(核心筒)的連接構(gòu)造同裝配式框架和裝配式剪力墻部分。武漢市永清片綜合發(fā)展項(xiàng)目中采用了裝配式框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

2 研究熱點(diǎn)

由裝配式結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)可以看出，構(gòu)件間的連接構(gòu)造成為裝配式結(jié)構(gòu)的重要環(huán)節(jié)，近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者在連接構(gòu)造、整體性能和結(jié)構(gòu)耗能上進(jìn)行了研究與探索。

2.1 連接構(gòu)造

裝配式結(jié)構(gòu)的連接部位一般處于節(jié)點(diǎn)區(qū)域，根據(jù)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的概念設(shè)計(jì)思想，裝配式結(jié)構(gòu)的連接應(yīng)符合以下特點(diǎn)：1)連接部位不應(yīng)先于構(gòu)件破壞；2)連接部位的破壞模式應(yīng)為延性破壞；3)滿足結(jié)構(gòu)整體受力及傳力；4)保證結(jié)構(gòu)的承載力和整體性，并滿足抗震性能。

裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的連接根據(jù)其施工方式可將其分為干式連接和濕式連接[6]。常見的濕式連接形式有：1)現(xiàn)澆帶連接；2)套筒灌漿連接；3)預(yù)留孔漿錨搭接[7]。常見的干式連接形式有[6]：1)螺栓連接；2)后張預(yù)應(yīng)力連接；3)鍵槽連接。對(duì)裝配式框架結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)，根據(jù)其受力性能可將連接方式分為剛性連接和柔性連接，其中剛性連接節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法基本一致；常見的框架節(jié)點(diǎn)包括現(xiàn)澆連接、螺栓連接、預(yù)應(yīng)力連接等。

2.2 體系性能研究

尹之潛等[8]采用振動(dòng)臺(tái)完成了裝配式大板結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明破壞主要發(fā)生在構(gòu)件連接部位。歐洲ELSA實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)PRESSS研究計(jì)劃對(duì)框架結(jié)構(gòu)的整體性能進(jìn)行了相關(guān)研究。姜洪斌[7]完成了三層足尺裝配式混凝土剪力墻的擬靜力試驗(yàn)和擬動(dòng)力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，結(jié)果表明采用插入式鋼筋連接時(shí)裝配式結(jié)構(gòu)的抗震性能與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相同。文獻(xiàn)[9]對(duì)一裝配式剪力墻盒子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了足尺模型的擬動(dòng)力試驗(yàn)和靜力試驗(yàn)研究，試驗(yàn)表明，盒子結(jié)構(gòu)水平、豎向連接可靠，整體性和抗震性能良好，滿足抗震設(shè)防目標(biāo)的要求。從國(guó)內(nèi)外已有的文獻(xiàn)來看，裝配式結(jié)構(gòu)性能取決于其連接的可靠程度，因此裝配式結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造一直備受關(guān)注。

2.3 裝配式耗能結(jié)構(gòu)

針對(duì)裝配式框架結(jié)構(gòu)，吳從曉等[10]將粘彈性阻尼器引入梁柱節(jié)點(diǎn)，通過研究表明，該新型結(jié)構(gòu)體系抗震性能改善明顯。呂西林等[11]、紀(jì)曉東等[12]對(duì)耗能連梁展開了一系列的研究，表明耗能連梁可有效改善剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能，增加結(jié)構(gòu)的延性。

3 研究應(yīng)用中存在的問題

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的研究已碩果累累，但仍存在以下問題:1)連接構(gòu)造及其性能方面研究充分，而結(jié)構(gòu)整體抗震性能相對(duì)匱乏。2)雖然裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能經(jīng)受了試驗(yàn)的檢驗(yàn)，但其在抗震設(shè)防區(qū)域的適用性以及適用高度能否等同現(xiàn)澆仍有待解決。3)裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論依然與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相同，針對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的設(shè)計(jì)理論鮮有研究。4)結(jié)構(gòu)模擬是未來抗震發(fā)展趨勢(shì)，如何模擬裝配式節(jié)點(diǎn)及其受力特性有待進(jìn)一步研究。5)缺乏對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)綠色性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其節(jié)能減排效果、建造效率等未能量化。6)目前的裝配式研究工作主要集中于科研院所，設(shè)計(jì)院參與較為鮮見。

4 結(jié)語

為更好的推廣和應(yīng)用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，筆者認(rèn)為以下工作應(yīng)開展：1)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，科研院所與施工單位分工合作，科研成果共享，避免重復(fù)；2)研發(fā)新型裝配式結(jié)構(gòu)體系以及裝配式耗能減震體系，提高裝配式結(jié)構(gòu)的耗能能力和抗震性能；3)研究適用于裝配式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的設(shè)計(jì)理論；4)培訓(xùn)專業(yè)從事裝配式結(jié)構(gòu)的產(chǎn)業(yè)工人、設(shè)計(jì)人員等。

[1] Morris A E J.Precast concrete in architecture[M].Godwin,1978.

[2] 王曉東.裝配式大板結(jié)構(gòu)的抗震性能分析[D].北京:中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所,2009.

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Present research and prospect of precast concrete structures

Liu Tianzi1Yan Shaohua2Wang Wei1

(1.ChongqingRealEstateCollege,Chongqing401331,China;2.FujianPanportPropertyCo.,Ltd,Xiamen361100,China)

From the prefabricated structure system, research focus and application and other aspects, this paper elaborated the development status of prefabricated concrete structure, according to the existing problems of present prefabricated structure in application, put forward the development direction and research focus of prefabricated structure, helpful to the popularization and application of prefabricated structure.

prefabricated structure, shear wall, connection structure, seismic performance

1009-6825(2016)13-0055-03

2016-02-27

劉天姿(1988- )，女，助教； 閆少華(1987- )，男，助理工程師; 王 維(1990- )，女，助教

TU399

A