装配式建筑应用技术研究＊

李凯文 ，李治阳

（1.无锡环境科学与工程研究中心，江苏 无锡 214153；2.无锡城市职业技术学院，江苏 无锡 214153）

1 装配式建筑分类

1.1 装配式木结构

目前北美大量使用轻型木结构住宅建筑，现代木结构建筑更绿色环保、舒适耐久、保温节能、结构安全，具有优良的抗震、隔声性能。木结构体系分为以下4类：①轻型木结构体系，由规格木材和石膏板制作的木构架墙体、楼板和屋盖系统构成多层或单层建筑结构；②胶合木结构体系，结构采用锯材胶合而成的层板胶合木构件制造，墙体采用轻型木结构、砌体墙、玻璃幕墙或其他结构材料；③原木结构体系，采用圆木、方木或胶合木构件制作承重体系与围护结构；④木结构组合体系，由木结构或其他材料如钢、钢筋混凝土或砌体等组成共同受力的结构体系。

1.2 装配式钢结构

装配式钢结构主要应用于高层及超高层建筑和钢结构工业厂房中，主要利用钢结构强度高的特点，可减小构件截面，设计大跨度建筑。钢结构建筑具有轻质高强的优势及干式施工的特点，可大幅提高工程质量和安全技术水平，实现绿色施工，提高建筑的工作性能和使用品质，增强城市防灾减灾能力，是最适合工业化装配的结构体系。

1.3 装配式混凝土结构

装配式混凝土结构可分为装配整体式框架结构、装配整体式剪力墙结构、装配整体式框架-剪力墙结构。装配式混凝土预制构件之间通过可靠的连接方式装配而成，连接部位后浇混凝土、预制应力连接或采用螺栓连接，钢筋连接可采用钢筋套筒灌浆连接、钢筋焊接、机械连接及预留孔洞搭接等方式。

2 装配式混凝土建筑应用技术

2.1 装配式卫生间、楼梯、阳台、钢筋桁架楼承板

楼梯、飘窗等构件现浇时费时、费力、费工，所以应尽量采用工厂预制。建筑的中楼梯作为独立的结构构件多作为滑动支座计算，装配式楼梯与结构的计算模型较为契合；阳台一般是建筑的悬挑构件，悬挑构件对施工要求较高，虽然在装配式建筑阳台建造速度和成本上有优势，但一旦装配式建筑阳台施工质量把控不好，很容易造成阳台整体倾覆，因此在装配式建筑中应用装配式阳台要慎重。

钢筋桁架楼承板将钢筋混凝土楼板中的钢筋与施工模板组合为一体，施工中承受混凝土自重及施工荷载，在使用阶段钢筋桁架与现场现浇混凝土共同工作，承受使用荷载。钢筋桁架楼承板钢筋和模板工程在工厂施工，后浇混凝土采用预拌和泵送，模板通过连接件与钢筋桁架连接，可拆装、重复使用，目前应用最广泛的是钢结构框架结构，采用栓钉可使楼板和钢梁成为整体结构，由于其具有免支撑的特点且应用灵活，可在装配式混凝土结构中与多种结构形式组合使用，减少模板支撑和现场钢筋绑扎的工作量，而且便于检查，质量可靠，免于搭设内模架的特点使桁架楼承板的施工速度快，桁架楼承板虽然其本身造价相较常规形式较高，但综合考虑工期、人工及安全等因素，桁架楼承板整体经济效益可行。因此，钢筋桁架楼承板是装配式建中较为成熟的一种结构形式，能较好体现楼板装配化。

2.2 装配式混凝土墙、柱、梁

墙、柱是结构的主要抗震构件，在装配式建筑中预制难度最大，在较多地区对墙、柱的装配持保守观点，竖向构件预制的最大难点并非在于预制，而是如何保证墙、柱钢筋的有效锚固。项目设计、施工中可采用部分预制结构形式，基础施工后柱钢筋在地面绑扎，然后在地面进行大钢模板组装，完成钢筋笼和钢柱模板的整体吊装，最后完成浇筑。

混凝土装配式梁主要有3种：普通混凝土预制梁，仅预制梁的下部，板和梁的叠合部位后浇筑，在地面预制，此类梁一般应用于荷载不大、跨度较小的结构；后张法预应力混凝土梁，应用于跨度与荷载较大的结构，对现场场地要求相对较少；先张法预应力混凝土梁，应用于跨度与荷载较大的结构，要求有充足的场地制作张拉台且倒运较多，对现场场地要求较高。

2.3 预制混凝土夹芯保温外墙板

预制混凝土夹芯保温外墙板上下外墙采用套筒灌浆连接，施工时需保证上下外墙的整体性和连接质量，经常会发生预制混凝土夹芯保温外墙板面层开裂、板缝渗漏、保温失效等情况，由此对保温外墙板生产、施工安装工艺精准及灌浆材料质量有很高的要求。采用预制混凝土夹芯保温承重外墙板可解决保温与防火的矛盾，实现结构与保温一体化，但预制混凝土夹芯保温外墙板削弱了混凝土结构外墙整体性，增加了外墙连接处安全隐患和相关费用，因此预制混凝土夹芯保温外墙板在技术和经济上不尽合理。

2.4 装配式剪力墙套筒连接

装配式剪力墙预制构件的连接通常采用钢筋套筒灌浆，将伸出2个构件的钢筋共同锚固在现浇混凝土中，装配式剪力墙中纵向分布钢筋数量较多，装配过程中数量较多的纵筋套筒连接对接难度大。构件连接部位是结构的薄弱环节，处理不好会形成安全隐患及渗漏问题；此外，剪力墙结构竖向受力墙体被人为分割为预制段和现浇段，增加了连接工作量和施工难度，门窗洞口处情况更复杂，因此当剪力墙结构竖向受力墙体构件拆分后现场连接施工难度增加较大时，宜采用现浇结构。

2.5 装配式钢结构构件宜采用螺栓连接

钢结构自重轻、强度高，在工程现场装配焊接成型后能融为一体，保持结构整体性好，抗震性能好，能满足各种建筑平面、建筑高度要求，能与非承重轻质墙体材料配套使用，施工安装工业化程度高，因此钢结构是装配式建筑的良好建筑材料。

国内钢结构构件现场连接大部分采用焊接，焊接成本低，但现场焊接的施工难度比螺栓连接大，现场安装时电焊施工存在较大施工安全风险，还会影响钢结构节点的连接质量，现场焊接质量难保证，工期长，劳动强度大，施工安全风险高，焊接钢结构构件收缩，变形难控制。需焊接的复杂构件尽量移至工厂内进行，目前在工厂进行钢结构构件的精密制作已没有障碍，机器人全自动切割，数控焊接钢板，全自动钢板激光打孔，提高复杂构件焊接制作的精准度。从全寿命周期看，采用高强螺栓装配连接方式，装拆方便，施工工人少，现场作业量少，受力合理，技术可靠，符合装配式建筑特点。现场螺栓连接的前提是钢结构构件需精密制作，节点连接精度高，构件在工厂精密制孔，在工厂进行钢板剪切、加工、焊接、探伤检查合格后再出厂，制作成构件并运至工地，现场安装时不再进行焊接或尽量减少现场焊接，现场采用螺栓连接。采用高强螺栓连接有三大优点：①施工快捷、工期短、精度高且质量可靠；②劳动强度小；③螺栓连接抗震耗能能力比焊接强，可实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计原则。

2.6 抗震设防烈度高地区宜采用现浇

现浇混凝土高层建筑整体性、抗震安全性比装配式建筑好，结构抗震性能关键受力部位不适合采用预制结构。在高烈度地区、产生大倾覆力矩的结构应采用现浇结构，地下室、首层、加强层采用现浇，扭转及不规则部位采用现浇结构。

3 结语

研究开发先进适用的构件连接技术和隔震减震等新技术对装配式建筑有很好的推动作用；装配式建筑理论的完善、计算能力的提升、施工工艺的提高及3D打印等技术为装配式建筑的发展提供了更广阔的空间。坚持装配建筑模数协调原则，推进装配建筑标准化设计，建立装配式建筑通用结构构件和功能性部品的标准体系，研发新的混凝土装配式技术体系，解决装配式建筑连接安全性问题，简化装配式建筑构件的安装，与BIM信息管理结合，实现装配式建筑科学设计、施工、管理将是行业共同努力的目标。