浅谈装配式结构的抗震性能及发展方向

唐忻忻

（信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司，江苏 无锡 214063）

迄今为止，科学界都无法准确预测地震灾害，往往都是突发性地震，而且地震释放的能量巨大，对建筑物可以造成破坏性伤害，同时对个人和财产的安全构成极大威胁，因此，对建筑的抗震要求越来越高，而作为今后建筑发展方向的装配式结构，对其抗震性能进行研究在当今社会尤为重要。

1 装配式结构的概念

装配式结构通常指预制混凝土结构，是指将建筑物的部分或者全部的结构构件在预制场或加工厂预制生产，然后运输至施工现场，通过现场吊装将结构构件安装就位后，再采用可靠的连接措施组装，最终形成满足国家规范要求的建筑。推行装配式建筑，可以有效节约资源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，有利于推进建筑业的信息化工业化生产［1］。

2 装配式结构体系的分类及特点

装配式结构可按结构材料、建筑高度、预制率等不同标准分类。从结构体系来说，目前采用比较多的有装配式框架结构、装配式剪力墙结构以及装配式框架-剪力墙结构［2］。

装配式框架结构：主要应用于对大空间要求比较高的建筑，譬如医院、学校、商店等。该体系中基本所有构件均可预制，一般有预制柱、预制梁、叠合板、预制墙板、预制女儿墙等等。该体系预制构件种类较少，各构件重量差异不至过大，钢筋连接及锚固形式较为统一，拼装节点标准化程度高。

装配式剪力墙结构：大范围用于住宅建筑，其竖向受力构件为剪力墙，预制构件一般包括预制外墙等围护结构、预制剪力墙内墙、预制梁、叠合板、预制阳台板、预制楼梯、预制空调板等等［3］。因住宅层数较多，且每层布置基本一致，该体系预制构件标准化程度很高，且现场施工每层工艺相同，施工效率较高且能比较好的控制施工质量。

装配式框架剪力墙结构：一般是办公、酒店的常见结构体系，剪力墙为第一道抗震防线，预制框架为第二道防线。该体系性能介于框架与剪力墙之间。一般工程中，该体系剪力墙部分现浇居多，框架部分预制。在高度50m以上，100m以下建筑应用较多，较剪力墙结构更加经济，空间性能更好，较框架结构抗震性能更加优秀。

3 装配式结构的抗震性能研究现状

3.1 装配式结构抗震性能研究的外部现状

在国外，预制混凝土结构的发展比较先进，技术也相对成熟。第二次世界大战后，西德地区房屋毁坏严重，德国的住房需求趋紧，同时城市人口快速增长，这促进了住房的工业化进程。与德国相似，二战后的日本也面临着重建，促使工业化住宅实现了快速增长，几乎占了竣工住宅的三分之一。通过住宅工业化解决战后房荒的问题，促使了国外装配式结构的快速发展，目前已经探索出一条生态与绿色的可持续发展之路。尤其是美国，已经形成了完善的标准化体系，在各方面都达到了很高的工业化水平。

欧美以及日本这些装配式结构已经非常成熟的国家，由于地理位置出于大陆板块的交界处，经常发生地震，因此对装配式结构的抗震性能经过了深入细致的研究。美国的建筑规范UBC97规定，装配式结构必须经过试验及分析，其强度、刚度等抗震相关性能必须等同于现浇结构才可以用于地震区。对于装配式的连接，各国研究人员也提出了许多不同形式的连接，如非线性弹性连接、线弹性连接、库伦摩擦连接等等，并展开了大量实验研究，对装配式结构的抗震性能有了深入的了解，对装配式结构的大面积推广起到了积极的推动作用。

3.2 装配式结构抗震性能研究的内部现状

我国其实早在20世纪50～70年代就有过第一次装配式结构的浪潮，那个时候主要为装配式大板结构，预制构件主要有屋面板、楼梯等，用于低、多层结构。但是当时对抗震性能研究的比较缺乏，1990年以来，结构的抗震性能使人们对预制装配式结构的担忧愈发加重，唐山大地震、汶川地震等灾难下，以前的装配式大板结构破坏严重，预制装配式结构的应用逐渐减少［4］。但是，随着中国经济的飞速发展，对节能环保的要求不断提高以及人工成本的不断上涨，中国对预制混凝土结构的研究在过去十几年中开始增加。标准体系在设计，零件生产，建筑和安装，质量检验和批准方面不断改进。

结合以往教训和国外经验，国内对装配式结构抗震性能也做了大量理论分析和试验研究，许多学者在不同方向对比装配式结构和现浇式结构，提出了一套行之有效的装配式结构的梁、柱、板的设计方法、构造措施、连接方法等。同时国家也在许多地方促进和倡导装配式建筑的发展，使工程界积累了大量的设计、施工经验，尽管相较与欧美、日本等国家国内的装配式结构理论、发展仍较为落后，但国内还是一步一个脚印稳步前行，使装配式结构性能满足国家规范，甚至优于现浇结构，真正实现更节能更环保更安全。

4 装配式混凝土结构的优缺点

4.1 预制混凝土结构技术精湛

预制混凝土结构通常由相关生产部门通过生产线和机械设备生产，从而在一定程度上降低了人为失误的可能性，而日常生产活动则使相关人员精通分工。工厂的工作区域相对较小，便于质量监督工作，这些因素使得组装好的混凝土结构的制造过程非常好。另外，一般的混凝土结构维修工作在施工现场经常进行，影响因素很多，但预制混凝土结构维修工作在工厂进行，维修环境易于控制，大大提高了预制混凝土结构的制造工艺。

4.2 预制混凝土结构的高生产效率

如上所述，预制混凝土结构通常在工厂生产，并且当前的生产线是高度机械化和自动化的，这可以有效地提高预制混凝土结构的生产效率。由于预制混凝土结构的生产不受环境因素的影响，因此大大减少了因气候问题引起的施工延迟，适当的环境在一定程度上缩短了预制混凝土结构的维护时间。维修完成后可立即使用，在一定程度上缩短了施工周期，节省了装修时间，大大提高了施工人员的工作效率［5］。

4.3 施工混凝土结构完整性差

由于预制混凝土结构通常是批量生产的，建筑工地上如果缺乏指导监督，在组装工作中经常会出现质量问题，从而导致整个预制混凝土结构的整体性较差，从而在一定程度上降低了抗震性能。在用预制混凝土结构建造的建筑物上经历了一次地震之后，一些预制结构遭受了严重的破坏，凸显了完整性差的问题，

4.4 预制混凝土结构的运输困难

由于组装好的混凝土结构是在工厂生产的，因此还必须将其运输到施工现场，在此过程中，运输工作会在一定程度上增加项目的资本消耗，组装好的混凝土结构会被运输到施工现场。运输过程中大型车辆的交通在市区中大部分受到限制，这使得预制混凝土结构的运输在一定程度上变得困难。

5 装配式结构的发展方向

5.1 加强预制混凝土结构节点的整体性能

由于预制混凝土结构是由预制零件组装而成的，因此与现浇混凝土相比，节点连接的整体性能相对较差。发生地震时连接预制部件很容易发生安全事故。有关部门要加大对预制混凝土结构节点整体性能的研究力度，并根据实际施工情况进行具体调整。人们认为，随着近年来中国人口的稳定增长，高层建筑也在增加。因此，预制混凝土结构节点的整体性能直接决定了高层建筑的安全质量。如果整体表现不符合标准，将严重影响居民的日常生活，并带来一定的安全隐患。因此，有必要加强对预制混凝土结构节点整体性能的研究。

5.2 规范预制混凝土结构的施工流程

预制混凝土结构的整体性能很大程度上取决于现场构件的组装，而现场操作人员可能对预制混凝土结构接触较少或认知不足，同时预制构件数量庞大，导致施工更加容易出错。因此，施工方在施工前就应及时与设计、业主、政府等相关部门积极沟通。施工准备阶段，严格把控预制构件的精度，给预制结构件编号且规定好存放位置，根据构件装配顺序摆放，做好专项施工方案，及时对操作人员进行相关培训。施工过程中，对预制构件的吊装、放线要严格控制，科学配置施工人员及监督人员，确保预制构件安装连接接质量。国家也需对装配式结构提出更加详细严格的施工及验收规范，以便更加规范的控制施工质量。

6 结语

总而言之，装配式建筑的开发符合中国目前的发展目标和追求建筑业创新的发展需求，也符合中国的《可持续发展战略计划》，装配式建筑物不仅可以大大减少人力，资源和能源的浪费，而且可以实现低碳，环保，并大大减少施工过程中的环境污染和破坏。因此，为了促进预装配式建筑的发展，必须对装配式建筑物的发展中存在的问题进行详细的分析研究，并根据实际情况提出可采取的行动。