新型預制裝配式混凝土結構技術的探討

張銳

序言

裝配式混凝土結構自從推出以來，憑借自身獨特的優點，生產質量高、生產周期短以及經濟效益良好等優點，一直備受關注。“十三五”以來，隨著裝配式結構新規范的陸續推出以及地方政府對裝配結構的政策補貼，裝配式結構又迎來新一輪的發展良機，而我國的裝配式住宅建筑相對較少，有很大的發展空間。近年來，面對新的建筑產業化發展形勢，越來越多的企業和高校將重心放在了裝配式結構的關鍵技術的應用上，萬科集團、長沙遠大住宅工業有限公司以及同濟大學、東南大學等都陸續開展了相關研究與實際應有，在這樣的背景下誕生了一大批示范工程[1]。圖1為黑龍江宇輝集團開發的“保利花園”項目，主要應用了預制墻體、預制陽臺、預制樓梯、預制疊合板等建筑部件；圖2為合肥市蜀山裝配式公租房項目，是合肥市住宅產業化試點工程。

由于裝配式結構抗側力體系有著自己的獨特性，在構造、傳力上都與一般工程有所不同，難以直接套用現有的設計規范和設計經驗。因此有必要通過新技術的探討和理論分析，對裝配式結構進行比較深入的研究，在驗證該結構形式可行性和安全性的同時，進一步推動新型結構體系的應用和發展。為了在實際工程中裝配式結構有著更好的發展，下面將從關鍵技術的應用方法、結構技術措施以及新結構規范和軟件應用等幾個方面對裝配式結構進行介紹。

1 關鍵技術應用方法

1.1 縱向鋼筋套筒灌漿連接技術

圖1 黑龍江宇輝集團開發的“保利花園”項目

圖2 合肥市蜀山裝配式公租房項目

這種類似于醫院斷肢再接技術-接骨術，預制構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級接頭。這是為了保證接頭質量，對預制構件生產、安裝施工提出的工藝性接頭試驗要求。套筒灌漿連接接頭的抗拉強度必須符合《鋼筋機械連接技術規程》[2]（JGJ107-2010）中Ⅰ級接頭的規定。

1.2 預制構件專用預埋件的應用

裝配式結構設計中，預埋件主要強調的是安全和效率。我國缺乏相應的產品技術標準和設計選用方法，而歐美有相對成熟的標準，一般產品的安全系數為3.0，吊具的安全系數為5.0，在用于窄長形構件（梁墻產品）、扁寬型構件（樓板、樓梯）時，其設計要求差別很大，必須由工程師進行設計和驗算。撐桿安裝時，一般利用三角形最穩定的原理，盡量只設計一根斜撐桿，因為斜撐桿越多，受力越不明確，施工速度越慢，經濟性不好。操作步驟一般是先找準墻板的形心和重心，支撐桿放在形心與中心之間，斜桿在構件上的固定點必須高于中心，宜設在2/3高度處，構件下部的支點位置只設兩點，且以斜撐桿為中心對稱布置。

1.3 露骨料混凝土粗糙面技術

這種也類似于醫院斷肢再接技術-縫合術，新舊混凝土結構面采用粗糙處理，加強相互之間的摩擦力咬合，以達到實際應用的要求。

2 新型預制裝配式結構技術

裝配式結構構件均在工廠完成成型，施工過程節水、節能且環保污染少，優化社會資源配置，具有良好的應用前景。預制裝配式框架結構適用于多層、小高層住宅體系建設，是推動住宅產業化的重要新型結構體系。隨著我國城鎮化建設的展開，以及裝配式框架結構的獨特優點，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，其中預制部分在工廠直接生產，在施工現場完成組裝后，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，在節省木模板與鋼模板的使用量的同時，也減少了現場濕作業的操作難度。

圖3 疊合梁

2.2 疊合板

疊合板和疊合梁類似，也是由工廠直接成型部分板尺寸，在運至現場后進行裝配，要求板下部鋼筋要置于預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，實現梁板連接。為使預制部分板與疊合層混凝土連接更好，在預制部分板面進行拉毛粗糙處理，形成表面凹凸差不小于4mm的粗糙面，使澆筑混凝土后粘結更牢固。

圖4 新型裝配式節點

2.3 節點構造技術

在預制構件裝配完畢，并綁扎疊合構件鋼筋后，立即現澆混凝土，形成整體現澆節點，試驗也證明該節點抗震和整體性能良好。現在更多的疊合梁選擇在端面上設置剪力鍵，這樣增強節點處梁的抗剪能力，抗震性能得到進一步提高。

筆者曾完成2榀2層2跨的裝配式框架結構試驗[3]，其中試件PCF-2預制梁端的底部鋼筋處設置了長度為300mm的φ16PVC套管，套管用以加長鋼筋的自由伸長距離，從而增大塑性鉸長度，進而改善梁端轉動延性。試驗表明試件都具有穩定的滯回性能和良好的延性及耗能能力。

圖5 帶套管裝配節點構造示意圖

3 規范及軟件模擬實現

3.1 規范簡介

國內，《鋼筋混凝土裝配整體式框架節點與連接設計規程》（CECS43-92）[4]介紹了柱與柱的連接方式、柱與梁的連接方式。上海市工程建設規范《裝配整體式混凝土住宅體系設計規程》（DGTJ08-2010）[5]介紹了裝配整體式混凝土住宅體系的預制柱與預制柱、預制梁與預制柱之間的連接設計方法。2014年10月，中華人民共和國行業標準《裝配式混凝土結構技術規程》（JGJ1-2014）[6]實施，進一步推動了裝配式混凝土的快速發展。

新規程的出臺是目前我國裝配式建筑技術發展水平的標志，是新型建筑工業化重新起步的里程碑，同時也是國內指導裝配式建筑設計、生產、施工、驗收的技術依據。裝配式混凝土結構的設計方法與現澆結構相同，在新形勢下能夠適應市場需求。

2015年3月發布裝配式第一批圖集，涵蓋建筑結構設計流程、施工圖表示方法及內容深度、墻體、樓蓋、樓梯、空調陽臺板、節點連接等圖集，為設計院提供直接的依據。

3.2 裝配式構件的軟件計算

為解決當前建筑結構設計的熱點難點問題，盈建科（YJK）和PKPM3.1等結構設計軟件結合裝配式結構的預制梁板柱墻設計和施工圖方面的軟件特點，開發出新的裝配式結構計算模塊。盈建科按照單個構件出施工圖，以平面、立面、剖面視圖的詳圖方式繪制，繪制預制構件內所有鋼筋、鋼筋伸出構造以及接頭構造。

計算階段與普通現澆結構基本類似，主要在節點或者預制構件等部位進行內力放大，出圖時繪制預制構件詳圖以便制作。裝配式混凝土有個很重要的指標叫預制率，預制率太低做裝配整體意義不大，預制率高也不一定好，會造成施工拼裝困難，制作構件瑣碎等。預制率對方案依賴度很高，方案合適預制率就有提高的條件，保障性住房等對外立面沒什么要求，戶型不用靈活的項目實施空間廣闊。面對建筑結構日新月異的發展，裝配式結構的推廣和使用將迎來另一個高潮。

4 結語

新型預制裝配式結構通過關鍵技術的應用方法和采用疊合梁、合板及新型節點構造技術后，克服了原有結構形式連接和構造差的不足，使整體性能與抗震性能大幅提高。隨著這些技術的廣泛應用，將更好的推動裝配式結構的快速發展。裝配式規程實施后，在結構設計軟件的推動下裝配式結構將會在更多領域得到運用。隨著越來越多的探索和研究，這些技術都將廣泛應用在未來的裝配式建筑中。

[1]張季超，楚先鋒，邱劍輝，等.高效、節能、環保預制鋼筋混凝土結構住宅體系及其產業化[J].工程力學，2008（12）：123～133+138.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部《鋼筋機械連接技術規程》（JGJ107-2010）[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[3]黃遠，張銳，朱正庚，等.現澆柱預制梁混凝土框架結構抗震性能試驗研究[J].建筑結構學報，2015，36（1）：44～50.

[4]中華人民共和國住房和城鄉建設部《鋼筋混凝土裝配整體式框架節點與連接設計規程》（CECS43-92）[S].北京：中國建筑工業出版社，1992.

[5]上海市城鄉建設和交通委員會《裝配整體式混凝土住宅體系設計規程》（DG/TJ08-2010）[S].上海，2010.

[6]中華人民共和國住房和城鄉建設部（JGJ1-2014）.裝配整體式混凝土住宅體系設計規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2014.