预制装配式混凝土结构研究与应用现状

王欣　王雪松

【摘 要】当前，随着我国建筑工业化的发展，不断推行工厂化、装配化、标准化的建造方式，建造了大批预制装配式单层工业厂房。20世纪90年代开始，我国引进装配式大板居住建筑技术，并建立规范体系，但是工程技术人员仍然对装配式体系持审慎态度。随着可持续发展和节能环保要求的不断提升、劳动力成本持续增加，以装配式混凝土结构体系为代表的建筑工业化得到了越来越多的重视，其应用逐渐升温。

【关键词】预制装配式；混凝土结构；应用

预制装配式混凝土结构的优点包括： 节约劳动力成本、减少施工现场噪声粉尘污染、缩短工期、产品质量控制较好、生产效率高、材料利用率高，并且工厂化生产使得废水、废料的控制和再生利用容易实现，某些结构构件可以重复利用。

一、预制装配式混凝土结构体系的特点

预制混凝土结构与传统现浇结构相比具有以下特点：

（1）施工方便，模板和现浇混凝土作业很少，预制梁板无需支撑，叠合梁板模板很少。采用预制及半预制形式，现场高空施作业大大减少，有利于环境保护和减少施工扰民，更可以减少材料和能源浪费。

（2）建造速度快，对周围生活工作影响小。采用预制装配整体式混凝土结构可使长期存在的噪声、粉尘污染等问题迎刃而解。

（3）建筑的尺寸符合模数要求，建筑构件较标准，具有较大的适应性。

（4）预制结构工期短，投资回收快。通过预制和装配式生产方式，减少了现浇结构的支模、拆模和混凝土养护等时间，可大幅度减少建造周期，减少现场施工及管理人员数量，大大提高了企业的经济效益。

二、预制装配式混凝土结构相关应用

（一）钢筋连接方式

（1）套筒连接

套筒连接技术是将连接钢筋插入带有凹凸槽的高强套筒内，然后注入高强灌浆料，通过套筒内侧的凹凸槽和变形钢筋的凹凸纹之间的灌浆料来传力。最新的套筒连接方式是将套筒一端的连接钢筋在预制厂通过螺纹完成机械连接，另一端钢筋在现场通过灌浆连接。另外，还能够采用套筒方式对预制剪力墙的竖向钢筋进行连接，并与现浇剪力墙抗震性能进行了对比试验研究，结果表明，采用此套筒连接的剪力墙能够有效传递竖向钢筋应力，破坏形态和现浇试件的相同。

（2）浆锚连接

浆锚连接技术是将搭接钢筋拉开一定距离后进行搭接的方式，连接钢筋的拉力通过剪力传递给灌浆料，再传递到灌浆料和周围混凝土之间的界面。利用插入式预留孔灌浆钢筋搭接连接的方法，针对该方法，进行了不同配箍率对钢筋搭接长度影响的试验研究，结果表明，对搭接钢筋配置螺旋箍筋约束可有效降低其搭接长度。

（3）机械连接

机械连接技术是通过钢筋与连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用，将一根钢筋中的力传递至另一根钢筋的连接方法。我国常用的钢筋机械接头有套筒挤压接头、锥螺纹接头、镦粗直螺纹接头、熔融金属充填接头等，在《钢筋机械连接技术规程》JGJ107—2010中均有对相关连接方法及参数的规定。

（二）梁、柱节点的构造方式

预制装配式混凝土结构梁、柱节点连接方式有：后浇整体式连接、螺栓连接、焊接连接、牛腿连接、预应力拼接和不同方式混合连接。从施工工艺来看，梁、柱节点连接方式分为现浇连接和干连接。现浇连接在现场仍有一定程度湿作业，其结构的整体性和受力性能更好；干连接在现场无湿作业，其工业化程度高，更大程度地节省劳动力，缩短施工周期且更加节能环保。

（1）梁、柱节点现浇连接

由工厂生产梁、柱构件，运输到施工现场装配，梁、柱构件的节点连接依靠现浇技术支持的连接方式为现浇连接。现浇连接含预应力整浇和传统现浇连接两种方式，预应力整浇采用预应力技术，改善梁、柱现浇连接结构的受力性能，比传统的现浇连接更具有优越性，包括全预应力节点、缓粘结预应力节點和部分预应力节点。缓粘结预应力节点的组成如图1所示，含：预制混凝土柱—1，左右预制混凝土梁—2、3，预制混凝土柱主筋—4，预制混凝土梁的缓粘结预应力筋—5、6、7、8，左预制混凝土梁中的缓粘结预应力筋，其右端形成连接部，其左端与张拉端锚具相连接；右预制混凝土梁中的缓粘结预应力筋，其左端形成连接部，其右端与张拉端锚具相连接；缓粘结预应力筋6的连接部与缓粘结预应力筋8的连接部通过连接器—9相连接，1与2、3连接成一体—10。这种结构体系的特点是装配化程度高、抗震能力好、容易施工操作。

（2）梁、柱节点干连接

由工厂生产梁、柱构件及其连接件，在施工现场将其装配而成的连接方式为干连接。干连接主要有干式刚性企口连接、牛腿连接、BBC连接、BSF连接等，通过牛腿或剪力件将梁、柱连接为一个整体，工厂生产的梁、柱连接件起到节点的受力作用受力。

干式刚性企口连接是一种新型的梁、柱节点干连接方式，如图2所示：为保护节点核心区的受力性能及更好地设置预埋钢板焊接，位于短悬臂梁上的暗牛腿将连接部位移离柱边的一定位置处。干式刚性企口连接节点的承载能力与现浇梁、柱节点相似，延性与现浇梁、柱节点的延性相当。

牛腿连接因为对建筑空间的要求较高，而且不美观，所以一般不用于民用建筑，多数用于工业建筑的厂房。

三、预制装配整体式混凝土结构体系的应用

随着我国经济的发展，预制装配整体式厂房结构体系的研究、应用，推广工作将不断深化。下面介绍预制装配整体式混凝土结构体系的应用推广性能。

（1）某工程一期共15幢，每幢厂房为8连跨，跨度为21米，每跨为20间，开间为6米，采用现浇柱，预制梁、预制板、预制衡车梁、预制天沟、预制钢现浇柱间支撑和梁间支撑等，其中梁的支撑布置为所有边跨，伸缩缝边跨及第三跨和中间跨均设置梁间钢桁架支撑梁，其他每跨均设置梁间钢拉杆。它在预制施工和在吊装过程中发现有不足之处，如在预制构件平面布置时场地内平面不够用，若全部预制构件均在场内预制时，吊车行过道路不通畅，部分预制构件必须场内二次运输，增加施工工期和吊装成本。从整体室内效果看梁和柱间的钢支撑梁布置比较密，以上问题通过设计人员的反复计算和优化组合及抗震试验，提出了新的更合理的设计方案。在原设计基础上减少梁柱之间桁架梁支撑，具体布置为伸缩缝边、边跨和中间跨，设置梁柱间钢桁架梁，在梁间其他部位设置梁间支撑。原现场预制的钢筋混凝土吊车梁改为钢桁架加工厂加工。

（2）某工程一期厂房均采用优化后设计方案，现已有14幢竣工并投产，在施工过程中总的施工成本比原设计降了近2%且施工工期比原工期提前了10%。整个建造过程达到流水施工，初步整合了工业化厂房的设计、生产施工等方面的社会资源。

结语

预制装配式混凝土结构如今已经迎来了良好的发展机遇，具备了内外条件：建设资源节约型、环境友好型的社会发展要求；预制装配式混凝土结构可较大地缩短施工工期，减少施工模板、钢筋、混凝土量和劳动力资源，可应对劳动力成本上升的问题，提高资金的使用效率；预制装配式混凝土结构现场装配、连接，可以避免现浇施工对周边环境造成的影响，噪声、灰尘和建筑废弃物也有所减少，有利于保护环境。

参考文献：

[1]张传生，张凯.工业化预制装配式住宅建设研究与应用[J].住宅产业.2012（06）

[2]张锡治，李义龙，安海玉.预制装配式混凝土剪力墙结构的研究与展望[J].建筑科学.2014（01）

[3]黄小坤，田春雨.预制装配式混凝土结构研究[J].住宅产业.2010（09）