预制装配式混凝土结构施工中的新技术应用

姜 泰

上海临港创新经济发展服务有限公司 上海 201403

预制装配式建筑是指将建筑的全部或者部分构件在工厂预制完成，然后在施工现场通过可靠的连接方式组装而成的建筑[1]。预制装配式结构具有节能环保、建造质量高、工期短等出众的优点。随着我国对建筑工业化的高度重视和相关政策的推出，装配式建筑在全国各地开始了快速的发展。

本文结合上海临港重装备产业区H36-02地块项目实践经验，介绍多种新技术在装配式建筑中的应用，分析装配式建筑的工艺特点。

1 工程概况

临港重装备产业区H36-02地块位于上海浦东新区临港重装备产业区和物流园区内，主要功能为研发及配套服务设施。由22栋4～12层研发中心、研发厂房，1栋4层共享大厅，1栋垃圾房及地下1层车库组成。总建筑面积约206 000 m2，其中地上面积约163 000 m2，地下面积约43 000 m2。

除东4楼采用装配式钢框架结构外，其余单体地上部分均采用装配整体式钢筋混凝土结构。结构体系包含装配整体式框架结构和装配整体式框架-现浇剪力墙结构两类，单体预制率高于40%。其中，西1楼和西2楼为采用消能减震技术的装配整体式框架结构，单体预制率为47%。工程采用的预制构件包括预制的柱、梁、楼板、楼梯以及挑板和女儿墙等。

2 装配式新技术应用

在传统预制装配式体系的基础上，项目采用了多项新技术，达到了进一步增强建筑性能，有利于控制现场进度和工程造价的效果。

2.1 装配式混凝土结构消能减震结构体系

为增强装配式建筑抗震能力和防灾性能，单体西1楼和西2楼采用了“预制框架＋黏滞阻尼”结构体系（图1），共布置78根黏滞阻尼器。黏滞阻尼器通过活塞与缸筒间的相对运动产生阻尼力，大量消耗输入结构的振动能量，从而迅速减小地震剪力和位移角，保护主体结构。其优点在于不会给结构增加额外的刚度、结构简单、成本低廉且适用性高。

图1 黏滞阻尼器连接方式

设置黏滞阻尼器一方面可优化节点配筋方案，另一方面可减少现浇剪力墙，从而提升建筑预制率。本工程西1、西2楼为高层建筑，若按常规体系采用框架-剪力墙结构，则剪力墙部分需要现浇，从而增加了现场的湿作业量且不利于预制率的提高。刚度的增加也会导致所选用的预制框架部分的构件尺寸偏大，给构件运输和施工吊装带来不便。

黏滞阻尼器替代剪力墙之后，减少了7%的现浇混凝土工作量，提高了建筑的预制装配程度，控制单体预制率不低于45%。设置黏滞阻尼器的预制装配式框架结构体系与预制装配式框架-现浇剪力墙结构体系相比，节约了1 000 m3混凝土，每栋楼综合造价可降低300多万元。

虽然阻尼器的设置会对设计方案有一定制约，但该技术间接优化了剪力墙布置和降低了节点处施工的复杂程度，同时增强了装配式建筑的抗震能力和防灾性能，并提高了建筑的工业化水平。

2.2 装配式框架简化节点连接

现阶段，框架节点钢筋密集、施工困难、施工质量难以保证是装配式混凝土框架结构施工过程中的突出问题。

项目优化了框架梁柱和节点的配筋及连接方式（图2）。将框架柱纵筋集中配置于四角部位，框架梁底筋在节点区域通过弯折进行错位，避免了钢筋的交叉重叠，简化了钢筋排布和施工复杂程度，提前减少和避免了现场施工难题。

框架顶层端节点钢筋采用钢筋锚固板的锚固方式。钢筋锚固板可达到与传统方式相同或更优的锚固性能，并解决了顶层节点钢筋拥挤和混凝土浇筑的难题，从而有效提高了装配式框架的施工效率。

2.3 预制预应力混凝土双T板叠合楼盖技术

预制预应力混凝土双T板是一种先张法预应力混凝土构件，由受压翼缘和2排腹板组成。双T板一般采用高强预应力筋和高强混凝土制成，其横截面受力合理，具有自重轻、承载力大等特点，可以广泛应用于大跨度、重荷载的结构中[2]。

本项目标准柱网尺寸为8.4 m×8.4 m，跨度较大，使用传统楼盖体系将消耗大量资源。项目创新采用了大量预制预应力混凝土双T板作为叠合楼盖，取消次梁设置，局部柱距较密处则采用钢筋桁架叠合板的形式。

针对大型公共建筑的荷载和跨度，通过优化构件截面、配筋和端部设计，形成了施工便捷的双T板连接节点形式。预应力混凝土双T板端部采用变截面。中梁采用倒T形挑耳、边梁采用L形挑耳设计方法。挑耳上设置支垫，双T板端部搁置于挑耳部位并形成有效连接（图3）。

图2 中间层边跨梁柱节点

图3 双T板端部节点构造

预制预应力混凝土双T板叠合楼盖的应用，有效发挥了其截面高度与预应力材料强度的优势。楼盖材料用量减少，提高了施工效率并降低造价，满足了本项目装配式公共建筑对大跨楼盖结构的需求。

3 装配式工艺特点分析

3.1 结构分析

本项目包含装配整体式框架结构和装配整体式框架-现浇剪力墙结构2类结构体系。装配式框架结构由预制梁和柱抵抗水平和竖向荷载，具有结构平面布置灵活、结构自重较轻的特点。装配式框架-现浇剪力墙结构在荷载作用下，框架与剪力墙的变形协调一致，具有较高的水平承载力和竖向承载力。

装配式结构的重点在于预制构件的连接设计和施工。当采用可靠的连接技术和构造措施时，可认为具有与现浇结构等同的承载力、整体性和延性，可达到与现浇混凝土结构相同的性能。

3.2 能耗分析

电耗方面，由于传统工艺相对于预制装配材料工艺有材料所需吊装次数多、木模板加工所需能耗高、现浇工艺所需振捣器工作量较大的特点，导致了传统工艺耗电量的增加。

水耗方面，预制构件一般在构件厂使用蒸汽养护，因而对养护用水量可精确控制。现浇式建筑在进行现场的浇筑时一般为人工浇水，水量消耗较多且难以控制。

综上所述，采用预制装配式的建筑可节约能源消耗。相关资料表明，当房屋住宅的预制率达到37%时，采用装配式工艺能够节约36%的水资源，31%的电[3]，符合可持续发展的原则。

3.3 工期分析

对生产设计而言，装配式建筑可实现设计模块化、标准化设计和构件加工生产，从而减少重复设计，提高效率。

对上部结构施工而言，预制装配式建筑在工期方面较传统施工优势不大，每层工期与传统工艺相差1～2 d。但是外装施工和室内装饰施工的工期却大大减少。总体来说预制率越高，工期缩短越多。

此外，传统施工方式施工周期受多方面因素影响，工期较难控制。而预制装配式建筑只需要在现场将工厂生产的预制构件进行拼装。现场的工作强度减少，安装流程标准化，保证了施工的进度。

3.4 经济分析

相对于传统现浇工艺，采用预制装配式的建筑在常规施工图之外，需要另行编制生产和施工二次深化图纸，设计费用高于传统施工。同时，装配式建筑需要额外支付预制构件的制作费用以及构件运输费用。此外，由于构件吊装和安装的需要，预制装配式工艺相对于传统工艺增加了堆场的设置、场地处理、大型塔吊使用、预埋件、临时支撑等费用。

而预制装配式建筑在材料用量、脚手架费用、人工费用等方面更具有优势。预制构件以吊装为主，因此，可减少传统脚手架的使用，或采用安全防护围挡、挑网等措施代替脚手架。现场湿作业工作量大幅减少，相应的材料损耗、修补材料用量、建筑垃圾也会减少，人工成本也随之大幅降低。同时也降低了施工声、光、尘等污染和相应的防治费用[4]。

另外，相对于传统建筑，工业化生产工序简单，湿作业环节减少，受到环境的影响较小。对施工现场的人员、机械和材料的使用以及施工的周期控制更便捷。可有效规避传统施工方式劳动力成本变化和现场变更等成本风险。

但从总体上看，目前装配式建筑与现浇建筑相比建设成本优势不明显。主要原因为现阶段设计增加费、PC构件生产费、安装费较高。但随着我国预制构件规模化、标准化的实现，成本将进一步降低。

4 结语

本项目引入装配式混凝土结构消能减震结构体系，优化了框架梁柱和节点的配筋及连接方式，采用预制预应力混凝土双T板叠合楼盖技术，有利于增强装配式建筑的抗震能力，显著提高了施工效率，为项目创造了良好的经济效益。

通过工程实践分析，装配式建筑可以有效减少建设工期，节省人力、物力，具有节能环保等独特的优势，是建筑业发展的新方向。