裝配式混凝土結構研究現狀與展望

劉天姿 閆少華 王 維

(1.重慶房地產職業學院，重慶 401331； 2.福建兆翔臨港置業有限公司，福建 廈門 361100)

?

裝配式混凝土結構研究現狀與展望

劉天姿1閆少華2王 維1

(1.重慶房地產職業學院，重慶 401331； 2.福建兆翔臨港置業有限公司，福建 廈門 361100)

從裝配式結構體系、研究熱點和應用等方面，闡述了裝配式混凝土結構的發展現狀，針對目前裝配式結構在應用中存在的問題，提出了裝配式結構的發展方向和研究重點，有利于裝配式結構的推廣應用。

裝配式結構，剪力墻，連接構造，抗震性能

0 引言

隨著我國社會經濟的不斷發展，工業、建筑和交通等傳統產業的高能耗問題日漸突出，節能減排工作迫在眉睫。國務院以及各省市建委也將住宅產業化列為“十三五”期間的重點工作內容。但傳統的鋼筋混凝土結構生產方式多為現場施工，需支護大量模板，工作強度高、作業條件差、工期長，建筑材料損耗嚴重、建筑垃圾多，造成工程質量差、建筑壽命與設計嚴重不符。由于裝配式結構的構件大部分在工廠預制，可在有效縮短施工工期和節約資源、能源的同時，提高材料利用率、減少建筑垃圾排放，且可避免外界環境對施工進度的影響，與我國倡導的節能減排政策一致，尤其適合于我國當前正在大規模開展的保障性住房建設。

Willion Henry Lascell的發明專利“improvement in the construction of building”標志著裝配式結構正式問世[1]，隨后逐漸被廣泛應用，尤其是二戰后的歐洲、美國、日本等國。目前裝配式結構的性能目標為等同現澆，且采用現澆混凝土結構設計方法。裝配式結構的研究集中在結構的整體性能、連接構造、構件生產、安裝施工技術等方面。本文從裝配式結構的結構體系、研究熱點和應用等方面進行概述，并對其發展和應用前景進行展望。

1 裝配式混凝土結構及其應用

預制混凝土構件(梁、柱、墻、板等)通過可靠的連接方式進行組裝而形成的結構稱為裝配式混凝土結構，其結構體系類型與現澆結構類似。

1)裝配式框架結構。裝配式框架結構是指采用標準化設計方法，根據結構特點將柱、梁、板、樓梯、陽臺、外墻等構件拆分，全部或部分在工廠進行標準化預制生產，并在現場進行拼接而形成的框架結構。與現澆框架結構類似，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構中。在國外，法國首次應用了裝配式框架結構；在我國，臺灣大學土木樓、臺北市災害應變中心以及萬科住宅產業化研究基地等均采用了裝配式混凝土框架結構體系。

2)裝配式剪力墻結構。以預制或半預制墻板為主要構件，經現場裝配、部分現澆而成的剪力墻結構稱為裝配式剪力墻結構。該結構體系抗側剛度大，較適合多高層建筑。根據此類結構的特點，國內外學者對其展開了一系列研究，其常見形式有：a.裝配式大板結構[2]。它是將預制墻板和樓板裝配而成的一種結構體系，具有現場施工效率高的優勢，但拼接處易發生應力集中。b.后張無粘結預應力裝配式剪力墻結構[3]。該結構體系抗震性能優越，自恢復能力良好，殘余變形小，破壞集中于連接部位。c.疊合板式剪力墻結構[4]。該結構體系具有設計簡單、施工方便快捷的特點，曾廣泛應用于歐洲等發達國家。d.全預制剪力墻結構。該體系的構件均采用預制形式，各構件間協同工作性能、抗震性能良好，施工方便快捷，是目前研究最多的剪力墻結構體系形式[5]。我國杭州中天之江誠品、上海中駿天譽項目等均采用了裝配式剪力墻結構體系。

3)裝配式框架—剪力墻結構。裝配式框架—剪力墻結構是裝配式框架結構和裝配式剪力墻結構的綜合體，該體系的框架和剪力墻可部分或全部預制。如果該體系中剪力墻布設成為筒的形式，則形成裝配式框架—核心筒結構體系。裝配式框架—剪力墻(核心筒)的連接構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展項目中采用了裝配式框架—剪力墻結構體系。

2 研究熱點

由裝配式結構體系的特點可以看出，構件間的連接構造成為裝配式結構的重要環節，近年來國內外學者在連接構造、整體性能和結構耗能上進行了研究與探索。

2.1 連接構造

裝配式結構的連接部位一般處于節點區域，根據強節點弱構件的概念設計思想，裝配式結構的連接應符合以下特點：1)連接部位不應先于構件破壞；2)連接部位的破壞模式應為延性破壞；3)滿足結構整體受力及傳力；4)保證結構的承載力和整體性，并滿足抗震性能。

裝配式剪力墻結構的連接根據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)現澆帶連接；2)套筒灌漿連接；3)預留孔漿錨搭接[7]。常見的干式連接形式有[6]：1)螺栓連接；2)后張預應力連接；3)鍵槽連接。對裝配式框架結構的梁柱節點，根據其受力性能可將連接方式分為剛性連接和柔性連接，其中剛性連接節點與現澆結構節點設計方法基本一致；常見的框架節點包括現澆連接、螺栓連接、預應力連接等。

2.2 體系性能研究

尹之潛等[8]采用振動臺完成了裝配式大板結構的試驗研究，結果表明破壞主要發生在構件連接部位。歐洲ELSA實驗室和美國PRESSS研究計劃對框架結構的整體性能進行了相關研究。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和擬動力子結構試驗，結果表明采用插入式鋼筋連接時裝配式結構的抗震性能與現澆結構相同。文獻[9]對一裝配式剪力墻盒子結構進行了足尺模型的擬動力試驗和靜力試驗研究，試驗表明，盒子結構水平、豎向連接可靠，整體性和抗震性能良好，滿足抗震設防目標的要求。從國內外已有的文獻來看，裝配式結構性能取決于其連接的可靠程度，因此裝配式結構的連接構造一直備受關注。

2.3 裝配式耗能結構

針對裝配式框架結構，吳從曉等[10]將粘彈性阻尼器引入梁柱節點，通過研究表明，該新型結構體系抗震性能改善明顯。呂西林等[11]、紀曉東等[12]對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構的抗震性能，增加結構的延性。

3 研究應用中存在的問題

裝配式混凝土結構的研究已碩果累累，但仍存在以下問題:1)連接構造及其性能方面研究充分，而結構整體抗震性能相對匱乏。2)雖然裝配式混凝土結構的抗震性能經受了試驗的檢驗，但其在抗震設防區域的適用性以及適用高度能否等同現澆仍有待解決。3)裝配式結構設計理論依然與現澆結構相同，針對裝配式結構特點的設計理論鮮有研究。4)結構模擬是未來抗震發展趨勢，如何模擬裝配式節點及其受力特性有待進一步研究。5)缺乏對裝配式結構綠色性能評價標準，其節能減排效果、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，設計院參與較為鮮見。

4 結語

為更好的推廣和應用裝配式混凝土結構，筆者認為以下工作應開展：1)產學研相結合，科研院所與施工單位分工合作，科研成果共享，避免重復；2)研發新型裝配式結構體系以及裝配式耗能減震體系，提高裝配式結構的耗能能力和抗震性能；3)研究適用于裝配式結構特點的設計理論；4)培訓專業從事裝配式結構的產業工人、設計人員等。

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

[2] 王曉東.裝配式大板結構的抗震性能分析[D].北京:中國地震局工程力學研究所,2009.

[3] Nakaki S D,Stanton J F,Sritharan S.An overview of the PRESSS five-story precast test building[J].PCI journal,1999,44(2):26-39.

[4] 連 星,葉獻國,蔣 慶,等.一種新型綠色住宅體系——疊合板式剪力墻體系[J].工業建筑,2010(6):79-84.

[5] 張錫治,李義龍,安海玉.預制裝配式混凝土剪力墻結構的研究與展望[J].建筑科學,2014,30(1):26-31.

[6] 趙唯堅,郭婉楠,金 嶠,等.預制裝配式剪力墻結構豎向連接形式的發展現狀[J].工業建筑,2014(4)：8-9.

[7] 姜洪斌.預制混凝土剪力墻結構技術的研究與應用[J].住宅產業,2010(9):22-27.

[8] 尹之潛,朱玉蓮.高層裝配式大板結構模擬地震試驗[J].土木工程學報,1996,29(3):57-64.

[9] 楊清波.預制混凝土剪力墻盒子結構足尺模型抗震性能試驗研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業大學,2015.

[10] 吳從曉,賴偉山,周 云,等.新型預制裝配式消能減震混凝土框架節點抗震性能試驗研究[J].土木工程學報,2015,48(9):23-30.

[11] 呂西林,陳 云,蔣歡軍.新型可更換連梁研究進展[J].地震工程與工程振動,2013,33(1):8-15.

[12] 紀曉東,馬琦峰,王彥棟,等.鋼連梁可更換消能梁段抗震性能試驗研究[J].建筑結構學報,2014,35(6):1-11.

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