裝配式混凝土結構計算分析和構造要點

文/呂堅 中國五洲工程設計集團有限公司 北京 100053

寇巖滔 中國航空規(guī)劃設計研究總院有限公司 北京 100120

1、前言

近年來，我國推行“節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護（四節(jié)一環(huán)保）”的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，建筑工業(yè)化已成為我國推動建筑業(yè)轉型升級的國家戰(zhàn)略，近年頒布的相關政策見表1。地方政府加快發(fā)展裝配式建筑的具體實施意見和細則要求也逐步出臺，裝配式混凝土結構得到了廣泛的關注，成為建筑行業(yè)研究的熱點問題之一。

表1 推動發(fā)展裝配式建筑的主要政策文件

2、裝配式混凝土結構簡介

裝配式混凝土建筑是指以工廠化生產的混凝土預制構件為主， 通過現(xiàn)場裝配的方式設計建造的混凝土結構類房屋建筑[1]。其主要構件為工廠預制，現(xiàn)場采用機械吊裝施工，施工速度快，利于冬季施工和保護環(huán)境，同時門窗附件、裝飾、預埋件、保溫、防水等可與主體結構構件集成化預制。

歐洲最早的建筑工業(yè)化嘗試可追溯到17世紀，第二次世界大戰(zhàn)后，許多國家同時面臨嚴重的房屋和勞動力短缺，歐美、日本等國家和地區(qū)對裝配式混凝土結構開展了系統(tǒng)的研究和應用，經過幾十年的發(fā)展，已形成比較完善的建筑工業(yè)化體系。我國香港和臺灣地區(qū)裝配式混凝土建筑應用也很廣泛。

20世紀50年代，我國大陸地區(qū)開始了裝配式混凝土結構的研究和應用，到20世紀80年代，裝配式單層工業(yè)廠房、裝配式大板住宅和采用預制空心樓板的砌體建筑還有著非常廣泛的應用。但由于預制構件生產、安裝、結構整體性等方面存在諸多問題，歷次地震中，幾乎都有預制板等構件安全性表現(xiàn)較差的報道，國內建筑工程界對裝配式混凝土結構的抗震性能存在疑慮；同時，由于裂縫、漏水、冷橋等原因，已建成的裝配式混凝土建筑在使用性能上的表現(xiàn)也普遍不及全現(xiàn)澆混凝土結構，到20世紀90年代，裝配式混凝土建筑已逐漸被全現(xiàn)澆混凝土結構淘汰[2]。進入21世紀，我國對節(jié)能減排、環(huán)境保護的要求不斷提高，同時勞動力價格快速上漲，工廠預制生產的構件相對于現(xiàn)澆混凝土又逐漸具備了性價比優(yōu)勢，這些因素必將改變建筑業(yè)的傳統(tǒng)生產方式，裝配式混凝土結構重新得到了廣泛關注 [3]。

3、裝配式混凝土結構設計計算方法

3.1 裝配式混凝土結構的主要標準

我國現(xiàn)行與裝配式混凝土結構相關的主要標準如表2所示。

表2 裝配式混凝土結構的主要標準

相關國家標準和行業(yè)標準的逐步完善，為我國新一輪裝配式混凝土建筑的發(fā)展提供了支撐；不同地區(qū)在國家標準和行業(yè)標準的基礎上編制了地方標準，反映地方特色；中國工程建設標準化協(xié)會也頒布了部分關鍵產品和應用技術的CECS系列標準。

相關國家建筑標準設計圖集的實施，也對裝配式混凝土結構的推廣起到了促進作用。近年實施的圖集見表3，多以《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》為依據(jù)，采用的技術相對比較單一，可參考使用。

表3 裝配式混凝土結構的主要標準設計圖集

3.2 現(xiàn)行標準的設計概念

20世紀50年代到80年代，我國裝配式混凝土結構主要是參考前蘇聯(lián)的做法，盡量減少現(xiàn)澆作業(yè)，連接節(jié)點的剛度和延性與現(xiàn)澆混凝土結構相差較多。近年的系列規(guī)范，參考了發(fā)達國家的經驗，采用了“等同現(xiàn)澆”的裝配整體式設計概念——預制構件與現(xiàn)澆結合，節(jié)點的承載能力和延性不低于預制構件，也不低于同類現(xiàn)澆結構。同時將不能“等同現(xiàn)澆”的連接技術僅限用于6層及以下的多層剪力墻結構，見文獻4第9章[4]。

3.3 “等同現(xiàn)澆”計算和構造要點

對于裝配整體式混凝土結構，彈性（含彈性時程）計算時采用的計算參數(shù)與現(xiàn)澆結構相同（常用的結構計算軟件STAWE、YJK、ETABS和MIDAS等均按此原則處理），與現(xiàn)澆結構相比，主要不同點見表4。

表4 “等同現(xiàn)澆”計算和構造要點

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4、對裝配式混凝土結構的展望

工業(yè)化是建筑業(yè)未來發(fā)展的趨勢，我國裝配式混凝土結構在設計理念、構件生產工藝、連接技術、施工管理等方面都取得了長足的進步，但整個裝配式建筑產業(yè)與發(fā)達國家相比尚處于初級階段，對于裝配式混凝土結構發(fā)展的幾點思考和建議如下：

（1）建筑工業(yè)化是一個長期的發(fā)展過程，應以市場為導向，不應一味追求高預制率和高裝配率；

（2）推進建筑設計的模數(shù)化、標準化，采用高強、高性能混凝土，與隔震、減震技術相結合；

（3）與傳統(tǒng)建筑業(yè)的生產流程相比，裝配式建筑需要前置很多工作，對生產管理和信息化都提出了更高要求；

（4）在目前缺乏成熟、系統(tǒng)的規(guī)范支撐條件下，新的研究成果難免會突破規(guī)范，應質量優(yōu)先、穩(wěn)步推進，切不可斷章取義，沒有經過系統(tǒng)的研究論證而部分采用現(xiàn)有規(guī)范、部分采用自己的研究成果，以避免造成結構的安全性問題[6]。