装配式混凝土结构研究现状与展望

刘天姿 闫少华 王 维

(1.重庆房地产职业学院，重庆 401331； 2.福建兆翔临港置业有限公司，福建 厦门 361100)



装配式混凝土结构研究现状与展望

刘天姿1闫少华2王 维1

(1.重庆房地产职业学院，重庆 401331； 2.福建兆翔临港置业有限公司，福建 厦门 361100)

从装配式结构体系、研究热点和应用等方面，阐述了装配式混凝土结构的发展现状，针对目前装配式结构在应用中存在的问题，提出了装配式结构的发展方向和研究重点，有利于装配式结构的推广应用。

装配式结构，剪力墙，连接构造，抗震性能

0 引言

随着我国社会经济的不断发展，工业、建筑和交通等传统产业的高能耗问题日渐突出，节能减排工作迫在眉睫。国务院以及各省市建委也将住宅产业化列为“十三五”期间的重点工作内容。但传统的钢筋混凝土结构生产方式多为现场施工，需支护大量模板，工作强度高、作业条件差、工期长，建筑材料损耗严重、建筑垃圾多，造成工程质量差、建筑寿命与设计严重不符。由于装配式结构的构件大部分在工厂预制，可在有效缩短施工工期和节约资源、能源的同时，提高材料利用率、减少建筑垃圾排放，且可避免外界环境对施工进度的影响，与我国倡导的节能减排政策一致，尤其适合于我国当前正在大规模开展的保障性住房建设。

Willion Henry Lascell的发明专利“improvement in the construction of building”标志着装配式结构正式问世[1]，随后逐渐被广泛应用，尤其是二战后的欧洲、美国、日本等国。目前装配式结构的性能目标为等同现浇，且采用现浇混凝土结构设计方法。装配式结构的研究集中在结构的整体性能、连接构造、构件生产、安装施工技术等方面。本文从装配式结构的结构体系、研究热点和应用等方面进行概述，并对其发展和应用前景进行展望。

1 装配式混凝土结构及其应用

预制混凝土构件(梁、柱、墙、板等)通过可靠的连接方式进行组装而形成的结构称为装配式混凝土结构，其结构体系类型与现浇结构类似。

1)装配式框架结构。装配式框架结构是指采用标准化设计方法，根据结构特点将柱、梁、板、楼梯、阳台、外墙等构件拆分，全部或部分在工厂进行标准化预制生产，并在现场进行拼接而形成的框架结构。与现浇框架结构类似，此类体系主要用于诸如厂房、办公楼等具有大空间需求的结构中。在国外，法国首次应用了装配式框架结构；在我国，台湾大学土木楼、台北市灾害应变中心以及万科住宅产业化研究基地等均采用了装配式混凝土框架结构体系。

2)装配式剪力墙结构。以预制或半预制墙板为主要构件，经现场装配、部分现浇而成的剪力墙结构称为装配式剪力墙结构。该结构体系抗侧刚度大，较适合多高层建筑。根据此类结构的特点，国内外学者对其展开了一系列研究，其常见形式有：a.装配式大板结构[2]。它是将预制墙板和楼板装配而成的一种结构体系，具有现场施工效率高的优势，但拼接处易发生应力集中。b.后张无粘结预应力装配式剪力墙结构[3]。该结构体系抗震性能优越，自恢复能力良好，残余变形小，破坏集中于连接部位。c.叠合板式剪力墙结构[4]。该结构体系具有设计简单、施工方便快捷的特点，曾广泛应用于欧洲等发达国家。d.全预制剪力墙结构。该体系的构件均采用预制形式，各构件间协同工作性能、抗震性能良好，施工方便快捷，是目前研究最多的剪力墙结构体系形式[5]。我国杭州中天之江诚品、上海中骏天誉项目等均采用了装配式剪力墙结构体系。

3)装配式框架—剪力墙结构。装配式框架—剪力墙结构是装配式框架结构和装配式剪力墙结构的综合体，该体系的框架和剪力墙可部分或全部预制。如果该体系中剪力墙布设成为筒的形式，则形成装配式框架—核心筒结构体系。装配式框架—剪力墙(核心筒)的连接构造同装配式框架和装配式剪力墙部分。武汉市永清片综合发展项目中采用了装配式框架—剪力墙结构体系。

2 研究热点

由装配式结构体系的特点可以看出，构件间的连接构造成为装配式结构的重要环节，近年来国内外学者在连接构造、整体性能和结构耗能上进行了研究与探索。

2.1 连接构造

装配式结构的连接部位一般处于节点区域，根据强节点弱构件的概念设计思想，装配式结构的连接应符合以下特点：1)连接部位不应先于构件破坏；2)连接部位的破坏模式应为延性破坏；3)满足结构整体受力及传力；4)保证结构的承载力和整体性，并满足抗震性能。

装配式剪力墙结构的连接根据其施工方式可将其分为干式连接和湿式连接[6]。常见的湿式连接形式有：1)现浇带连接；2)套筒灌浆连接；3)预留孔浆锚搭接[7]。常见的干式连接形式有[6]：1)螺栓连接；2)后张预应力连接；3)键槽连接。对装配式框架结构的梁柱节点，根据其受力性能可将连接方式分为刚性连接和柔性连接，其中刚性连接节点与现浇结构节点设计方法基本一致；常见的框架节点包括现浇连接、螺栓连接、预应力连接等。

2.2 体系性能研究

尹之潜等[8]采用振动台完成了装配式大板结构的试验研究，结果表明破坏主要发生在构件连接部位。欧洲ELSA实验室和美国PRESSS研究计划对框架结构的整体性能进行了相关研究。姜洪斌[7]完成了三层足尺装配式混凝土剪力墙的拟静力试验和拟动力子结构试验，结果表明采用插入式钢筋连接时装配式结构的抗震性能与现浇结构相同。文献[9]对一装配式剪力墙盒子结构进行了足尺模型的拟动力试验和静力试验研究，试验表明，盒子结构水平、竖向连接可靠，整体性和抗震性能良好，满足抗震设防目标的要求。从国内外已有的文献来看，装配式结构性能取决于其连接的可靠程度，因此装配式结构的连接构造一直备受关注。

2.3 装配式耗能结构

针对装配式框架结构，吴从晓等[10]将粘弹性阻尼器引入梁柱节点，通过研究表明，该新型结构体系抗震性能改善明显。吕西林等[11]、纪晓东等[12]对耗能连梁展开了一系列的研究，表明耗能连梁可有效改善剪力墙结构的抗震性能，增加结构的延性。

3 研究应用中存在的问题

装配式混凝土结构的研究已硕果累累，但仍存在以下问题:1)连接构造及其性能方面研究充分，而结构整体抗震性能相对匮乏。2)虽然装配式混凝土结构的抗震性能经受了试验的检验，但其在抗震设防区域的适用性以及适用高度能否等同现浇仍有待解决。3)装配式结构设计理论依然与现浇结构相同，针对装配式结构特点的设计理论鲜有研究。4)结构模拟是未来抗震发展趋势，如何模拟装配式节点及其受力特性有待进一步研究。5)缺乏对装配式结构绿色性能评价标准，其节能减排效果、建造效率等未能量化。6)目前的装配式研究工作主要集中于科研院所，设计院参与较为鲜见。

4 结语

为更好的推广和应用装配式混凝土结构，笔者认为以下工作应开展：1)产学研相结合，科研院所与施工单位分工合作，科研成果共享，避免重复；2)研发新型装配式结构体系以及装配式耗能减震体系，提高装配式结构的耗能能力和抗震性能；3)研究适用于装配式结构特点的设计理论；4)培训专业从事装配式结构的产业工人、设计人员等。

[1] Morris A E J.Precast concrete in architecture[M].Godwin,1978.

[2] 王晓东.装配式大板结构的抗震性能分析[D].北京:中国地震局工程力学研究所,2009.

[3] Nakaki S D,Stanton J F,Sritharan S.An overview of the PRESSS five-story precast test building[J].PCI journal,1999,44(2):26-39.

[4] 连 星,叶献国,蒋 庆,等.一种新型绿色住宅体系——叠合板式剪力墙体系[J].工业建筑,2010(6):79-84.

[5] 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,2014,30(1):26-31.

[6] 赵唯坚,郭婉楠,金 峤,等.预制装配式剪力墙结构竖向连接形式的发展现状[J].工业建筑,2014(4)：8-9.

[7] 姜洪斌.预制混凝土剪力墙结构技术的研究与应用[J].住宅产业,2010(9):22-27.

[8] 尹之潜,朱玉莲.高层装配式大板结构模拟地震试验[J].土木工程学报,1996,29(3):57-64.

[9] 杨清波.预制混凝土剪力墙盒子结构足尺模型抗震性能试验研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2015.

[10] 吴从晓,赖伟山,周 云,等.新型预制装配式消能减震混凝土框架节点抗震性能试验研究[J].土木工程学报,2015,48(9):23-30.

[11] 吕西林,陈 云,蒋欢军.新型可更换连梁研究进展[J].地震工程与工程振动,2013,33(1):8-15.

[12] 纪晓东,马琦峰,王彦栋,等.钢连梁可更换消能梁段抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2014,35(6):1-11.

Present research and prospect of precast concrete structures

Liu Tianzi1Yan Shaohua2Wang Wei1

(1.ChongqingRealEstateCollege,Chongqing401331,China;2.FujianPanportPropertyCo.,Ltd,Xiamen361100,China)

From the prefabricated structure system, research focus and application and other aspects, this paper elaborated the development status of prefabricated concrete structure, according to the existing problems of present prefabricated structure in application, put forward the development direction and research focus of prefabricated structure, helpful to the popularization and application of prefabricated structure.

prefabricated structure, shear wall, connection structure, seismic performance

1009-6825(2016)13-0055-03

2016-02-27

刘天姿(1988- )，女，助教； 闫少华(1987- )，男，助理工程师; 王 维(1990- )，女，助教

TU399

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