預制裝配式建筑結構體系研究

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摘要：我國的經濟發展進程在不斷的加快，社會各行都有了明顯的進步，人們生活水平也因此有了很大的提高，在這樣的社會環境下人們對生活環境的要求也越來越高，建筑行業因此面對著巨大的挑戰和機遇。傳統的建筑模式因為具有較長的工期已經不能滿足現代人的需求，因此各建筑企業紛紛開始著手開發新的建筑結構。近年來預制裝配式建筑得到了各建筑企業的廣泛運用，其建筑過程分為預制和裝配兩種，可以在根本上避免傳統建筑模式工期長且不能保障安全性的缺陷，更加貼合當代人的需求。我國政府頒布了相關政策以及制度標準，以視察北京重要講話精神為根本，深入落實中央城鎮化工作會議和中央城市工作會議精神，貫徹落實新發展理念，按照適用、經濟、安全、綠色、美觀的要求，推動建造方式創新，大力發展裝配式混凝土建筑，不斷提高裝配式建筑在新建建筑中的比例。但是當前許多建筑企業對預制裝配式建筑還不夠了解，由此對我國建筑行業的發展產生了一定負面影響，本文旨在讓我國更多的建筑企業了解預制裝配式建筑，對其概念、結構體系、意義、發展、應用以及設計做了闡述。

關鍵詞：預制裝配式建筑；結構體系；應用；設計

1引言

當今社會對經濟發展過程中的環境和質量的要求越來越高，傳統的建筑方式已經無法滿足人們在環保以及穩定性方面的需求，因此預制裝配式建筑結構受到了全社會的廣泛推崇。我國相關院校以及科研機構也早就開始對這項新興事物開展了研究，國內很多的建筑企業也都開始重視預制裝配式建筑的施工和建設工作。我國的城市建設速度正隨著不斷發展的經濟而加快，預制裝配式建筑工期短、效率高、安全保障高、經濟環保等優勢在這樣的環境下也逐漸的顯現了出來，在很大程度上提升了我國建筑行業的發展速度。

2預制裝配式建筑結構體系概念及意義

將原本在施工現場要做的工作轉移到車間來進行，這就是預制裝配式建筑的本質，預制裝配式建筑的各個構件組成全部都在工廠車間制作，然后將各部位構件運至施工現場進行組裝，這種建筑方式可以有效的保證施工進度以及施工質量[1]。預制裝配式建筑主要的類型分別為預制裝配式鋼結構、預制裝配式混凝土結構以及預制集裝箱房屋三種，比如這其中的預制裝配式混凝土結構就是在工廠先將這種結構的混凝土模塊生產完畢，然后再將這些模塊運至施工現場進行裝配施工。這種混凝土結構的建筑與傳統混凝結構建筑相比，具有以下特點：一、建筑設計的多樣化，可以根據現代住房要求進行設計；二、建筑功能現代化，可以采用多種節能環保的新型材料；三、構件制造工廠化，可以使得建筑構配件統一在工廠內標準化生產，一氣呵成；四、節省人力物力、施工空間自由、施工速度快、施工質量高、降低企業成本、需要材料的種類和數量少、對環境的破壞程度低等優勢[2]。由此我們可以得知，預制裝配式建筑將傳統建筑中大量依靠人力的方式轉變成為了工廠機械化的方式，對我國建筑行業的發展有著極其深遠的歷史意義。

3預制裝配式建筑結構的發展

3.1我國預制裝配式建筑的發展

預制裝配式建筑在我國20世界80年代就出現了，但真正引起社會重視的時間卻非常短，我國在2013年推出了《綠色建筑行動方案》，方案中指出工業化生產必須以保護環境和節約資源為前提。同時也明確表示，社會各建筑企業應推廣使用預制裝配式建筑結構來改革建筑施工技術。雖然我國在上世紀80年代就應用過預制裝配式建筑的技術，但是這種技術受到我國當時經濟條件的制約而沒有得到良好的發展[3]。但在我國經濟飛速發展的今天，我國的經濟條件和社會需求已經為預制裝配式建筑的發展提供了非常好的環境。近年我國也在不斷的推進預制裝配式建筑結構體系的發展，并且正逐漸的將這種體系應用到現實的工程建設中，例如由大地建設集團開發的混凝土裝配整體式框架結構體系以及由宇輝建設集團開發的預制裝配整體式混凝土剪力墻結構體系等都在實際的工程建設中得到廣泛應用。

3.2國外預制裝配式建筑的發展

西方發達國家的預制裝配式建筑技術要領先于中國，比如美國在20世界末期就已經開始廣泛應用預制裝配式建筑了，2001年美國的預制裝配式建筑已經達到全美建筑數量的8%，美國的大城市應用較多大都為預制裝配式混凝土建筑，城鎮則以輕鋼和木制建筑結構為主。亞洲對預制裝配式建筑技術的應用以日本為領先，由于日本受到地理環境的影響，其國內建筑主要都以抗震為主，因此對預制裝配式混凝土建筑的應用較多[4]。日本的預制裝配式建筑業起源于20世紀中期，經過了幾十年的發展日本的預制裝配式建筑從標準化和工業化轉變為了集約化和信息化，日本國內對預制混凝土結構的應用以及創新還有效的解決了工廠批量生產和建筑多樣化之間的矛盾，另外日本也對建筑的抗震性能也做了進一步強化。

4預制裝配式建筑結構體系

4.1預制裝配式建筑分類

我國在上世紀80年代采用的預制裝配式建筑結構為裝配式大板住宅體系，應用構件主要有預制圓孔板、大型面板、槽形板等，因為當時經濟條件以及技術的限制，這些構件在生產、安裝、連接等方面都存在不少的問題，導致這些結構在抗震能力、物理承受能力、建筑功能等方面都有一些缺陷，后來就逐漸被社會所淘汰[5]。當前我國的民用建筑采用的預制裝配式建筑結構類型有很多，如城鎮的民用建筑大都以多層和低層為主，針對這樣的建筑就可以采用輕鋼-木結構、輕鋼-鋼筋混凝土結構以及輕鋼結構等。隨著我國城鎮建設速度的加快和對環境保護意識的增強，在城鎮建設中應用這些結構是必然的發展趨勢，但是由于其中某些結構需要的成本較高，所以預制裝配式混凝土結構建筑以其所需成本較低的優勢更受開發商青睞，輕鋼-木結構僅在高檔別墅的建造中能夠被應用到。

4.2預制裝配式混凝土結構及其抗震性能

預制裝配式混凝土結構形式可大體上分為框架結構、剪力墻結構、框架-剪力墻結構等結構體系[6]。因此預制裝配式混凝土建筑和現澆混凝土建筑在結構形式上并沒有太大的區別，但是預制裝配式建筑與現澆混凝土建筑相比存在著復雜的構件連接技術，同樣的構件采用的連接技術不同，其物理性能和抗震能力也會不同，即使是在同樣抗震能力基礎上應用不同的構件連接技術也會產生不同的經濟性能，復雜的構件連接技術也是預制裝配式混凝土結構的技術難點，對這種結構的推廣產生了一定的影響。此外我國有學者提出了IMS體系（整體預應力裝配式板柱體系），我國一些建筑企業將這種體系中的板柱由一個整塊改成了多個小塊，形成了預應力裝配式板柱體系，縮小了預制板柱的尺寸和重量，更便于運輸和安裝。整體預應力裝配式板柱體系和預應力裝配式板柱體系的安裝都需要運用斜撐來保證體系的穩定，相比預制裝配式框架結構的安裝要復雜一些[7]。但是預應力裝配式板柱體系具有板柱體系和裝配體系兩者共同的優點，尤其通過混凝土連接成為一個整體之后，其抗震表現也更加優良，因此這種基于預制裝配式混凝土結構的體系應該被廣泛采用。

4.3結構體系的劃分方法及其對比

預制裝配式混凝土結構本身有著裝配化高低的區別，因此大體可分為全裝配和部分裝配兩種，但是僅以這個標準來劃分又有些籠統，對結構的推廣有所不利。因此可以依據其構件連接節點更細的將預制裝配式混凝土結構分為鉸接連接結構、剛性連接結構、柔性連接結構以及混合連接結構四種，這樣進行劃分也可以明確知曉具體的結構類型，方便理解和運用。上述四種連接結構的前兩種都屬于預制裝配式混凝土結構中的基礎類型，最后一種的混合連接結構則是由基礎結構類型相互結合所產生的一種結構，基于當今的建筑物需要考慮到物理性能、抗震能力、施工便利性以及經濟性等多方面的因素，因此今后預制裝配式混凝土結構的構件連接都可能會采用混合連接結構。上述對預制裝配式混凝土結構的劃分與其框架結構、剪力墻結構的劃分沒有關系，是兩種劃分方式，而且他們相互之間還可進行統一。比如預制裝配式混凝土剪力墻結構也可按構件連接方式分為鉸接連接剪力墻、剛性連剪力墻、柔性連接剪力墻以及混合連接剪力墻四種類型，同樣預制裝配式混凝土框架結構也可以按照這樣的方式來分類[8]。

5預制裝配式建筑結構體系的應用

在上個世紀中期國外就已經開始研究預制裝配式建筑結構體系，并且早就應用到了屋面梁和空心樓板上，但由于國內建筑工藝不先進，我國對預制裝配式建筑的應用比較晚，直到上世紀90年代后期，我國采用現澆混凝土建筑取代了老式的裝配式建筑，但在科技發展迅速的今天，由于建筑成本不斷提高，我國的建筑企業也開始考慮使用技術更高、更節省成本的新型預制裝配式建筑。當今的預制裝配式建筑的發展道路還存在一些問題，其中最嚴重的就是設計問題，常常會發生設計深度無法滿足建筑需求的狀況。預制裝配式建筑與現澆混凝土建筑在應用上有著根本性的差別，在設計上的要求也更加嚴格，現有的設計方式通常因為設計圖紙不詳細、設計深度不達標而影響預制裝配式建筑的發展。

6預制裝配式建筑結構體系的設計

6.1預制裝配式框架結構體系的設計

這種結構體系常被應用到高層建筑中，在高層建筑所應用的預制結構中是非常重要的一種，另外預制裝配式框架結構的剪力墻重量比較小便于運輸，因此比較大的預制結構常常會用到預制裝配式框架結構體系[9]。這種體系中的梁和框架都需要在工廠車間制造，構件連接節點以及疊合梁鍵槽的處理一般都在構件運輸到施工現場以后執行。預制裝配式框架結構體系的設計需要考慮到其物理性能，通常從結構的方向對其進行考慮，共有以下幾點值得我們注意：第一，預制混凝土框架柱的受力強度、框架柱與地板固定的強度、框架梁的強度，這些強度務必要在C30以上。第二，必須要保證梁柱中心線與縱向框架以及橫向框架對齊，以此才可以在同一個垂直面上調整結構面的狀態。第三，設計框架梁柱的連接節點時，完成的部分必須要符合剛性連接的基本要求。第四，務必要保證預制構件鏈接節點的焊接質量。第五，當設計、生產連接各種構件的預埋件時，務必要保證設計完全貼合構件，加工也要一絲不差。

6.2預制裝配式剪力墻結構體系的設計

預制裝配式剪力墻結構體系由板結構、剪力墻結構、梁結構以及混凝土構件組成，對這種結構體系進行設計的時候，需要以施工項目的實際情況為出發點對具體結構的選擇進行考慮，同時為了保證這種體系的設計標準和施工質量，需要注意以下幾個方面：第一，在設計橫墻的時候，要根據施工項目的具體情況選擇承重墻面板和輕墻面板，以此來滿足承重墻體的測方向和構件的受力要求[10]。第二，在設計豎向受力的時候，要保證不同部位的結構豎向承重鋼筋是以注漿錨桿連接在一起的。第三，設計連接結構的時候，要保證結構的完整和連續。第四，豎向結構務必要和橫向結構處在同一水平面上，以保證整體的平面形勢。

7結束語

我國經濟建設的基礎薄弱，起步相對較晚，但自改革開放以來我國的經濟發展有了巨大的進步，城鎮化建設飛速發展，建筑行業在這樣環境下不斷改革創新，面臨著巨大的機遇和挑戰。預制裝配式結構體系在現代建筑業有著不可替代的優勢，它不但可以提高建筑工程質量、縮短施工工期、節省人力物力，還可以最大限度地滿足我國綠色建筑所倡導的節能、節地、節水、節材和保護環境的要求。我國預制裝配式建筑的發展還有待加強，發展的過程應充分發揮工廠預制件、現場裝配、節點現澆的優勢，將新材料、新工藝不斷應用到現代建筑上，通過結構、建筑、設備等專業密切配合，充分優化施工工藝，提高建筑性能。隨著低碳、節能、生態、綠色環保和可持續發展等理念逐漸深入人心，預制裝配式建筑在我國將有廣闊的發展前景。

參考文獻：

[1]陳嘉俊,金仁東,徐炳水,盧蒙.預制裝配式結構節點抗震性能研究綜述[J].建設科技,2017(21):68~70.

[2]羅海艷,顏軍，朱方之.混凝土在宿遷市低層裝配式結構建筑中的應用性能研究[J].科技通報,2017(8):87~91.

[3]肖同亮,王曉覓,唐立秋,何培玲.預制裝配式結構發展現狀及施工關鍵技術研究[J].江蘇建筑,2018(1):73~76.

[4]吳濤,劉全威,趙天俊,張磊.預制裝配式結構中預留孔鋼筋漿錨搭接的試驗研究[J].工業建筑,2017(5):68~73.

[5]喻振賢,李匯,喻杰,柯昌仁.預制裝配式結構節點連接方式的研究現狀[J].甘肅科技,2017(1):79~81.

[6]劉玉濤,李小玥,吳堅榮.鋁合金模

作者：吳繁超 單位：福州外語外貿學院