装配式混凝土框架结构研究进展

李显辉

(山西建筑职业技术学院，山西晋中030600）

1 装配式混凝土结构发展现状

建筑行业由于体量大，涉及行业较多，行业发展能够较快地带动经济增长。目前，我国大力推进城镇化建设，推动经济发展，但也产生一系列的问题，如建筑资源浪费、生产效率低、建筑质量难以把控、构件标准化程度低等。为解决上述问题，使我国经济健康发展，需要改变现有建筑的建造方式，走建筑产业化道路，大力发展装配式建筑。混凝土框架结构成为装配式研究的基础，即装配式混凝土框架结构，指由加工厂预制混凝土部件或构件进行现场连接、装配而成的混凝土框架结构，其主要受力部件和构件由加工厂生产，工地进行现场装配。与传统的现浇混凝土框架结构相比，装配式结构具有重量轻、工业化程度高、施工速度快、减少工地扬尘和绿色环保等优点，可以提高生产效率和建筑质量，降低成本。目前，装配式混凝土框架建筑已在美国、欧洲、日本、新加坡、新西兰等处于高烈度地震区的国家得到了广泛应用，我国也出台多项政策，大力推进装配式建筑的普及。首先倡导在工程建设中推广装配式建筑的应用。北京、深圳、上海、合肥、南京、济南、长沙、沈阳等地方政府，通过硬性要求或鼓励各房地产开发商在住宅建设中采用预制混凝土装配式技术。国内知名房地产企业，如远大、宇辉、万科、中民筑友、龙信、中南、山东万斯达、江苏元大等，利用国家政策的支持，开发建设多个试点工程及研究基地，积极探索装配式技术，为我国装配式结构的推广应用作出了重要贡献。与此同时，我国装配式建筑相关标准和图集陆续出版，2014年，国家发布了行业标准《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014），为装配式建筑行业从业人员提供了具体的技术依据，对我国装配式建筑的应用及推广具有里程碑式的意义。

2 国内外装配式混凝土结构研究现状

2.1 国外研究现状

从20世纪70年代起，外国学者对混凝土装配结构进行了系统研究。

（1）Blakeley和Park进行了4个预制混凝土框架的节静力点试验，该试验梁柱间采用灰浆灌缝。研究结果表明，试件刚度较小，但具有较好的延性；塑性区向梁内进行了延伸，其中塑性铰开展尺寸约为构件截面高度的一半。

（2）French等对预制混凝土结构的连接节点抗震性能进行了研究分析，节点包括焊接节点、螺栓节点、叠合截面节点。试验进行了7个节点试件的加载试验，其中3个试件塑性铰设计在节点内，4个试件塑性铰设计在节点外。研究结果表明，三种不同类型的节点都具有较好的抗震性能，叠合连接节点和螺栓连接节点的抗震性能更优越。

（3）M.Ataur Rahman和 Sri Sritharan对预制装配式混合结构框架的抗震性能进行了评估，对两栋五层预制装配式混合结构提出了基于性能的抗震评估方法，之后对两个结构按PRESSS项目进行了设计，设计时按比例缩小，目的是为了利用PRESSS项目的测试数据进行对比验证。研究结果表明，当输入地震强度相当于设计地震强度的1.5倍时，使用基于位移原理设计的建筑物不能满足层间位移限制的要求，而使用基于力原理设计的建筑物则可满足要求。

（4）Im等对6个采用附加钢筋搭连接节点进行抗震性能测试，该节点由端部带U形槽的预制梁、预制柱、后浇混凝土组成。静力试验结果表明，该类节点由于节点钢筋存在滑移现象，耗能和刚度上相对于现浇节点略差，通过增加端头钢筋可提高其耗能能力，达到现浇水平。

（5）Yuksel等分别对应用于民用建筑的底筋锚固式整浇连接节点和应用于工业建筑的搁置叠合现浇连接节点进行了试验研究，通过反复循环加载试验。试验结果表明，这两种节点滞回曲线均比较稳定，加载位移角低于2%时，耗能较好；位移角达到3%时，试件关键截面性能发生退化，捏缩效应明显。

2.2 国内研究现状

唐山大地震后，我国装配式建筑发展放缓，开始审视装配式遇到的问题，生产工艺固然是原因之一，但装配式结构的节点研究也是欠缺的。

（1）最初由北京市建筑设计研究院联合同济大学、东南大学等多家高校及科研机构组成了“全国框架节点专题研究组”，对装配式混凝土框架结构的节点进行了全面系统的试验与研究。其中，东南大学唐九如教授系统地整理了各类框架节点的受力机理及抗震性能，其研究成果编入《钢筋混凝土框架节点抗震》中，对各类框架节点（装配式框架节点、现浇框架节点、预应力节点、钢纤维砼节点、轻骨料节点等）的抗震设计方法都有讲解。

（2）同济大学赵斌教授等在“欧盟第五框架”项目的支持下，通过低周反复荷载试验对现浇高强混凝土梁柱节点、高强预制混凝土结构装配式梁柱节点、预制混凝土结构高强混凝土后浇整体式梁柱节点进行了研究。研究结果表明，高强预制混凝土结构后浇整体式梁柱节点与现浇高强混凝土梁柱节点的抗震性能基本一致，而高强预制混凝土结构全装配式梁柱节点的抗震性能差异明显。

（3）合肥工业大学柳炳康教授等研究了从日本引进的预压装配式混凝土框架体系，对其整体抗震性进行了分析和研究。研究结果表明，预应力钢筋使预压装配式混凝土框架连接变形恢复能力增强，并且卸载后具有良好的变形恢复能力，残余变形较小，整体结构的抗侧刚度随着节点的刚性增加得到了提高。

（4）湖南大学黄远教授等利用低周反复荷载试验对2榀两层两跨现浇柱预制梁装配整体式框架子结构的抗震性能进行了研究。其中，框架结构的最大层间位移角可达到1/25。研究结果表明，在屈服之前结构刚度发生了明显退化；现浇柱预制梁装配整体式框架结构具有良好的延性和稳定的滞回性；梁端钢筋上预设套管能有效提高结构的变形能力。

国内外学者均对传统装配式混凝土框架结构的节点进行了系统研究与分析，并对高性能混凝土以及预应力混凝土的抗震性能进行了研究，发现高性能混凝土能有效提高整体框架的抗震性能。

3 结语

（1）节点是混凝土框架结构受力的重中之重，对于装配式混凝土框架结构，节点的受力性能，尤其是抗震性能是结构安全最核心的问题，做好节点抗震性能的研究，是保证装配式混凝土框架结构发展的关键环节。

（2）与传统的现浇混凝土框架结构比较，装配式混凝土框架结构具有提高施工速度、优化施工质量、提高效率、绿色环保等优点，其关键核心技术在构件的预制精度及节点连接的可靠性能，应增强国内混凝土装配企业的加工技术，确保装配式建筑健康良好的发展。

（3）装配式混凝土框架节点中，用高性能混凝土代替普通混凝土，或者采用预应力混凝土等方法都可提高节点的抗震性能，应致力于新材料的研究、优化装配式混凝土建筑、绿色环保的前提下，提高整体建筑的抗震性能。