裝配式混凝土結構施工技術研究

徐誠,孫淑萍,肖志娟

（硅湖職業技術學院，昆山市 215332）

1 前言

裝配式混凝土結構施工技術可實現生產過程的標準化和自動化，提高生產效率，減少人工誤差，保證構件質量，減少對環境的影響。并通過工廠化生產和標準化施工，保證施工質量，提高建筑安全性與耐久性，充分推動建筑行業技術進步和產業升級，促進行業整體的可持續發展。

2 裝配式混凝土結構施工技術基本現狀及發展特點

2.1 基本現狀

裝配式混凝土結構技術起源于20 世紀50 年代的歐美國家，經過60 多年的進步與發展，現成為建筑工業化主流技術之一。我國從20 世紀80 年代開始發展裝配式混凝土結構，已形成較為完善的技術體系，目前裝配式混凝土結構在我國高層建筑、大跨度工業廠房、橋梁等領域得到廣泛應用。同時隨著施工技術的不斷進步，裝配式混凝土結構可實現精細化預制和高程度的裝配化，幫助構件大面積工廠預制和現場快速裝配。且一些超高層建筑也采用裝配整體式混凝土核心筒技術，實現建筑核心筒的整體提升和吊裝，其基本原理是在工廠規模化生產預制構件，并運輸到施工現場進行吊裝或組裝。首先，在結構設計階段使用功能和運輸條件，將結構體系分解為多個標準化的預制構件，大批量制作標準化預制構件；其次是使用專門運輸車輛將預制構件運送到施工現場，進行吊裝或組裝，連接預制構件；最后是進行現澆混凝土補充，形成整體結構。

2.2 發展特點

裝配式混凝土結構最大的特點是其將實現構件的高度工廠化預制，使混凝土構件在標準化的工廠里批量制作，不受場地和天氣的影響，從而精心控制質量，使不同項目可以通過更換構件的組合方式實現多樣化。同時工廠的預制環境可控，可靠性高，可解決現場混凝土質量不穩定的問題，無須模板支撐，大大簡化了施工過程，部分項目工期可縮短30%—50%[1]。除此以外，裝配式結構需要高標準的預制構件工廠和專業的吊裝設備，對技術裝備水平要求較高，在高層建筑、橋梁隧道等領域都取得了較廣泛的應用，符合建筑產業化發展方向，在我國和發達國家都呈現快速發展的趨勢。

3 裝配式混凝土結構施工技術要點

3.1 裝配式混凝土構件結構設計

裝配式混凝土構件的結構設計是確保構件在使用過程中具有足夠的強度、剛度和穩定性的關鍵環節，其主要內容包括以下幾個方面：首先，構件類型選擇。施工人員要根據工程的具體要求和使用功能，選擇適合的構件類型，如板、梁、柱、墻等，同時考慮構件的預制和運輸要求，確保構件能夠在工廠進行高效的生產和現場快速組裝，并根據建筑的功能和空間布局，確定構件的布置方式，且在布局設計中要考慮構件之間的連接方式[2]。其次，施工人員應根據結構設計要求和力學性能要求，確定構件的尺寸。在尺寸設計中要充分考慮構件的受力性能、承載能力和剛度要求，以及與其他構件的協調性，并在材料選擇中要考慮材料的強度、耐久性、施工性能等因素，使構件具有良好的性能和使用壽命。在連接設計中應考慮可靠性、剛度和便于施工要求，確保連接的穩定性和安全性，考慮其作用方式、預應力的大小和施加方式，以及預應力對構件受力性能的影響[3]。最后，根據地震設計要求，對構件進行抗震設計，確保構件在地震作用下具有足夠的穩定性和安全性。

3.2 節點設計方案及特性分析

裝配式混凝土節點設計方案主要包含兩大類，即干式節點和濕式節點。干式節點是在工廠制造完成后，通過機械連接方式實現節點的連接，其優點在于施工速度快、精度高，但需要專用連接件，成本較高；濕式節點是將預制構件運至現場，通過澆筑混凝土實現節點的連接，其優點在于結構性能好，但施工條件要求較高，具體類型及優缺點如表1 所示。

表1 各類節點類型及優缺點對比

可見，裝配式混凝土節點設計需要考慮到節點的可制造性和可施工性，盡量簡化節點的形狀和結構，減少節點的復雜性。且由于裝配式混凝土構件是在工廠中制造，因此其尺寸精度和質量穩定性都比現場澆筑混凝土好，這也為節點的設計提供了便利。除此以外，裝配式混凝土節點可通過預制構件和連接方式的合理規劃，實現良好的力學性能和抗震性能，并可減少現場施工的噪音和粉塵，降低環境污染，充分節省能源和材料。

3.3 防水密封設計

在裝配式混凝土結構施工技術中的防水密封設計階段，可合理選擇結構形式和材料，避免設計上的防水隱患，即在地下室結構設計中，充分考慮地下室的防水層、防水板等。同時根據結構的具體要求和使用環境，選擇合適的防水材料，常見的防水層材料包括聚合物改性瀝青、聚氨酯、丙烯酸等。防水層的選擇要考慮其耐久性、抗滲性、耐候性等性能，具體類型及優缺點對比如表2 所示。

表2 防水密封類型及優缺點對比

此外，裝配式混凝土結構防水接縫的處理非常重要，接縫處應采用合適的密封材料進行密封，如橡膠密封條、膠粘劑等，注意接縫的施工質量，確保接縫的緊密性和可靠性。而在裝配式混凝土結構的外表面，可涂刷防水涂料來提高防水性能，防水涂料可以有效防止水分滲透，增強結構的防水性能，常見的防水涂料有聚合物涂料、水泥基涂料等。

4 裝配式混凝土結構施工技術應用與創新

4.1 施工技術

裝配式混凝土結構是現代建筑業發展的重要趨勢，其施工技術的創新是推動該領域發展的重要驅動力，例如模塊化設計和自動施工裝備的應用，為裝配式混凝土結構的施工提供了新思路和工具。一方面，模塊化設計是裝配式混凝土結構施工中重要原則，即將建筑結構分解為標準化、模塊化的單元，在工廠中預制，并于施工現場進行組裝。模塊化設計不僅可以提高施工效率，縮短施工周期，還可提高構件質量，降低施工過程中安全風險。另一方面，自動施工裝備是裝配式混凝土結構施工的關鍵創新點，包括預制構件的自動化生產設備、自動化起重和運輸設備、自動化安裝設備等，這些設備可以極大提高施工效率，降低人工成本，同時提高施工質量。且自動施工裝備需要結合模塊化設計的需求，進行針對性的研發和應用，例如自動化生產設備需要能夠快速、準確地生產出符合設計要求的預制構件。

4.2 新材料應用

裝配式混凝土結構施工技術的創新正在推動建筑行業朝著更加高效、環保和經濟的方向發展，而新材料的應用是重要因素之一。（1）高性能混凝土具有高強度、高韌性、耐久性好等特性，能夠滿足裝配式混凝土結構對于強度和耐久性的高要求，并具備較好流動性，易于澆筑和成型，符合裝配式混凝土結構的生產特點。（2）鋼纖維混凝土是將微細鋼纖維均勻分散在混凝土中，使混凝土具有良好的抗裂、抗拉和抗沖擊性能，且可減少傳統鋼筋的使用，簡化裝配式混凝土構件的生產工藝。（3）自密實混凝土具有良好的自流平和自密實性能，無需振搗就能獲得密實的混凝土結構，有利于提高裝配式混凝土構件的生產效率和質量。（4）輕質骨料混凝土的密度低、重量輕，有利于提高裝配式混凝土構件的運輸和安裝效率，同時也有利于提高建筑的熱絕緣性能。由此可見，新材料的應用不僅可提高裝配式混凝土結構的性能，還能提高施工效率，降低施工成本。但需要注意的是，新材料的質量穩定性、合理的新材料混凝土配合比、如何評估新材料混凝土的長期性能等也成為建筑行業面臨的重要挑戰。

4.3 數字化設計與仿真

裝配式混凝土結構施工技術在追求效率和精度的過程中，逐漸引入了數字化設計與仿真的方法，提高了設計和施工的精度，推動了建筑行業的現代化進程。一方面，數字化設計是以計算機技術為基礎，利用專業的建筑設計軟件進行結構設計、分析和優化的過程。在裝配式混凝土結構施工技術中，數字化設計可以幫助設計師快速、準確地完成復雜的結構設計，實現預制構件的標準化和模塊化，提高設計效率和質量，同時其進行結構優化和性能分析，為施工和后期運營提供科學的依據。目前重要工具之一為建筑信息模型（BIM）技術，可實現建筑的三維可視化，使設計師掌握建筑結構的各個細節的同時，實現設計、施工和運營的信息整合，提高工程的整體效率，如圖1 所示。

圖1 建筑信息模型技術

另一方面，仿真技術是在計算機中模擬實際施工過程，預測并分析可能出現的問題和結果。在裝配式混凝土結構施工技術中，仿真技術可以模擬預制構件的生產、運輸和安裝過程，降低施工風險，并模擬結構在各種環境和加載條件下的性能，為裝配式混凝土結構施工技術的創新提供了強大工具。

4.4 結構健康監測和維護技術

結構健康監測技術是用于評估裝配式混凝土結構性能狀態的一種技術，其包括了各種傳感器、數據采集設備和分析軟件等工具，可用于監測預制構件的生產質量，確保其滿足設計要求。其可以確保監測構件達到預期的位置和狀態，監測結構的性能變化，同時傳感器可準確、持續地監測結構的各種參數，如位移、應力、溫度等，而數據分析則能夠處理大量的監測數據，預測和解決可能出現的問題。結構維護技術是用于保持和恢復裝配式混凝土結構性能的一種技術，用于處理施工過程中的損傷和缺陷，確保結構的完整性和安全性，以延長結構的使用壽命，提高其耐久性和可靠性。此技術的關鍵是維修和加固方法，維修具體指修補裂縫、更換損壞的構件等，加固則能夠提高結構的性能，如增加支撐、改善連接等。

5 結論

綜上所述，裝配式混凝土結構施工技術的研究和應用，對于提高施工效率、保證施工質量、推動行業的發展，以及保護環境都具備重要的價值，因此，我國應不斷深入研究和推廣裝配式混凝土結構施工技術，實現其在建筑行業中的廣泛應用。