装配式混凝土结构施工技术研究

2024-01-03徐诚孙淑萍肖志娟

佛山陶瓷 2023年12期

徐诚,孙淑萍,肖志娟

（硅湖职业技术学院，昆山市 215332）

1 前言

装配式混凝土结构施工技术可实现生产过程的标准化和自动化，提高生产效率，减少人工误差，保证构件质量，减少对环境的影响。并通过工厂化生产和标准化施工，保证施工质量，提高建筑安全性与耐久性，充分推动建筑行业技术进步和产业升级，促进行业整体的可持续发展。

2 装配式混凝土结构施工技术基本现状及发展特点

2.1 基本现状

装配式混凝土结构技术起源于20 世纪50 年代的欧美国家，经过60 多年的进步与发展，现成为建筑工业化主流技术之一。我国从20 世纪80 年代开始发展装配式混凝土结构，已形成较为完善的技术体系，目前装配式混凝土结构在我国高层建筑、大跨度工业厂房、桥梁等领域得到广泛应用。同时随着施工技术的不断进步，装配式混凝土结构可实现精细化预制和高程度的装配化，帮助构件大面积工厂预制和现场快速装配。且一些超高层建筑也采用装配整体式混凝土核心筒技术，实现建筑核心筒的整体提升和吊装，其基本原理是在工厂规模化生产预制构件，并运输到施工现场进行吊装或组装。首先，在结构设计阶段使用功能和运输条件，将结构体系分解为多个标准化的预制构件，大批量制作标准化预制构件；其次是使用专门运输车辆将预制构件运送到施工现场，进行吊装或组装，连接预制构件；最后是进行现浇混凝土补充，形成整体结构。

2.2 发展特点

装配式混凝土结构最大的特点是其将实现构件的高度工厂化预制，使混凝土构件在标准化的工厂里批量制作，不受场地和天气的影响，从而精心控制质量，使不同项目可以通过更换构件的组合方式实现多样化。同时工厂的预制环境可控，可靠性高，可解决现场混凝土质量不稳定的问题，无须模板支撑，大大简化了施工过程，部分项目工期可缩短30%—50%[1]。除此以外，装配式结构需要高标准的预制构件工厂和专业的吊装设备，对技术装备水平要求较高，在高层建筑、桥梁隧道等领域都取得了较广泛的应用，符合建筑产业化发展方向，在我国和发达国家都呈现快速发展的趋势。

3 装配式混凝土结构施工技术要点

3.1 装配式混凝土构件结构设计

装配式混凝土构件的结构设计是确保构件在使用过程中具有足够的强度、刚度和稳定性的关键环节，其主要内容包括以下几个方面：首先，构件类型选择。施工人员要根据工程的具体要求和使用功能，选择适合的构件类型，如板、梁、柱、墙等，同时考虑构件的预制和运输要求，确保构件能够在工厂进行高效的生产和现场快速组装，并根据建筑的功能和空间布局，确定构件的布置方式，且在布局设计中要考虑构件之间的连接方式[2]。其次，施工人员应根据结构设计要求和力学性能要求，确定构件的尺寸。在尺寸设计中要充分考虑构件的受力性能、承载能力和刚度要求，以及与其他构件的协调性，并在材料选择中要考虑材料的强度、耐久性、施工性能等因素，使构件具有良好的性能和使用寿命。在连接设计中应考虑可靠性、刚度和便于施工要求，确保连接的稳定性和安全性，考虑其作用方式、预应力的大小和施加方式，以及预应力对构件受力性能的影响[3]。最后，根据地震设计要求，对构件进行抗震设计，确保构件在地震作用下具有足够的稳定性和安全性。

3.2 节点设计方案及特性分析

装配式混凝土节点设计方案主要包含两大类，即干式节点和湿式节点。干式节点是在工厂制造完成后，通过机械连接方式实现节点的连接，其优点在于施工速度快、精度高，但需要专用连接件，成本较高；湿式节点是将预制构件运至现场，通过浇筑混凝土实现节点的连接，其优点在于结构性能好，但施工条件要求较高，具体类型及优缺点如表1 所示。

表1 各类节点类型及优缺点对比

可见，装配式混凝土节点设计需要考虑到节点的可制造性和可施工性，尽量简化节点的形状和结构，减少节点的复杂性。且由于装配式混凝土构件是在工厂中制造，因此其尺寸精度和质量稳定性都比现场浇筑混凝土好，这也为节点的设计提供了便利。除此以外，装配式混凝土节点可通过预制构件和连接方式的合理规划，实现良好的力学性能和抗震性能，并可减少现场施工的噪音和粉尘，降低环境污染，充分节省能源和材料。

3.3 防水密封设计

在装配式混凝土结构施工技术中的防水密封设计阶段，可合理选择结构形式和材料，避免设计上的防水隐患，即在地下室结构设计中，充分考虑地下室的防水层、防水板等。同时根据结构的具体要求和使用环境，选择合适的防水材料，常见的防水层材料包括聚合物改性沥青、聚氨酯、丙烯酸等。防水层的选择要考虑其耐久性、抗渗性、耐候性等性能，具体类型及优缺点对比如表2 所示。

表2 防水密封类型及优缺点对比

此外，装配式混凝土结构防水接缝的处理非常重要，接缝处应采用合适的密封材料进行密封，如橡胶密封条、胶粘剂等，注意接缝的施工质量，确保接缝的紧密性和可靠性。而在装配式混凝土结构的外表面，可涂刷防水涂料来提高防水性能，防水涂料可以有效防止水分渗透，增强结构的防水性能，常见的防水涂料有聚合物涂料、水泥基涂料等。

4 装配式混凝土结构施工技术应用与创新

4.1 施工技术

装配式混凝土结构是现代建筑业发展的重要趋势，其施工技术的创新是推动该领域发展的重要驱动力，例如模块化设计和自动施工装备的应用，为装配式混凝土结构的施工提供了新思路和工具。一方面，模块化设计是装配式混凝土结构施工中重要原则，即将建筑结构分解为标准化、模块化的单元，在工厂中预制，并于施工现场进行组装。模块化设计不仅可以提高施工效率，缩短施工周期，还可提高构件质量，降低施工过程中安全风险。另一方面，自动施工装备是装配式混凝土结构施工的关键创新点，包括预制构件的自动化生产设备、自动化起重和运输设备、自动化安装设备等，这些设备可以极大提高施工效率，降低人工成本，同时提高施工质量。且自动施工装备需要结合模块化设计的需求，进行针对性的研发和应用，例如自动化生产设备需要能够快速、准确地生产出符合设计要求的预制构件。

4.2 新材料应用

装配式混凝土结构施工技术的创新正在推动建筑行业朝着更加高效、环保和经济的方向发展，而新材料的应用是重要因素之一。（1）高性能混凝土具有高强度、高韧性、耐久性好等特性，能够满足装配式混凝土结构对于强度和耐久性的高要求，并具备较好流动性，易于浇筑和成型，符合装配式混凝土结构的生产特点。（2）钢纤维混凝土是将微细钢纤维均匀分散在混凝土中，使混凝土具有良好的抗裂、抗拉和抗冲击性能，且可减少传统钢筋的使用，简化装配式混凝土构件的生产工艺。（3）自密实混凝土具有良好的自流平和自密实性能，无需振捣就能获得密实的混凝土结构，有利于提高装配式混凝土构件的生产效率和质量。（4）轻质骨料混凝土的密度低、重量轻，有利于提高装配式混凝土构件的运输和安装效率，同时也有利于提高建筑的热绝缘性能。由此可见，新材料的应用不仅可提高装配式混凝土结构的性能，还能提高施工效率，降低施工成本。但需要注意的是，新材料的质量稳定性、合理的新材料混凝土配合比、如何评估新材料混凝土的长期性能等也成为建筑行业面临的重要挑战。

4.3 数字化设计与仿真

装配式混凝土结构施工技术在追求效率和精度的过程中，逐渐引入了数字化设计与仿真的方法，提高了设计和施工的精度，推动了建筑行业的现代化进程。一方面，数字化设计是以计算机技术为基础，利用专业的建筑设计软件进行结构设计、分析和优化的过程。在装配式混凝土结构施工技术中，数字化设计可以帮助设计师快速、准确地完成复杂的结构设计，实现预制构件的标准化和模块化，提高设计效率和质量，同时其进行结构优化和性能分析，为施工和后期运营提供科学的依据。目前重要工具之一为建筑信息模型（BIM）技术，可实现建筑的三维可视化，使设计师掌握建筑结构的各个细节的同时，实现设计、施工和运营的信息整合，提高工程的整体效率，如图1 所示。

图1 建筑信息模型技术

另一方面，仿真技术是在计算机中模拟实际施工过程，预测并分析可能出现的问题和结果。在装配式混凝土结构施工技术中，仿真技术可以模拟预制构件的生产、运输和安装过程，降低施工风险，并模拟结构在各种环境和加载条件下的性能，为装配式混凝土结构施工技术的创新提供了强大工具。

4.4 结构健康监测和维护技术

结构健康监测技术是用于评估装配式混凝土结构性能状态的一种技术，其包括了各种传感器、数据采集设备和分析软件等工具，可用于监测预制构件的生产质量，确保其满足设计要求。其可以确保监测构件达到预期的位置和状态，监测结构的性能变化，同时传感器可准确、持续地监测结构的各种参数，如位移、应力、温度等，而数据分析则能够处理大量的监测数据，预测和解决可能出现的问题。结构维护技术是用于保持和恢复装配式混凝土结构性能的一种技术，用于处理施工过程中的损伤和缺陷，确保结构的完整性和安全性，以延长结构的使用寿命，提高其耐久性和可靠性。此技术的关键是维修和加固方法，维修具体指修补裂缝、更换损坏的构件等，加固则能够提高结构的性能，如增加支撑、改善连接等。