裝配式混凝土結構施工技術的應用與展望

姚丹丹

（山東工業職業學院，山東 淄博 255000）

0 引 言

20 世紀 50年代，在建筑形式上我國開始嘗試裝配式建筑的建造，主要借鑒了前蘇聯、東歐國家的建造施工經驗。第一個五年計劃中提出，集中力量進行工業化建設，國家政策推行標準化、工廠化、裝配式施工的房屋建造方式。20 世紀 60～ 80年代初，裝配式混凝土結構體系得到快速發展。裝配式房屋、裝配式混凝土梁板結構、框架結構以及排架結構得到應用。1976年新建的前三門大街，住宅和旅館全面采用大模板現澆混凝土內墻和預制混凝土保溫外掛墻板相結合的體系。1988年，北京市和平里小黃莊大板住宅建成，共 16 層。然而，80年代末開始，裝配式建筑的發展進入了停滯階段。1976年唐山大地震中預制裝配式房屋破壞嚴重，裝配式建筑結構整體性和抗震性能較差；裝配式大板結構出現滲漏、隔音差、保溫差的問題；同時現澆施工技術得到廣泛的應用與發展，裝配式建筑的發展停滯。進入 21 世紀，隨著裝配式技術逐步成熟，經濟實力提高，裝配式建筑逐漸符合現階段國情。裝配式建筑進入新發展階段［1-2］。在新發展階段，萬科集團對工業化標準住宅建造技術進行了探索與試點，主要形成兩大技術：PC 技術和 PCF 技術；中南集團在國外預制混凝土技術的基礎上，同時按照我國設計標準形成了 NPC 技術體系；宇輝集團利用剪力墻豎向連接專利技術，在預留孔洞中插入鋼筋，鋼筋與空洞之間的縫隙用混凝土澆筑形成整體，形成了裝配整體式預制混凝土剪力墻結構技術；合肥西偉德混凝土預制有限公司引進德國 doublewall precast construction building system 技術形成了疊合板式混凝土剪力墻結構［3］。

1 裝配式混凝土結構剪力墻結構體系

萬科集團根據不同地區的具體情況，逐步形成了與裝配式剪力墻體系適宜的工業化建筑體系。為了促進住宅產業化，積極推進裝配式建筑的發展，大量學者和企業對裝配式建筑的結構體系、技術發展、質量管控和項目管理等方面進行了深入的研究與實踐。自 2007年啟動裝配式建筑試點工程以來，積極推進裝配式建筑的發展，積累了豐富的項目經驗和技術成果，主流住宅產品全面采用裝配式的建造方式，目前主要形成了兩大技術：①PC（precast concrete）技術，該技術主要應用于全預制混凝土構件，如陽臺板、樓梯、空調板、樓板等；②PCF（precast concrete form）技術，即預制混凝土模板技術，運用該技術形成了預制混凝土剪力墻外墻模板以及疊合樓板的預制板等。結構其他部分，如剪力墻、隔墻、電梯井等仍然采用傳統現澆方式建造。宇輝集團基于“插入式預留孔灌漿鋼筋搭接連接”技術，形成了裝配整體式預制混凝土剪力墻結構技術。主要的預制構件是豎向剪力墻、疊合樓板、樓梯以及陽臺等。合肥寶業西偉德混凝土預制構件有限公司引進德國技術，其核心技術是生產桁架鋼筋雙面預制疊合式剪力墻。

2 裝配式建筑預制構件及關鍵技術

2.1 夾心保溫剪力墻板

夾心保溫剪力墻板是一種應用比較廣泛的預制構件，主要由外葉墻板、保溫層和內葉墻板組成，俗稱三明治保溫墻板。內葉墻板在最里側，主要起結構支撐作用，中間層是保溫層，常采用聚苯板材料作為保溫材料鋪設在內外葉墻板上，外葉墻板在最外側，主要作用是保護聚苯板等保溫材料，同時外葉墻板也起結構支撐作用［4］。

2.2 鋼筋套筒灌漿技術

鋼筋灌漿套筒由帶肋鋼筋、套筒和灌漿料組成，帶肋鋼筋插入套筒，并與套筒內壁上的凹槽齒和，向套筒內灌注具有良好流動性、早強、高強、微膨脹等性能的水泥基灌漿料，水泥基灌漿料硬化將鋼筋和套筒緊密連接在一起，鋼筋連接后所受外力能夠有效傳遞。在1970年，美國結構工程師 Yee 博士研發 NMB 連接套筒；1972年此項技術由日本公司購置并應用于當地的預制混凝土剪力墻結構中；在日美的大量研究與修改后，鋼筋套筒灌漿技術在日本和美國得到廣泛應用［5］。鋼筋套筒灌漿連接施工流程主要包括：預制構件的套筒在工廠與鋼筋進行連接、將套筒在模板上進行安裝固定和注漿管道、出漿管道與套筒連接，在建筑施工現場進行構件安裝、灌漿腔的密封、灌漿料加水拌和以及套筒灌漿。豎向預制構件受力鋼筋的連接方式主要有兩種，半灌漿套筒或全灌漿套筒連接。水平預制構件縱向受力鋼筋的連接方式主要是全灌漿套筒連接［6］。

2.3 鋼筋漿錨搭接連接技術

鋼筋漿錨搭接連接技術基于連接錨固原理進行連接。在豎向結構部品下段范圍內預留出豎向孔洞，孔洞內壁表面留有螺紋狀粗糙面，周圍配有橫向約束螺紋箍筋。裝配式構件將下部鋼筋插入孔洞內通過灌漿口注入灌漿料，直至排氣孔溢出，停止灌漿。當灌漿料凝結后將此部分連接成一體。鋼筋漿錨搭接連接的技術要點在于灌漿料應滿足高強、早強和無收縮的要求；灌漿孔的孔道應滿足要求；被搭接的鋼筋之間的約束。

2.4 環筋扣合錨接結構體系

裝配式環筋扣合錨接混凝土剪力墻結構體系包括若干預制剪力墻、預制疊合樓板。在剪力墻外四周突出封閉的鋼筋環，讓封閉箍筋與連接剪力墻外四周的封閉鋼筋環交錯，然后在封閉箍筋內穿鋼筋進行固定后澆筑混凝土。預制疊合樓板與剪力墻通過現澆混凝土錨接［7］。

2.5 裝配式建筑中 BIM 技術

BIM 技術在裝配式建筑設計階段、構件生產階段、施工階段、碰撞檢測階段、運營維護階段都得到了廣泛應用。設計階段，利用三維建模軟件將建筑結構與模型進行對比，形成與建筑結構一致的信息化模型，為工程建設提供參考依據。構件生產階段，根據設計要求及規范標準將預制構件的參數、規格等相關信息輸入到 BIM 平臺中，生產廠家以此為依據，方便生產工作的進行。施工階段，將構件生產信息與 BIM 數據平臺進行及時、準確地反饋，保證預制構件的生產質量、力學性能、尺寸規格等都能夠滿足工程要求，提高工程質量。碰撞檢測階段，通過 BIM 軟件建立建筑信息模型，施工單位能夠減少各專業之間的矛盾和交叉問題。運營維護階段，基于 BIM 技術的數據庫優勢，數據平臺能夠對工程全過程進行記錄，保證建設數據與維護數據的準確、全面。對工程維修來講，BIM 技術對工程的全面記錄，為后續維修工作提供準確的參考依據，保證維修工作的順利進行［8］。

3 裝配式建筑施工技術的應用

本文對國內使用裝配式建造技術的混凝土結構建筑進行了歸納整理，如表1 所示。主要針對裝配式建筑的所在地、高度、結構體系、預制率、預制構件五個方面進行了分析。從表1 中能得到以下結論。

1）裝配式建造技術在北京、上海、深圳等地區的應用較其他地區多。

2）裝配式建筑在高度上集中在 40～100 m，超過100 m 的裝配式建筑較少。

3）裝配式建筑常用的結構形式主要有剪力墻結構和框架結構，這兩種結構中以剪力墻結構應用較廣泛。

4）裝配式建筑的預制率集中在 60 % 以下，預制率超過 60 % 的較少，預制率為 100 % 的極少。

5）裝配式建筑的預制構件主要有預制剪力墻、預制疊合梁柱、預制疊合樓板、預制樓梯、預制陽臺、預制空調板等。

4 裝配式混凝土結構建筑存在的問題及展望

在生產效率方面，裝配式混凝土結構建筑現場裝配，生產效率高，減少人力成本；在工程質量方面，裝配式預制構件生產誤差控制在毫米級，預制生產可實現墻體無滲漏、無裂縫；在技術集成方面，裝配式混凝土結構建筑的設計、制作、施工標準化、一體化通過工廠化、裝配化形成集成技術；在資源節約方面，裝配式混凝土結構建筑在施工節水、節材、節能、減少垃圾、減少抹灰等都比現澆結構有優勢；在環境保護方面，裝配式施工現場無揚塵、無廢水、無噪音。裝配式混凝土結構建筑在生產效率、工程質量、技術集成、節約資源和環境保護方面有諸多優勢，但在近幾年的推廣中還存在如下問題，有待于在下一步研發推廣應用中解決。

4.1 建造成本問題

相比較于現澆結構，裝配式混凝土結構建筑建造成本較高。首先大部分預制構件生產廠僅服務于裝配式建筑企業，同時市場對于預制構件的需求較小，構件生產過程中并沒有達到預想的“工廠”生產的價格優勢；其次，裝配式混凝土結構建筑會產生額外的構件節點連接成本以及運輸成本；預制構件如何通過標準化的生產方式以及商業化的供應模式來減少裝配式混凝土建筑與現澆結構之間的成本差距是亟需解決的問題［9］。

表1 國內使用裝配式建造技術的建筑

4.2 現場施工安裝問題

裝配式混凝土結構建筑的施工技術、施工管理與傳統現澆結構相差較大，同時裝配式混凝土結構施工安裝過程較傳統現澆結構復雜。從預制構件運輸、構件進場堆放、吊車垂直運輸設備、安裝作業面、構件臨時固定、節點連接，安裝工序較多，有時裝配式建筑現場安裝流水作業時間要比傳統現澆結構慢。裝配式預制構件在工廠生產這個過程中，鋼筋操作只是把工人從現場轉移到了車間、憑空增加了運輸時間、生產和運輸過程造成了工期的延長等，這并不符合綠色發展的要求。如何充分發揮工廠裝配和混凝土成型各自的優勢，把裝配和現澆技術有機結合應用到建筑中實現裝配式建筑工期減少，是目前需要重點研究解決的問題［10］。

4.3 展望

預制裝配式混凝土結構建筑將成為建筑行業重要發展方向，也是社會發展的必然趨勢。據有關數據表明，當房屋住宅的預制率達到 37 % 時，能夠節約 36 % 的水資源、節約 31 % 的電、減少 87 % 模板周轉料具投入，并且會減少 83 % 的垃圾產生，縮短施工工期、降低施工管理成本。所以裝配式混凝土結構建筑的廣泛應用是推動我國構建低碳性社會、實現可持續發展的重要舉措［11］。

5 結 語

國內裝配式建筑企業主要有萬科集團、中南建設、宇輝集團、合肥西偉德等。在裝配式建筑建造中主要的技術體系和關鍵技術有剪力墻結構體系、套筒灌漿技術、鋼筋漿錨搭接連接技術、環筋扣合錨接結構體系以及裝配式建筑中 BIM 技術。裝配式混凝土結構建筑主要集中在北京、上海和深圳等地，建筑高度集中在 40～100 m，常用的結構形式主要是剪力墻結構，預制率集中在 60 % 以下，預制構件主要有預制剪力墻、預制疊合梁柱、預制疊合樓板、預制樓梯、預制陽臺、預制空調板等。在裝配式建造過程中主要的問題是建造成本和現場施工問題。綜上，裝配式建筑還有進一步發展的空間，同時裝配式建造技術還有待進一步的研究。Q