装配式混凝土结构计算分析和构造要点

文/吕坚 中国五洲工程设计集团有限公司 北京 100053

寇岩滔 中国航空规划设计研究总院有限公司 北京 100120

1、前言

近年来，我国推行“节能、节地、节水、节材和环境保护（四节一环保）”的可持续发展战略，建筑工业化已成为我国推动建筑业转型升级的国家战略，近年颁布的相关政策见表1。地方政府加快发展装配式建筑的具体实施意见和细则要求也逐步出台，装配式混凝土结构得到了广泛的关注，成为建筑行业研究的热点问题之一。

表1 推动发展装配式建筑的主要政策文件

2、装配式混凝土结构简介

装配式混凝土建筑是指以工厂化生产的混凝土预制构件为主， 通过现场装配的方式设计建造的混凝土结构类房屋建筑[1]。其主要构件为工厂预制，现场采用机械吊装施工，施工速度快，利于冬季施工和保护环境，同时门窗附件、装饰、预埋件、保温、防水等可与主体结构构件集成化预制。

欧洲最早的建筑工业化尝试可追溯到17世纪，第二次世界大战后，许多国家同时面临严重的房屋和劳动力短缺，欧美、日本等国家和地区对装配式混凝土结构开展了系统的研究和应用，经过几十年的发展，已形成比较完善的建筑工业化体系。我国香港和台湾地区装配式混凝土建筑应用也很广泛。

20世纪50年代，我国大陆地区开始了装配式混凝土结构的研究和应用，到20世纪80年代，装配式单层工业厂房、装配式大板住宅和采用预制空心楼板的砌体建筑还有着非常广泛的应用。但由于预制构件生产、安装、结构整体性等方面存在诸多问题，历次地震中，几乎都有预制板等构件安全性表现较差的报道，国内建筑工程界对装配式混凝土结构的抗震性能存在疑虑；同时，由于裂缝、漏水、冷桥等原因，已建成的装配式混凝土建筑在使用性能上的表现也普遍不及全现浇混凝土结构，到20世纪90年代，装配式混凝土建筑已逐渐被全现浇混凝土结构淘汰[2]。进入21世纪，我国对节能减排、环境保护的要求不断提高，同时劳动力价格快速上涨，工厂预制生产的构件相对于现浇混凝土又逐渐具备了性价比优势，这些因素必将改变建筑业的传统生产方式，装配式混凝土结构重新得到了广泛关注 [3]。

3、装配式混凝土结构设计计算方法

3.1 装配式混凝土结构的主要标准

我国现行与装配式混凝土结构相关的主要标准如表2所示。

表2 装配式混凝土结构的主要标准

相关国家标准和行业标准的逐步完善，为我国新一轮装配式混凝土建筑的发展提供了支撑；不同地区在国家标准和行业标准的基础上编制了地方标准，反映地方特色；中国工程建设标准化协会也颁布了部分关键产品和应用技术的CECS系列标准。

相关国家建筑标准设计图集的实施，也对装配式混凝土结构的推广起到了促进作用。近年实施的图集见表3，多以《装配式混凝土结构技术规程》为依据，采用的技术相对比较单一，可参考使用。

表3 装配式混凝土结构的主要标准设计图集

3.2 现行标准的设计概念

20世纪50年代到80年代，我国装配式混凝土结构主要是参考前苏联的做法，尽量减少现浇作业，连接节点的刚度和延性与现浇混凝土结构相差较多。近年的系列规范，参考了发达国家的经验，采用了“等同现浇”的装配整体式设计概念——预制构件与现浇结合，节点的承载能力和延性不低于预制构件，也不低于同类现浇结构。同时将不能“等同现浇”的连接技术仅限用于6层及以下的多层剪力墙结构，见文献4第9章[4]。

3.3 “等同现浇”计算和构造要点

对于装配整体式混凝土结构，弹性（含弹性时程）计算时采用的计算参数与现浇结构相同（常用的结构计算软件STAWE、YJK、ETABS和MIDAS等均按此原则处理），与现浇结构相比，主要不同点见表4。

表4 “等同现浇”计算和构造要点

?

4、对装配式混凝土结构的展望

工业化是建筑业未来发展的趋势，我国装配式混凝土结构在设计理念、构件生产工艺、连接技术、施工管理等方面都取得了长足的进步，但整个装配式建筑产业与发达国家相比尚处于初级阶段，对于装配式混凝土结构发展的几点思考和建议如下：

（1）建筑工业化是一个长期的发展过程，应以市场为导向，不应一味追求高预制率和高装配率；

（2）推进建筑设计的模数化、标准化，采用高强、高性能混凝土，与隔震、减震技术相结合；

（3）与传统建筑业的生产流程相比，装配式建筑需要前置很多工作，对生产管理和信息化都提出了更高要求；

（4）在目前缺乏成熟、系统的规范支撑条件下，新的研究成果难免会突破规范，应质量优先、稳步推进，切不可断章取义，没有经过系统的研究论证而部分采用现有规范、部分采用自己的研究成果，以避免造成结构的安全性问题[6]。