装配式混凝土结构施工技术的应用与展望

姚丹丹

（山东工业职业学院，山东 淄博 255000）

0 引 言

20 世纪 50年代，在建筑形式上我国开始尝试装配式建筑的建造，主要借鉴了前苏联、东欧国家的建造施工经验。第一个五年计划中提出，集中力量进行工业化建设，国家政策推行标准化、工厂化、装配式施工的房屋建造方式。20 世纪 60～ 80年代初，装配式混凝土结构体系得到快速发展。装配式房屋、装配式混凝土梁板结构、框架结构以及排架结构得到应用。1976年新建的前三门大街，住宅和旅馆全面采用大模板现浇混凝土内墙和预制混凝土保温外挂墙板相结合的体系。1988年，北京市和平里小黄庄大板住宅建成，共 16 层。然而，80年代末开始，装配式建筑的发展进入了停滞阶段。1976年唐山大地震中预制装配式房屋破坏严重，装配式建筑结构整体性和抗震性能较差；装配式大板结构出现渗漏、隔音差、保温差的问题；同时现浇施工技术得到广泛的应用与发展，装配式建筑的发展停滞。进入 21 世纪，随着装配式技术逐步成熟，经济实力提高，装配式建筑逐渐符合现阶段国情。装配式建筑进入新发展阶段［1-2］。在新发展阶段，万科集团对工业化标准住宅建造技术进行了探索与试点，主要形成两大技术：PC 技术和 PCF 技术；中南集团在国外预制混凝土技术的基础上，同时按照我国设计标准形成了 NPC 技术体系；宇辉集团利用剪力墙竖向连接专利技术，在预留孔洞中插入钢筋，钢筋与空洞之间的缝隙用混凝土浇筑形成整体，形成了装配整体式预制混凝土剪力墙结构技术；合肥西伟德混凝土预制有限公司引进德国 doublewall precast construction building system 技术形成了叠合板式混凝土剪力墙结构［3］。

1 装配式混凝土结构剪力墙结构体系

万科集团根据不同地区的具体情况，逐步形成了与装配式剪力墙体系适宜的工业化建筑体系。为了促进住宅产业化，积极推进装配式建筑的发展，大量学者和企业对装配式建筑的结构体系、技术发展、质量管控和项目管理等方面进行了深入的研究与实践。自 2007年启动装配式建筑试点工程以来，积极推进装配式建筑的发展，积累了丰富的项目经验和技术成果，主流住宅产品全面采用装配式的建造方式，目前主要形成了两大技术：①PC（precast concrete）技术，该技术主要应用于全预制混凝土构件，如阳台板、楼梯、空调板、楼板等；②PCF（precast concrete form）技术，即预制混凝土模板技术，运用该技术形成了预制混凝土剪力墙外墙模板以及叠合楼板的预制板等。结构其他部分，如剪力墙、隔墙、电梯井等仍然采用传统现浇方式建造。宇辉集团基于“插入式预留孔灌浆钢筋搭接连接”技术，形成了装配整体式预制混凝土剪力墙结构技术。主要的预制构件是竖向剪力墙、叠合楼板、楼梯以及阳台等。合肥宝业西伟德混凝土预制构件有限公司引进德国技术，其核心技术是生产桁架钢筋双面预制叠合式剪力墙。

2 装配式建筑预制构件及关键技术

2.1 夹心保温剪力墙板

夹心保温剪力墙板是一种应用比较广泛的预制构件，主要由外叶墙板、保温层和内叶墙板组成，俗称三明治保温墙板。内叶墙板在最里侧，主要起结构支撑作用，中间层是保温层，常采用聚苯板材料作为保温材料铺设在内外叶墙板上，外叶墙板在最外侧，主要作用是保护聚苯板等保温材料，同时外叶墙板也起结构支撑作用［4］。

2.2 钢筋套筒灌浆技术

钢筋灌浆套筒由带肋钢筋、套筒和灌浆料组成，带肋钢筋插入套筒，并与套筒内壁上的凹槽齿和，向套筒内灌注具有良好流动性、早强、高强、微膨胀等性能的水泥基灌浆料，水泥基灌浆料硬化将钢筋和套筒紧密连接在一起，钢筋连接后所受外力能够有效传递。在1970年，美国结构工程师 Yee 博士研发 NMB 连接套筒；1972年此项技术由日本公司购置并应用于当地的预制混凝土剪力墙结构中；在日美的大量研究与修改后，钢筋套筒灌浆技术在日本和美国得到广泛应用［5］。钢筋套筒灌浆连接施工流程主要包括：预制构件的套筒在工厂与钢筋进行连接、将套筒在模板上进行安装固定和注浆管道、出浆管道与套筒连接，在建筑施工现场进行构件安装、灌浆腔的密封、灌浆料加水拌和以及套筒灌浆。竖向预制构件受力钢筋的连接方式主要有两种，半灌浆套筒或全灌浆套筒连接。水平预制构件纵向受力钢筋的连接方式主要是全灌浆套筒连接［6］。

2.3 钢筋浆锚搭接连接技术

钢筋浆锚搭接连接技术基于连接锚固原理进行连接。在竖向结构部品下段范围内预留出竖向孔洞，孔洞内壁表面留有螺纹状粗糙面，周围配有横向约束螺纹箍筋。装配式构件将下部钢筋插入孔洞内通过灌浆口注入灌浆料，直至排气孔溢出，停止灌浆。当灌浆料凝结后将此部分连接成一体。钢筋浆锚搭接连接的技术要点在于灌浆料应满足高强、早强和无收缩的要求；灌浆孔的孔道应满足要求；被搭接的钢筋之间的约束。

2.4 环筋扣合锚接结构体系

装配式环筋扣合锚接混凝土剪力墙结构体系包括若干预制剪力墙、预制叠合楼板。在剪力墙外四周突出封闭的钢筋环，让封闭箍筋与连接剪力墙外四周的封闭钢筋环交错，然后在封闭箍筋内穿钢筋进行固定后浇筑混凝土。预制叠合楼板与剪力墙通过现浇混凝土锚接［7］。

2.5 装配式建筑中 BIM 技术

BIM 技术在装配式建筑设计阶段、构件生产阶段、施工阶段、碰撞检测阶段、运营维护阶段都得到了广泛应用。设计阶段，利用三维建模软件将建筑结构与模型进行对比，形成与建筑结构一致的信息化模型，为工程建设提供参考依据。构件生产阶段，根据设计要求及规范标准将预制构件的参数、规格等相关信息输入到 BIM 平台中，生产厂家以此为依据，方便生产工作的进行。施工阶段，将构件生产信息与 BIM 数据平台进行及时、准确地反馈，保证预制构件的生产质量、力学性能、尺寸规格等都能够满足工程要求，提高工程质量。碰撞检测阶段，通过 BIM 软件建立建筑信息模型，施工单位能够减少各专业之间的矛盾和交叉问题。运营维护阶段，基于 BIM 技术的数据库优势，数据平台能够对工程全过程进行记录，保证建设数据与维护数据的准确、全面。对工程维修来讲，BIM 技术对工程的全面记录，为后续维修工作提供准确的参考依据，保证维修工作的顺利进行［8］。

3 装配式建筑施工技术的应用

本文对国内使用装配式建造技术的混凝土结构建筑进行了归纳整理，如表1 所示。主要针对装配式建筑的所在地、高度、结构体系、预制率、预制构件五个方面进行了分析。从表1 中能得到以下结论。

1）装配式建造技术在北京、上海、深圳等地区的应用较其他地区多。

2）装配式建筑在高度上集中在 40～100 m，超过100 m 的装配式建筑较少。

3）装配式建筑常用的结构形式主要有剪力墙结构和框架结构，这两种结构中以剪力墙结构应用较广泛。

4）装配式建筑的预制率集中在 60 % 以下，预制率超过 60 % 的较少，预制率为 100 % 的极少。

5）装配式建筑的预制构件主要有预制剪力墙、预制叠合梁柱、预制叠合楼板、预制楼梯、预制阳台、预制空调板等。

4 装配式混凝土结构建筑存在的问题及展望

在生产效率方面，装配式混凝土结构建筑现场装配，生产效率高，减少人力成本；在工程质量方面，装配式预制构件生产误差控制在毫米级，预制生产可实现墙体无渗漏、无裂缝；在技术集成方面，装配式混凝土结构建筑的设计、制作、施工标准化、一体化通过工厂化、装配化形成集成技术；在资源节约方面，装配式混凝土结构建筑在施工节水、节材、节能、减少垃圾、减少抹灰等都比现浇结构有优势；在环境保护方面，装配式施工现场无扬尘、无废水、无噪音。装配式混凝土结构建筑在生产效率、工程质量、技术集成、节约资源和环境保护方面有诸多优势，但在近几年的推广中还存在如下问题，有待于在下一步研发推广应用中解决。

4.1 建造成本问题

相比较于现浇结构，装配式混凝土结构建筑建造成本较高。首先大部分预制构件生产厂仅服务于装配式建筑企业，同时市场对于预制构件的需求较小，构件生产过程中并没有达到预想的“工厂”生产的价格优势；其次，装配式混凝土结构建筑会产生额外的构件节点连接成本以及运输成本；预制构件如何通过标准化的生产方式以及商业化的供应模式来减少装配式混凝土建筑与现浇结构之间的成本差距是亟需解决的问题［9］。

表1 国内使用装配式建造技术的建筑

4.2 现场施工安装问题

装配式混凝土结构建筑的施工技术、施工管理与传统现浇结构相差较大，同时装配式混凝土结构施工安装过程较传统现浇结构复杂。从预制构件运输、构件进场堆放、吊车垂直运输设备、安装作业面、构件临时固定、节点连接，安装工序较多，有时装配式建筑现场安装流水作业时间要比传统现浇结构慢。装配式预制构件在工厂生产这个过程中，钢筋操作只是把工人从现场转移到了车间、凭空增加了运输时间、生产和运输过程造成了工期的延长等，这并不符合绿色发展的要求。如何充分发挥工厂装配和混凝土成型各自的优势，把装配和现浇技术有机结合应用到建筑中实现装配式建筑工期减少，是目前需要重点研究解决的问题［10］。

4.3 展望

预制装配式混凝土结构建筑将成为建筑行业重要发展方向，也是社会发展的必然趋势。据有关数据表明，当房屋住宅的预制率达到 37 % 时，能够节约 36 % 的水资源、节约 31 % 的电、减少 87 % 模板周转料具投入，并且会减少 83 % 的垃圾产生，缩短施工工期、降低施工管理成本。所以装配式混凝土结构建筑的广泛应用是推动我国构建低碳性社会、实现可持续发展的重要举措［11］。

5 结 语

国内装配式建筑企业主要有万科集团、中南建设、宇辉集团、合肥西伟德等。在装配式建筑建造中主要的技术体系和关键技术有剪力墙结构体系、套筒灌浆技术、钢筋浆锚搭接连接技术、环筋扣合锚接结构体系以及装配式建筑中 BIM 技术。装配式混凝土结构建筑主要集中在北京、上海和深圳等地，建筑高度集中在 40～100 m，常用的结构形式主要是剪力墙结构，预制率集中在 60 % 以下，预制构件主要有预制剪力墙、预制叠合梁柱、预制叠合楼板、预制楼梯、预制阳台、预制空调板等。在装配式建造过程中主要的问题是建造成本和现场施工问题。综上，装配式建筑还有进一步发展的空间，同时装配式建造技术还有待进一步的研究。Q