新型预制装配式混凝土结构技术的探讨

张锐

序言

装配式混凝土结构自从推出以来，凭借自身独特的优点，生产质量高、生产周期短以及经济效益良好等优点，一直备受关注。“十三五”以来，随着装配式结构新规范的陆续推出以及地方政府对装配结构的政策补贴，装配式结构又迎来新一轮的发展良机，而我国的装配式住宅建筑相对较少，有很大的发展空间。近年来，面对新的建筑产业化发展形势，越来越多的企业和高校将重心放在了装配式结构的关键技术的应用上，万科集团、长沙远大住宅工业有限公司以及同济大学、东南大学等都陆续开展了相关研究与实际应有，在这样的背景下诞生了一大批示范工程[1]。图1为黑龙江宇辉集团开发的“保利花园”项目，主要应用了预制墙体、预制阳台、预制楼梯、预制叠合板等建筑部件；图2为合肥市蜀山装配式公租房项目，是合肥市住宅产业化试点工程。

由于装配式结构抗侧力体系有着自己的独特性，在构造、传力上都与一般工程有所不同，难以直接套用现有的设计规范和设计经验。因此有必要通过新技术的探讨和理论分析，对装配式结构进行比较深入的研究，在验证该结构形式可行性和安全性的同时，进一步推动新型结构体系的应用和发展。为了在实际工程中装配式结构有着更好的发展，下面将从关键技术的应用方法、结构技术措施以及新结构规范和软件应用等几个方面对装配式结构进行介绍。

1 关键技术应用方法

1.1 纵向钢筋套筒灌浆连接技术

图1 黑龙江宇辉集团开发的“保利花园”项目

图2 合肥市蜀山装配式公租房项目

这种类似于医院断肢再接技术-接骨术，预制构件的纵向钢筋连接一般都是100%在同一截面，因此必须保证I级接头。这是为了保证接头质量，对预制构件生产、安装施工提出的工艺性接头试验要求。套筒灌浆连接接头的抗拉强度必须符合《钢筋机械连接技术规程》[2]（JGJ107-2010）中Ⅰ级接头的规定。

1.2 预制构件专用预埋件的应用

装配式结构设计中，预埋件主要强调的是安全和效率。我国缺乏相应的产品技术标准和设计选用方法，而欧美有相对成熟的标准，一般产品的安全系数为3.0，吊具的安全系数为5.0，在用于窄长形构件（梁墙产品）、扁宽型构件（楼板、楼梯）时，其设计要求差别很大，必须由工程师进行设计和验算。撑杆安装时，一般利用三角形最稳定的原理，尽量只设计一根斜撑杆，因为斜撑杆越多，受力越不明确，施工速度越慢，经济性不好。操作步骤一般是先找准墙板的形心和重心，支撑杆放在形心与中心之间，斜杆在构件上的固定点必须高于中心，宜设在2/3高度处，构件下部的支点位置只设两点，且以斜撑杆为中心对称布置。

1.3 露骨料混凝土粗糙面技术

这种也类似于医院断肢再接技术-缝合术，新旧混凝土结构面采用粗糙处理，加强相互之间的摩擦力咬合，以达到实际应用的要求。

2 新型预制装配式结构技术

装配式结构构件均在工厂完成成型，施工过程节水、节能且环保污染少，优化社会资源配置，具有良好的应用前景。预制装配式框架结构适用于多层、小高层住宅体系建设，是推动住宅产业化的重要新型结构体系。随着我国城镇化建设的展开，以及装配式框架结构的独特优点，这种体系必将逐渐被采用。

2.1 叠合梁

叠合梁为由两部分组成，分别浇筑，其中预制部分在工厂直接生产，在施工现场完成组装后，绑扎叠合梁和板上部钢筋，这样可以为浇筑叠合层混凝土提供了模板作用，在节省木模板与钢模板的使用量的同时，也减少了现场湿作业的操作难度。

图3 叠合梁

2.2 叠合板

叠合板和叠合梁类似，也是由工厂直接成型部分板尺寸，在运至现场后进行装配，要求板下部钢筋要置于预制部分梁上且伸入至梁端以使二次浇筑后钢筋与梁形成整体，实现梁板连接。为使预制部分板与叠合层混凝土连接更好，在预制部分板面进行拉毛粗糙处理，形成表面凹凸差不小于4mm的粗糙面，使浇筑混凝土后粘结更牢固。

图4 新型装配式节点

2.3 节点构造技术

在预制构件装配完毕，并绑扎叠合构件钢筋后，立即现浇混凝土，形成整体现浇节点，试验也证明该节点抗震和整体性能良好。现在更多的叠合梁选择在端面上设置剪力键，这样增强节点处梁的抗剪能力，抗震性能得到进一步提高。

笔者曾完成2榀2层2跨的装配式框架结构试验[3]，其中试件PCF-2预制梁端的底部钢筋处设置了长度为300mm的φ16PVC套管，套管用以加长钢筋的自由伸长距离，从而增大塑性铰长度，进而改善梁端转动延性。试验表明试件都具有稳定的滞回性能和良好的延性及耗能能力。

图5 带套管装配节点构造示意图

3 规范及软件模拟实现

3.1 规范简介

国内，《钢筋混凝土装配整体式框架节点与连接设计规程》（CECS43-92）[4]介绍了柱与柱的连接方式、柱与梁的连接方式。上海市工程建设规范《装配整体式混凝土住宅体系设计规程》（DGTJ08-2010）[5]介绍了装配整体式混凝土住宅体系的预制柱与预制柱、预制梁与预制柱之间的连接设计方法。2014年10月，中华人民共和国行业标准《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）[6]实施，进一步推动了装配式混凝土的快速发展。

新规程的出台是目前我国装配式建筑技术发展水平的标志，是新型建筑工业化重新起步的里程碑，同时也是国内指导装配式建筑设计、生产、施工、验收的技术依据。装配式混凝土结构的设计方法与现浇结构相同，在新形势下能够适应市场需求。

2015年3月发布装配式第一批图集，涵盖建筑结构设计流程、施工图表示方法及内容深度、墙体、楼盖、楼梯、空调阳台板、节点连接等图集，为设计院提供直接的依据。

3.2 装配式构件的软件计算

为解决当前建筑结构设计的热点难点问题，盈建科（YJK）和PKPM3.1等结构设计软件结合装配式结构的预制梁板柱墙设计和施工图方面的软件特点，开发出新的装配式结构计算模块。盈建科按照单个构件出施工图，以平面、立面、剖面视图的详图方式绘制，绘制预制构件内所有钢筋、钢筋伸出构造以及接头构造。

计算阶段与普通现浇结构基本类似，主要在节点或者预制构件等部位进行内力放大，出图时绘制预制构件详图以便制作。装配式混凝土有个很重要的指标叫预制率，预制率太低做装配整体意义不大，预制率高也不一定好，会造成施工拼装困难，制作构件琐碎等。预制率对方案依赖度很高，方案合适预制率就有提高的条件，保障性住房等对外立面没什么要求，户型不用灵活的项目实施空间广阔。面对建筑结构日新月异的发展，装配式结构的推广和使用将迎来另一个高潮。

4 结语

新型预制装配式结构通过关键技术的应用方法和采用叠合梁、合板及新型节点构造技术后，克服了原有结构形式连接和构造差的不足，使整体性能与抗震性能大幅提高。随着这些技术的广泛应用，将更好的推动装配式结构的快速发展。装配式规程实施后，在结构设计软件的推动下装配式结构将会在更多领域得到运用。随着越来越多的探索和研究，这些技术都将广泛应用在未来的装配式建筑中。

[1]张季超，楚先锋，邱剑辉，等.高效、节能、环保预制钢筋混凝土结构住宅体系及其产业化[J].工程力学，2008（12）：123～133+138.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部《钢筋机械连接技术规程》（JGJ107-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]黄远，张锐，朱正庚，等.现浇柱预制梁混凝土框架结构抗震性能试验研究[J].建筑结构学报，2015，36（1）：44～50.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部《钢筋混凝土装配整体式框架节点与连接设计规程》（CECS43-92）[S].北京：中国建筑工业出版社，1992.

[5]上海市城乡建设和交通委员会《装配整体式混凝土住宅体系设计规程》（DG/TJ08-2010）[S].上海，2010.

[6]中华人民共和国住房和城乡建设部（JGJ1-2014）.装配整体式混凝土住宅体系设计规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.