预制装配式结构体系的分析和研究

2016-03-29徐振霖

赤峰学院学报·自然科学版 2016年14期

关键词：剪力墙产业化装配式

徐振霖

（安徽建筑大学，安徽　合肥　230022）

预制装配式结构体系的分析和研究

徐振霖

（安徽建筑大学，安徽合肥230022）

预制装配式结构是建筑工业化最具代表性的结构形式之一，在我国的发展趋势正日渐佳境.应国家可持续发展的要求，同时为了降低劳动力成本提高工程建设效率，达到节能环保的目的，装配式混凝土结构体系在建筑工业化生产中显示了其突出地位，其应用前景也越来越被人看好，与此同时预制装配式结构的抗震性能也随之得到更多的关注，本文将对预制装配式结构体系的问题进行分析研究.

预制装配式；抗震性能；设计方法

1　绪论

1.1研究背景、目的及意义

在我国，建筑业的发展已经进入了一个非常成熟的阶段，各项建设技术、施工机械以及施工方案等都已经运用的游刃有余.但随着我国“五位一体”发展需求的提出，同时为了减小建筑业对于环境的影响、节省资源消耗，就要求将低碳、环保和可持续发展的理念融入到工程建设的过程当中，当下正迅速发展的预制装配式结构具有高效管理和转变建设模式国务等特点.

用预制的构件直接在工地进行装配而成的建筑称为装配式建筑.相比于传统工程建设中存在的诸多弊端，各类预制结构体系具有质量稳定可靠、施工快、节能环保等优点，通过省去设计中部分不必要的阶段，缩短对工程设计的周期，这就同时使得预制和装配技术成为传统的工程生产方式.

1.2住宅产业化研究和发展

1.2.1国外住宅产业化

20世纪中期，房屋对于当时的欧洲来说需求量十分巨大，为了保证人们的住房问题，装配式结构房屋便成为了一些国家的主要目标，也就这样形成了一批具体的、全面的、系统的房屋体系，此后工业化建筑也遍布了欧洲的其他国家，甚至蔓延到了一些发达国家，比如美国等等.时至今日，科学技术水平已经达到了一个新的高度，伴随着的便是房屋工业化生产在西方国家的又一个高潮.

1.2.2国内住宅产业化的现状

我国的住宅产业化虽然起步比别的国家晚，但在经历了一段时期的发展和进步之后已经进入到了一个关键的转折期.目前发展的首要问题就是怎样一改以往土地单一的开发模式，使得住宅产业在注重质量和效率的基础上实现资源的合理利用，品质与能效并存的建筑产品越来越受到大众的追捧.

住宅产业化的兴起为建筑领域带来了一场前所未有的改革，它不仅大大提高了建筑业工业化程度，生产效率也发挥到了极致，这样就极大缩短了工程的建设周期.此外，工业化的推广也减轻了工人的劳动强度，使得住宅质量和居住水准都得到了保障.工业化的应用领域不仅仅局限于住宅本身，一些公共建筑的未来发展中也可以加入建筑工业化的元素.伴随着工业化的推广以及其广泛的适用性会引领建筑行业新的变革，这将给社会的发展和人们的生活带来耳目一新的感受.

1.2.3我国住宅产业化的目标与需求

住宅产业化就是生产方式的产业化、科技成果的产业化，通过实现产业化来节约原材料和能源、提高住宅质量、提高劳动生产力、改善劳动强度等.现如今，住宅产业化的进步离不开建筑产业结构模式的改善和优化，只有通过找寻一种适合房屋工业化的全新模式和方法才能实现从单一的追求速度和数量转变为质量和效益并重的模式上来.

目前在我国住宅产业化发展进程中急需建立住宅标准，同时也要研究各种组装技术，使相同的部品可以组装出不同类别的住宅，从而有助于推动工业化生产.

2　现今预制装配式结构体系的发展状况

钢筋混凝土结构、木结构、混合结构等诸多结构形式构成了如今的工业化住宅体系.考虑到我国的经济发展状况、人们的生活习惯以及建筑材料的来源，预制钢筋混凝土结构在我国产业化住宅市场占据了很大比例的份额.对于预制钢筋混凝土结构而言，预制钢筋混凝土剪力墙结构和预制钢筋混凝土框架结构可谓是其两大基本形式.

预制装配式钢筋混凝土结构的优点有很多，比如：施工速度快、项目成本低、满足可持续发展要求，同时可以改善居住的健康和安全性.可是在实际运用中，预制混凝土结构却仍无法得到充分的应用，原因是在部分工程中预制混凝土结构完全无法适应强度和烈度的要求.在我国，由于预制混凝土结构的相关研究资料不是很多，相关规范也不成体系，更是影响了其在住宅建筑中的应用.

2.1预制装配式建筑结构体系

2.1.1目前的建筑结构体系

现今的建筑结构体系按材料可分为混凝土结构、钢结构、组合结构和混合结构.建筑结构的基本构件可分为水平布置的构件和竖向布置的构件，水平布置的构件包括梁、板、刚臂等，竖向布置的构件包括柱、支撑、剪力墙、筒体等.基本构件会因为材料、布置、建造方式等的不同，形成满足不用使用和性能要求的各种构件，如梁因材料不同可分为钢梁、型钢混凝土梁、钢筋混凝土梁等，按作用位置的不同，支撑可以分为中心支撑、偏心支撑等，按施工方式的不同，板可分为现浇板、叠合板和预制板等.

2.1.2我国发展装配式住宅的实践

混凝土结构和钢结构体系已经在预制装配式结构体系中得到了非常普遍的运用，对于混凝土结构和钢结构两者而言，无论是从经济方面还是从技术方面混凝土结构体系都应该作为装配式结构体系最主要的部分.然而相比于现今的建筑结构体系，预制装配式混凝土结构体系能利用的范围还比较有限，因此对预制装配式结构工程的要求也远远比现浇结构工程严格的多.

一些实际工程正是推动住宅产业化和房屋工业化的关键因素，但这些新的工艺手段却仍然有许多的不足，因此对装配式结构体系展开全新的探索与发现已经成为亟需解决的问题.

2.2现有的装配式建筑存在的问题

还这样一个发展还不是很完善的阶段，仍存在以下问题：

2.2.1技术体系不完备.目前的房屋建筑还是主要以装配式混凝土剪力墙住宅、框架结构住宅还有其他房屋类型的装配式结构住宅为主，但是由于其发展不均衡，技术不完备等缺陷，还应进一步对其加强研究.

2.2.2对于装配式结构基础方面的研究仍旧有很多缺陷.目前装配式结构基础部位的做法还有很多缺陷和不足，比如：有关钢筋墙板之间的连接件的技术并不完善、主要的装配剪力墙竖向钢筋连接即套筒灌浆连接对其所需材料的作用考虑不周全以及很多其他形式的剪力墙结构接缝之间的连接形式单一引起的问题等等.

2.2.3标准规范支撑不够.关于标准规范，在很早的时候它的重要性就早已经被建筑行业所有人认同，可是由于很多实际原因导致至今也仍有许多空白的技术标准，他们只是徒有其表，却急需补充和完善.

2.3技术是新型装配式结构体系发展必不可少的因素

2.3.1新型装配式结构体系的转变

与传统的住宅产业化流水生产模式不同，新型装配式结构体系的住宅产业化成功的避开了传统模式难以满足群众个性化要求的缺点，利用住宅产业化本身的技术特点，建立一种全新的能够满足群众不同需求的可变的模式，实现从传统的流水生产模式向适应各类群众需求的可变生产模式的重大转变.虽说目前的新型装配式结构体系也只做到了部分预制，但它势必要向住宅产业化的方向发展，所以我们应当更广泛的去发展新型装配式结构体系，逐步实现全面的住宅产业化.

2.3.2科研手段是发展新型装配式结构体系有力武器

利用力学原理进行计算从而建立新型装配式结构体系的主要设计模型，以建筑物自身的特点和适应性为主要依据，通过科研的手段对新型材料、工具和先进的技术进一步的探索其具体的构造形式.新型结构体系是否合理，新型节点的设置是否简便可靠，都是试验必须研究的问题，进一步的研究实现更完备的施工方法和技术要求已经成为当前最重大的课题.

3　对预制钢筋混凝土剪力墙结构性能的研究

3.1现今预制装配式混凝土剪力墙结构的研究状况

早在20世纪60年代，预制装配式钢筋混凝土墙板结构就已经在欧洲迅猛发展起来，该结构是预制装配式混凝土剪力墙结构的形式之一，随后该结构进入中国市场；与此同时，预制装配式大板结构体系未能在地震过程中取得良好的表现，因而其抗震性能还有待提高；直到20世纪90年代，美国和日本研制出了无粘结后张拉预应力预制混凝土剪力墙结构体系，该结构最突出的特点就是抗震性能和自恢复能力良好；预制叠合剪力墙结构体系是把现浇结构与装配式结构的有机结合，也是从现浇结构发展到装配式结构的一个必经的阶段；此外还有很多具有新型结构形式的预制装配式剪力墙结构体系，他们的抗震性能也正在进一步的发展当中.

3.2对预制装配式钢筋混凝土剪力墙结构的常规性能分析研究

预制装配式剪力墙结构应从以下几个方面对其关键结构技术进行研究：

3.2.1结构体系的研究.目前预制装配式剪力墙结构被大量的运用于我国房屋建筑中，做到充分符合住宅产业化的要求，对先进的国外装配式结构的思想同化，对预制装配式混凝土剪力墙结构的不断完善以及对一些复杂的结构体系的简化是研究此类结构形式的必然要求.

3.2.2关于预制墙接缝连接设计技术的研究.在装配式剪力墙结构的建设过程中，需对期间产生的接缝的施工过程、结构特性以及操作流程等进行仔细的分析研究，然而无论是水平还是竖直接缝都会对工程结构的整体性能产生一定的影响.

3.2.3关于预制装配式大板结构的研究.如果建筑只有六层或不到六层，工程中一般会采用预制装配式大板结构体系.这种结构体系施工过程更简单，更安全，实用性更强.通过理论和试验研究这种结构体系的结构和性能，用以确定其设计方法和适用范围.

3.2.4关于装配式混凝土剪力墙结构抗震性能的研究.通常情况下，预制装配式混凝土剪力墙结构的抗震性能较差，由于地震作用导致的构件连接处和构件本身的损害会耗费很多能量.通过在预制钢筋混凝土剪力墙结构中采取减震材料或是直接将预制钢筋混凝土剪力墙结构设计成隔震的构造的方法，这样就能非常有效的提高剪力墙结构体系的抗震特性.然而如何更加有效的提高结构的抗震特性，仍是一个需要进一步研究的问题.

通过对于预制钢筋混凝土剪力墙的一些试验，可得出如下结论：

预制装配式钢筋混凝土墙板结构整体性能的振动台试验研究及数值分析.研究表明：墙板之间水平接缝发生了剪切滑移和摇摆是大板结构体系破坏最主要的原因，而能耗问题则完全取决于墙板之间的竖直接缝.

利用数值模拟和能力谱法研究了装配式大板结构的抗震性能.研究表明：预制楼板和预制剪力墙墙片的连接处是结构的关键部位，地基的软硬程度和基础的埋置深度对节点锚固长度有显著影响.浅基础和软土地基的整体抗震性能正是通过装配式结构得到了有效的保证.

3.3小结

相对于工程建设中其他普通的混合结构而言，预制钢筋混凝土剪力墙结构具有较多的优越性，比如：工业化程度较高、生产模式商品化、施工效率较高、自身重量较轻、结构强度较高以及变形能力较强等等.对预制钢筋混凝土剪力墙结构体系的性能进行分析研究是为其实际运用的提供了重要保证.

4　结论与展望

4.1结论

在未来的几十年内，我国将把发展的焦点转向城乡建设当中.虽然新型装配式结构体系目前还存在很多问题，我国与国际先进水平也仍具有差距，但从长远来看，它是符合住宅产业化的发展方向的.随着我国经济快速发展、环境压力不断增大、人力成本不断提高、可持续发展深入人心，建筑工业化进程在我国将不可逆转.预制装配式混凝土结构体系是建筑工业化的重要实现方式，将得到进一步的研发和推广应用.

4.2不足和展望

目前预制装配式结构的研究的发展已经达到了一定的程度，但仍然还有许多问题有待解决，如：如何取得更加系统完善的关键技术，相关技术标准和集成技术如何进行规模化的应用，如何使得规模化推广摆脱其他因素的限制，连接方式可靠性有欠缺等，但随着技术发展和科学进步，以上问题都将在研发和实践中得到很好的解决.

〔1〕石建光，林树枝.预制装配式混凝土建筑的结构体系和生产方式［J］.厦门科技，2014.

〔2〕胡金生.预制装配式结构施工技术的应用［J］.江苏建材，2014.

〔3〕石帅，王海涛，王晓琪.预制装配式结构在建筑领域的应用［J］.施工技术，2014.

〔4〕刘琼，李向民，许清风.预制装配式混凝土结构研究与应用现状［J］.施工技术，2014.

〔5〕张龙飞，杨正.预制装配式结构在建筑领域的应用分析［J］.江西建材，2016.

〔6〕胥晓睿.预制装配式高层住宅设计与绿色施工［J］.建筑施工，2016.

〔7〕严薇，曹永红，李国荣.装配式结构体系的发展与建筑工业化［J］.重庆建筑大学学报，2004.

〔8〕涂虎强，刘景园，陈康.新型装配式结构体系的发展与住宅产业化［J］.科技资讯，2011.

〔9〕阚景隆.装配式结构在建筑施工中的应用［J］.建筑，2013.

〔10〕林森，刘迅，谭凤.产业化技术在装配式住宅中的应用研究［J］.山西建筑，2013.