装配式建筑混凝土结构建造技术进展

刘永欣

( 聊城大学 建筑工程学院，山东 聊城 252000 )



科技与应用

装配式建筑混凝土结构建造技术进展

刘永欣

( 聊城大学 建筑工程学院，山东 聊城 252000 )

介绍了装配式建筑的分类及应用，说明了各自的优缺点；总结了预制混凝土结构连接方式的分类，详述了不同企业的代表性装配式混凝土结构建造技术，最后提出了建筑工业化发展中的问题以及未来的发展方向。

装配式建筑；混凝土结构；建造技术

1装配式建筑的分类及应用

装配式建筑(Precast Structure)，用预制混凝土的构件通过可靠的连接方式在施工现场装配而成的混凝土结构。

1.1砌块建筑

用预制的块状材料砌成墙体的装配式建筑，这种建筑从某种程度上来说算不上装配式，这种类型适用范围比较小，多用于农村的民居建设，可以通过适当的增加水泥的强度或者钢筋的配置率，来增加层数。砌块类型有多种，根据体积划分有小型砌块、中型砌块、大型砌块，其用途也有相应的区别。小型砌块可以人工运输，但需要较多劳务人员；中型砌块可灵活运用吊车等燃油机械，提高效率，缩短工期；大型砌块由于预制构件的发展和自身的缺陷已被取代。此种类型的建筑中，砌块之间的接缝扮演着很重要的角色，主要采用水泥砂浆砌筑，节能、降耗、环保。

1.2板材建筑

由预制的大型内外叶墙板、楼板和屋面板等板材装配而成。板材建筑由于其自重较小，且整体性较好，大大提高劳动生产率和防震能力。建筑内的设备管线进行综合设计，尽量减少平面交叉，要集中布置，同时满足维修更换要求。在防水构造上，防水施工前，应将板缝空腔清理干净，密封材料嵌填应饱满、密实、均匀、顺直、表面光滑。

1.3盒式建筑

盒式建筑顾名思义像盒子一样的建筑，每个户型都是由不同的盒子组成。这种工业化程度更高，根据盒子内部装修程度的大小，在进行装配时也大不相同。有些盒子内部装修非常完整，只有预留的能源线路没有连接，只要连接皆可入住。盒式建筑根据其内部盒子承重核心不同分为全盒式、板材盒式、核心体盒式、骨架盒式。

1.4骨架板材建筑

骨架板材顾名思义是由由预制的骨架和板材组成。这类结构在现浇式中用的比较多，承重体系主要有梁柱承重体系和板柱结构承重体系。内墙一般均为非承重墙，内部开间可以根据自己的装修来做，自由灵活。

钢筋混凝土框架结构是全部或部分剪力墙采用预制墙板构建成的，具有足够的刚度。骨架板材建筑中节点的连接也是尤为重要，节点的受力分析、节点处接缝的处理都是关键问题。不同节点处要根据不同环境和施工条件来选择不同的节点连接方式。

1.5升板和升层建筑

由于施工环境和施工方法的改变，骨架承重结构体系中的板柱结构体系，就是升板和升层建筑中的一种。这种建筑是在底层混凝土地面上重复浇筑各层楼板和屋面板，竖立预制钢筋混凝土柱子，以柱为导杆，用放在柱子上的油压千斤顶把楼板和屋面板提升到设计高度，加以固定[1]。此时外墙有多钟选择，现浇预制皆可，根据施工条件选择最佳方案。由于升板建筑大部分工作在地面进行，同时为保证安全和减少垂直运输、高空作业，所以前期工作需付出大量的心血，但此后可以节约大量的人力物力财力，主要从模板、脚手架和减少施工面积来考虑。由于升板建筑的特殊性，其楼板一般采用无梁楼板，楼板与柱子的连接有预留孔道最后统一浇筑，类似于叠合板。升板建筑柱距一般较大，楼板承载力也非常好，多用作大型建筑以及跨度较大的商场等。升层建筑以升板建筑为依托，一般都是在底层建筑面安装好再整体提升，这样工速度施工速度可以大大提高，缩短工期。

2预制混凝土结构连接的分类

2.1国外提出的连接分类

1997年的美国统一建筑规范(UBC97)[2]，将框架连接简化为两类：整体连(Monolithic Connection)和强连接(Strong Connection)。整体连接顾名思义连接为一整体，包括各种连接，其性质类似于现浇式。所谓“强连接”，是指预制构件的连接部位的抗弯能力较强，地震作用下当构件中指定的非线性区域出现弹塑性变形时，连接部位仍能保持弹性[3]。

新西兰将框架节点的连接形式分为4种[4]：预制连续梁穿过现浇柱、现浇混凝土柱与预制混凝土梁、预制T型梁与现浇柱、预制预应力混凝土构件与预制U型薄壁梁的连接。

2.2国内提出的连接方式分类

2009年，深圳市住房和建设局发布的《预制装配整体式钢筋混凝土结构技术规范》提出的预制混凝土的连接方式分类为：叠合梁的连接，柱、剪力墙的连接，叠合板的连接，楼梯板的连接，预制外墙挂板的连接[5]。

2014年，《装配是混凝土结构技术规程》主要推荐了在美国认为是机械连接的钢筋套筒灌浆连接技术和我国本土根据我国国情自主研发的浆锚搭接技术，采取合理适当的措施可以实现等同于现浇的要求。

3装配式建造技术实例应用

新型建筑工业化的核心是工业化生产方式。目前的建筑技术体系包括主体结构成套技术、装饰装修成套技术、设施设备系统技术。主体结构技术为装配式混凝土结构技术、装配式剪力墙结构构件竖向连接技术。预制构件受力钢筋的连接方式主要有钢筋套筒灌浆连接技术和浆锚搭接连接技术。下面对龙信集团、中南集团、宇辉集团、远大住工、宝业西伟德、北京万科等先进建设集团做简单介绍。

3.1龙信集团核心技术

(1)在100米以下公共建筑中采用预制装配式框架剪力墙结构体系，柱、梁、叠合板、楼梯、阳台预制装配，剪力墙现浇。在100米以下的装配式领域的民用居住建筑中采用预制装配整体式剪力墙结构体系，叠合板、楼板、阳台预制，外墙非暗柱部分预制并采用少量套筒连接，暗柱部分采用预制外墙模(PCF)，结构层现浇，内墙采用预制成品板拼装。

(2)在6层及以下多层建筑、别墅项目，与中国建筑科学研究院下属的中国建筑技术集团合作研发、设计开发的新型轻钢轻混结构住宅体系，如图1所示。

图1 整体式盒子

3.2中南集团(New Precast Concrete)技术体系

中南集团积极学习国外先进技术，同时结合我国本土设计优势，取其精华,创新提出了New Precast Concrete技术体系。相邻构件的连接:楼层内相邻预制剪力墙之间采用整体式接缝连接；屋面以及立面收尽的楼层，应在预制剪力墙顶部设置封闭的后浇钢筋混凝土圈梁；各层楼面位置，预制剪力墙顶部无后浇梁时，设置连续的水平后浇带；上下层预制剪力墙的竖向钢筋，采用钢筋套筒灌浆连接和钢筋浆锚搭接连接，如图2所示。

图2 预制与现浇位置

3.3宇辉集团预制混凝土剪力墙技术

宇辉集团的标志性技术——装配整体式预制混凝土剪力墙结构技术，是以剪力墙竖向连接专利技术为依托发展而来的。其预制构件主要包括竖向剪力墙板、水平叠合楼板、楼梯板以及阳台等，如图3所示。

图3 剪力墙的竖向连接

装配整体式预制混凝土剪力墙结构构件形式简单、制作方便，但同时存在构件尺寸大自重大，需配置较高要求的吊装设备以及构件形式单一等问题[6]。

3.4远大住工完成世界首例全装配式建筑实体抗震实验

由远大住宅工业集团有限公司进行的世界首例全装配式建筑实体抗震实验。实验采用了1∶1的实物，实验地点在远大住工长沙麓谷研发制造基地。在实验现场，285平方米的三层别墅枫丹白露成为此次抗震试验的主角，分别模拟6、7、8、9度四个级别地震场景进行了实验。采用了远大住工独创的混凝土螺栓卯榫结构体系，在吸收传统精髓的基础上，糅合了中华传统工艺的精华与现代科学的制造方式，造出来的房子具有高度的抗震性，能将地震带来的伤害降到最低。

3.5合肥西伟德叠合板技术及预制构件制作过程

欧洲在装配式建筑领域发展较早也发展较好，尤其是德国的叠合板预制混凝土建筑系统技术，这包括了叠合式楼板、叠合式墙板以及预制楼梯等。

叠合式楼板由底层预制板和格构钢筋组成，可作为后浇混凝土的模板；叠合式墙板一般由混凝土结构层、镀锌钢丝网片、聚苯板保温层、镀锌钢丝网片、细石混凝土外保护层制作而成。

图4 叠合式楼板

合肥西伟德对德国的先进技术进行了全方位的学习，预制构件过程如下：清扫台模、自动标线系统、自动喷洒脱模剂、安放边框、磁铁固定、安放钢筋、自动布料机布料、铺设保温层、铺设钢丝网片并浇筑第二层混凝土、振捣赶平表面、磨平砂光、养护房蒸汽养护、脱除边框、液压顶升侧立构件、脱模、运输到成品堆放区，构件制作完成。其构件预制设备先进、制作精良，但由于其引进时间较晚、预制构件形式简单，目前仅应用于地下车库结构中。同时，叠合式墙板两侧预制板在设计中未考虑，因而，存在与PCF技术相同的问题。

3.6万科集团装配式技术

万科集团较早即开始了工业化住宅建造技术的探索和试点，向高端企业学习，目前主要形成了两大技术:

(1)Precast Concrete技术，该技术主要用于全预制混凝土构件，如阳台、楼梯、空调板、卫生间、部分内隔墙板等。

(2)Precast Concrete Form技术，即预制混凝土模板技术，该技术主要用于预制混凝土剪力墙外墙模板以及叠合楼板的预制板等。

Precast Concrete技术对变形、抗拉、延性、防火、抗拉能力等有了较好的处理，在装饰装修、保温及窗框与墙板整体预制，窗框渗水问题上有了良好的改进，同时减少了现场湿作业量。Precast Concrete Form技术主要处理了外墙模板问题，减少了外围脚手架以及模板的支设，减少了内部满堂架的支设，大大节约了人力物力财力，同时提高了安全性。

4结语

为落实“节能、降耗、减排、环保”的基本国策，实现资源、能源的可持续发展，推动我国建筑产业的现代化进程，须大力发展建筑工业化。国内众多建筑企业要积极适应新常态，学习新知识，争取在我国装配式建筑领域做出应有的贡献，同时要积极探索，勇于突破，将国外的先进标准规范合理地运用到我国，多次进行仿真实验和实体模拟，形成适合业内良性发展的新规范。对于目前建筑现代产业化存在的主要瓶颈和问题：一是顶层制度设计欠缺； 二是技术体系与标准规范滞后；三是新型结构技术体系不够成熟；四是产业链能力较弱；五是部分地区主管部门和从业者认识不足；六是中西部地区普遍缺乏产业发展基础。对于未来装配式建筑混凝土结构建筑现代产业化的发展思路：首先是加大经济政策支持力度、加快技术政策统筹规范；同时政府性投资项目要先行试点，积极引领市场化推进，以城市为主体全面系统推进；最后要加大力度培育产业化基地企业，加强行业培训，鼓励企业转型升级。

[1]刘钧慧.栓接太空板承载力分析及连接设计研究[D]. 北京交通大学，2012.

[2]GHOSH SK；Suzanne Dow Nakaki；Kosal Krishman.Precast structures in regions of high seismicity[J].In 1997 UBC DesignProvision .1997(06).

[3]雎文静.预制混凝土框架结构的连接方法概述[J].四川建材.2011(06).

[4]Robert Park.A perspective on seismic design of precast concrete structures in new zealand[J].PCI Journal，1995.

[5]深圳市住房和建设局预制装配整体式钢筋混凝土结构技术规范[S]. 2009.

[6]郭正兴，董年才，朱张峰.房屋建筑装配式混凝土结构建造技术新进展[J].施工技术,2011(11).

(责任编辑：孙 强)

Prefabricated Construction of Concrete Structure Construction Technology Progress

LIU Yongxin

( Architecture and Civil Engineering, Liaocheng University, Liaocheng, Shandong 252000, China )

This thesis describes the classification and application of the assembly building, indicates their advantages and disadvantages, summarizes the classification of precast concrete connection mode, details representation of different enterprises prefabricated concrete structure construction technology. Finally, it discusses the development of industrialization in the building issues and future directions.

prefabricated buildings; concrete structure; construction technology

2016-06-15

刘永欣(1989- )，男，山东沂水人，硕士研究生。

TU113.6+61

A

1671-4385(2016)05-0096-04