預制裝配式建筑結構的發展綜述

王偉玲

摘要：預制裝配式建筑結構是由預制構件在現場裝配而成，具有施工速度快、節能降耗等優點，有利于建筑工業化和住宅產業化的發展。由于預制構件之間存在大量連接縫，故裝配式建筑結構的節點連接問題成為裝配式結構可靠與否的關鍵。本文簡要總結國內外裝配式建筑的發展概況和常用的節點連接技術，指出了預制裝配式結構的研究方向和有待解決的問題。

Abstract： The prefabricated building structure is assembled on site by prefabricated components. It has the advantages of fast construction speed， energy saving and consumption reduction， and is conducive to the development of industrialization of buildings and industrialization of housing. Due to the large number of joints between the prefabricated components， the problem of node connection of the fabricated building structure becomes the key to the reliability of the fabricated structure. This paper briefly summarizes the development of fabricated buildings at home and abroad and the commonly used node connection technologies， and points out the research direction and problems to be solved in prefabricated structures.

關鍵詞：裝配式；套筒灌漿；漿錨連接

Key words： assembled type；sleeve grouting；slurry anchor connection

中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）31-0286-02

0 引言

預制裝配式建筑結構是指在工廠預先加工好結構圖紙所示的結構構件，然后將其運輸到施工現場，在現場起吊、安裝就位、節點連接形成整體的混凝土結構。預制裝配式建筑結構對比現澆混凝土結構的優勢在于，結構構件可以工廠預制，實現建筑工業化，整體結構可以施工現場裝配，實現住宅產業化，并且具有生產效率高、構件加工精度高、節能、環保、施工進度快、經濟效益高、降低施工場地限制等優點。為了保證建筑結構的安全性、適用性和耐久性，整個裝配式結構應該具有足夠的承載力、剛度和延性，以及抵抗地震、風等動荷載的能力，因此裝配式結構相對比現澆結構的關鍵問題是預制構件之間連接節點的問題。本文通過對各國建筑結構方面專家學者有關裝配式結構的研究成果進行歸納和分析，特別對裝配式結構的發展及預制構件之間的節點連接技術方法進行綜述。

1 預制裝配式建筑結構在世界各地的發展概況

預制裝配式結構起始于1920年，第二次世界大戰后，戰爭使得大量房屋遭到破壞，短時間內需要修筑大量房屋，因此開始了住宅產業化的興起，從法國到美國、日本、加拿大等各個國家，開始了建筑工業化、住宅產業化之路。

1.1 歐洲預制裝配式結構的發展 法國是世界上最早推行建筑工業化的國家之一[1]。1960年法國建設科學技術中心開始推行大型板式PCa構法；1977年，法國成立建筑構件協會，該協會的成立推動了法國住宅產業化進程。

丹麥是所有發展預制裝配式建筑結構的國家中首個采用模數化概念的國家，因此國際標準化組織ISO制定模數協調標準時參照了丹麥的模數標準。

1.2 美國預制裝配式結構的發展 美國于20世紀50年代開始大力推廣預制預應力混凝土結構[2]。1962年預制預應力混凝土產品達到153萬方。1954年成立的預制/預應力混凝土協會（PCI）主編的PCI手冊總結了預制裝配式建筑結構設計和施工方面的經驗，作為美國裝配式建筑結構設計和施工的指南。美國混凝土協會（ACI）還出版了多項專門的技術文獻，如：ACI550.1R-01《Emulating Cast-in-Place Detailing in Precast Concrete Structures》專門論述了裝配式建筑結構的設計概念和受力鋼筋的連接技術。1977年頒布《美國統一建筑規范》UBC97指出，在高烈度地震區使用預制裝配式混凝土結構時，應確保結構的承載力、剛度、延性等性能不低于同等條件下的現澆結構。2012年，PCI出版了《PCI預制及預應力混凝土結構抗震設計》（MNL-140），編制出詳細的鏈接構造要求、施工技術方案、質量驗收規范。

1.3 日本預制裝配式結構的發展 日本1966年提出《住宅建設的工業化構想》，開始推行住宅產業化。1969年日本建設省工業技術研究院開始實行《關于推進住宅產業標準化的五年計劃》，制定了住宅的基本尺寸和模數。日本借鑒歐洲的PCa構法，研發出W-PC構法。日本2002年版的標準《現澆等同裝配式結構設計指南及解說》中，具體并系統地提出了裝配式結構的承載能力和正常使用的各項要求。

1.4 中國預制裝配式結構的發展[3] 中國1959年引入蘇聯拉姑欽科薄壁深梁式大板裝配式建筑。80年代末，隨著商品混凝土的興起，大批農民工作為廉價勞動力涌入城市，技術、設備的發展等，使得原有的預制構件缺少優勢。90年代初裝配式結構在中國基本消亡。

進入21世紀后，裝配式結構的優點重新得到體現，中國的裝配式結構開始重新崛起。2014年10月1日正式實施《裝配式混凝土結構技術規程》（簡稱JGJ1-2014），該規程中，預制構件受力鋼筋的連接技術主要借鑒了美日技術。即，框架柱和剪力墻的豎向連接主要采用套筒灌漿技術，垂直縫主要采用后澆混凝土帶的形式。隨后姜洪斌提出插入式留孔灌漿鋼筋搭接連接方法，并獲得專利。

1.5 其他國家預制裝配式結構的發展 新西蘭在20世紀80年代開始在房屋建筑中嘗試使用預制框架結構和預制剪力墻結構。為了減小地震作用對建筑結構的影響，新西蘭還研制出T型節點連接和十字型節點連接技術，既保證結構整體性又能夠有效抵抗地震力的作用。1960年，新加坡采用預制裝配式混凝土結構進行房屋建造，該方式使得建設項目的計劃工期實際縮短了22-55%，大大提高了生產效率。

2 裝配式結構的連接技術在世界各地的研究概況

由于預制裝配式結構存在大量的水平縫和豎直縫，因此該種結構的主要問題就是其整體性能能否滿足抗震的需要。經國內外學者研究發現裝配式建筑結構關鍵技術是構件之間節點連接技術。目前世界各國裝配式建筑結構構件之間的節點連接方式主要分為兩大類：濕連接和干連接。濕連接主要有套筒灌漿連接、漿錨連接，干連接主要有螺栓連接、機械連接等。

2.1 濕連接

2.1.1 套筒灌漿連接[4]。套筒灌漿連接是將一個預制構件的鋼筋的一小部分預先埋在帶有凹凸槽的高強套筒中，另一側與其相連接的預制構件鋼筋外露，兩個預制構件組裝的時候，將外露構件的鋼筋插入另一構件的套筒中，再在套筒的空隙注入高強度無收縮的灌漿料，使兩相鄰的預制構件連接成整體的一種節點連接方式。

套筒灌漿連接技術在歐美和日本等國家的應用非常廣泛。1960年后期美國余占疏博士針對預制裝配式建筑結構中的節點連接問題發明了鋼筋套筒連接器，并首次將此技術應用于一棟38層高的裝配式建筑（Ala Moana酒店，檀香山，夏威夷），用于預制柱的連接。

1972年該項技術專利被日本一個機械加工公司購買，后經過試驗改良成了較短的Tops Sleeve。1984年日本專家和學者研發了一種名為NMB的套筒，被日本建筑省確認，廣泛應用于裝配式建筑中。

目前常用的套筒灌漿接頭主要劃分為兩類：全套筒灌漿連接和半套筒灌漿連接。全套筒灌漿連接如圖1所示，該種連接接頭兩側鋼筋都被灌漿料包裹，灌漿口用于灌漿料的注入，排漿口用于注入灌漿料時的排氣。該種連接接頭多適用于預制裝配式梁鋼筋的連接。

半套筒灌漿接頭連接如圖2所示，該種連接接頭是直螺紋套筒和常規內腔有凹槽的套筒的結合體，在預制結構構件時，先把一側鋼筋和直螺紋套筒一端連接，并且無需灌漿，另一端現場安裝連接結構構件的預埋鋼筋，然后在套筒內部灌入灌漿料。該種連接方式多用于預制裝配式剪力墻、預制柱鋼筋的連接。

2.1.2 漿錨連接[5]。漿錨連接是一種鋼筋搭接連接的形式，如圖3所示，首先在被連接節點部位預留孔洞，然后相鄰的預制構件的鋼筋插入該預留孔，兩構件的連接節點的鋼筋橫向錯開一段距離，再在預留孔注入灌漿料。

2.2 干連接

2.2.1 螺栓連接。螺栓連接技術是利用高強螺栓抗拉和抗剪性能，將上下預制構件連成整體。薛偉晨等提出用高強螺栓連接上下預制墻體并進行試驗證明該種連接方式受力可靠。

2.2.2 機械連接。機械連接技術主要采用螺紋套筒連接節點兩側的鋼筋，通過構件之間的機械咬合力傳遞鋼筋的拉應力。該方法接頭強度高，施工簡便，沒有濕作業，有利于現場綠色施工，所以目前機械連接方法種類繁多，其中幾種具有代表性的鋼筋機械連接接頭如圖4所示。

3 結語

①預制裝配式建筑結構具有施工速度快、制作精良、施工簡單、減少濕作業等優點，能很好地實現建筑工業化和住宅產業化。②目前對裝配式建筑結構連接方法的研究很多，對于主要集中在“濕連接”，對于“干連接”的研究較少，但是“干連接”具有接頭強度高、施工速度快、無污染等優點，所以建議加強這方面的研究。

參考文獻：

[1]婁述渝.法國工業化住宅概貌[J].建筑學報，1985（2）.

[2]蔣勤儉.國內外裝配式混凝土建筑發展綜述[J].建筑技術，2010（12）：74-77.

[3]張偉.裝配整體式混凝土結構鋼筋連接技術研究[D].西安：長安大學，2015.

[4]郭正興，朱張峰.裝配式混凝土剪力墻結構階段性研究成果及應用[J].施工技術，2014（22）：5-8，29.

[5]馬軍衛，尹萬云，劉守城，等.鋼筋約束漿錨搭接連接的試驗研究[J].建筑結構，2015（2）：32-35，79.

[6]姜洪斌，張海順，劉文清，等.預制混凝土插入式預留孔灌漿鋼筋搭接試驗[J].哈爾濱工業大學學報，2011（10）：18-23.