装配整体式混凝土结构的发展.pdf

2 0 1 2 年 第 1期 (总 第 2 6 7 期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 6 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 混凝土制品 C0NCRET E P R0DUCTS d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 1 ， 0 3 6 装配整体式混凝土结构的发展 王东辉 ，柳旭东 ， ( 1 中国中建设计集团有限公司 辽宁分公司，辽宁 沈阳 1 1 0 0 1 5 ； 2 陈勇 z 中国建筑东北设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 6 ) 摘要： 阐述了装配整体式混凝土结构在住宅产业化应用的现实意义， 介绍了在国外、 国内发展的历史及现状， 列举了其在国外、 国内应用 实例， 指出了存在的问题及其改进的建议， 使结构设计人员对装配整体式混凝土结构有更深层次的了解， 以助于合理的应用于工程设计。 关键词： 住宅产业化；装配式混凝土结构 中图分类号 ： T U5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 1 1 3 0 3 Dev el opme nt of a s s embl e d pr e ca s t c onc r e t e s t r u c t u r e WANG Do n g- h u i ， LI U Xu d o n g ， CHE N Yo n g ( 1 C h i n aC o n s t r u c t i o nE n g i n e e r i n gDe s i g nG r o u pC o r p o r a t i o nL i mi t e d ， L i a o n i n g B r a n c hCo mp a n y， S h e n y ang1 1 0 0 1 5 ， C h i n a ； 2 C h i n a N o r t h e a s t Ar c h i t e c t u r a l De s i gn and Re s e a r c h I n s t i t u t e C o ， L t d ， S h e n y a n g 1 1 0 0 0 6 ， C h i n a ) Abs t r a c t ：El a b o r a t e s t h e p r a c t i c a l s i gn i fic a n c e o f t h e a p p l i c a t i o n o f a s s e mb l e d p r e c a s t c o n c r e t e s t r u c tur e i n h o u s i n g i n d us t r i a l i z a t i o n I t i n t r o - d u c e s the d e v e l o p m e n t an d p r e s e n t s i tua t i o n o f a s s e mb l e d p r e c a s t c o n c r e t e s t r u c tur e a t h o m e an d a b r o a d， a l s o e n u m e r a t e s i t s a p pl i c a t i o n c a s e s a r o u n d the wo r l d I t i n d i c a t e s e xi s t i n g p r o bl e ms an d p r o vi d e s i mp r o v e me n t r e c o mme n d a t i o n s ， wh i c h h e l p s e n g i n e e r s u n d e r s t a nd a s s e mbl e d p r e c a s t c o nc r e t e s t r u c tur e d e e p l y a n d d e s i gn r e a s o na b l y Ke y wo r d s ： h o u s i n g i n d u s t r i a l i z a t i o n； p r e f a b r i c a t e d c o n c r e t e s t r u c t u r e ( P C) 0 引言 所谓装配整体式混凝土结构( P C) 是预制混凝土构件通过 连接部位的后浇混凝土 、 浆锚或叠合方式 ， 组装成具有可靠传 力和承载要求的结构 1 】 。 1 9 9 9 年 8 月， 国务院办公厅批准转发了由建设部等八个部委 局提出的 关于推进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意见 ， 明确提出了今后中国住宅产业现代化的指导思想、 主要 目标和 需要建立的几个体系。 所谓住宅产业化是指用工业化生产的方 式来建造住宅， 是机械化程度不高和粗放式生产的生产方式升 级换代的必然要求 ， 以提高住宅生产的劳动生产率 ， 提高住宅 的整体质量 ， 降低成本 ， 降低物耗、 能耗。 装配整体式混凝土结构在住宅产业化中优势如下： ( 1 ) 经济效益。 由于装配整体式混凝土构件的制作大部分 是在工厂中完成 ， 在现场只需进行连接安装 ， 所以使得施工周 期大大缩短。 如何在建筑业界特别是结构使用方面实现这一 目 标， 预制结构无疑是一条很好的出路。 ( 2 ) 质量效益。 装配整体式混凝土结构， 由于是在工厂中进 行主要的生产， 有利于人员稳定和技术的积淀 ， 也便于监控， 质 量容易得到保证 ， 所以要想切实提高工程质量 ， 必须下大力气 推广产业化。 ( 3 ) 环境效益。 在施工过程中， 由于材料用量降低了， 公路 运输的次数也就减少， 用于公路保养方面的费用以及公路修理 时的材料和能源的消耗也就相应地降低了。 对于现在全球性的温室效应问题， 预制结构也已经被证明 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ J 0 7 - o 9 比现浇结构更能减少温室气体的排放。 ( 4 ) 社会效益。 现浇混凝土结构的建造特别是在施工时需 要大量劳动力 ， 一旦工程完工后 ， 这些人员的安置就成了一个 令人头疼的问题， 由此带来的社会问题不少。 如果能够广泛地采 用装配整体式混凝土结构 ， 则此类问题的解决难度将降低。 1 发展概 况 1 1 国外发展概况 在 2 0世纪 6 0年代初期， 装配式建筑已成为前苏联 、 东欧 一 些国家及法国， 而后逐步推广到美国、 加拿大及 日本等国。 目前 ， 发达国家装配整体式混凝土结构在土木工程中的应 用密度为： 美国3 5 ， 俄罗斯 5 0 ， 欧洲 3 5 - ,4 0 ； 美国和加拿 大等国家的预制预应力混凝土结构在预应力混凝土用量中占 8 0 以上。 1 9 7 6 年， 联合国经济社会事务部在对欧洲各国建筑工 业化状况进行调查研究后指出， 建筑工业化是 2 0世纪不可逆转 的潮流。 1 9 8 9 年国际建筑研究与文献委员会( c m) 第十一届大 会将建筑产业化视为建筑技术发展趋势之一翻 。 前苏联非常重视预制装配式混凝土结构的发展。 早在 2 O 世 纪 7 0年代就已有预制构件厂家 4 5 0 0多家。 东欧国家也已利用 预制装配式技术建造了大最的工业厂房和民用建筑。 其中， 前 南斯拉夫的“ I MC ” 体系经受 了 1 9 6 9 和 1 9 8 1 年前南斯拉夫班 亚 卢卡地区强烈地震的考验， 表现了良好的抗震性能， 如今已 在匈牙利、 古巴、 埃及和安哥拉等国家得到广泛的应用。 法国住宅产业的构造体系。 早在 2 0 世纪 5 0 7 O年代 ， 法国 l 1 3 就已使用以全装配式大板和工具式模板为主的建筑施工技术 ， 到了7 0 年代又向以通用构配件和设备的生产和使用的“ 第二代 建筑工业化” 过渡。 1 9 7 8年住房部提出以推广“ 构造体系” 。 进入 9 0年代， 法国建筑的工业化已朝着住宅产业现代化的方向发展。 法国 P P B国际公司创建了一种装配整体式混凝土结构体系， 称 为结构体系( S C O P E) ， 连续四年来采用建筑部件建筑了由5 5 幢 楼组成的住宅群。 在美国， 预制混凝土结构发挥着其他体系无法替代的作用 ， 在 1 9 9 1 年 P C 1 年会上， 预制混凝土结构的发展被视为美国乃至 全球建筑业发展的新契机。 1 9 9 7年美国统一建筑规范( u B c 9 7 ) 允许在高烈度地震区使用预制混凝土结构 ， 其前提是通过试验 和分析证明， 该结构在强度 、 刚度方面具有甚至超过相应的现 浇 昆 凝土结构。 美国已将装配式建筑成功应用于住宅、 工业 、 文 化及体育建筑等领域， 如亚利桑那州的菲尼克斯会议中心、 北卡 洛林娜州 儿 金融中心。 在 日本 ， 预制混凝土结构的应用也很多 ， 更重要的是在几 次大地震中这些混凝土结构体现出很好的抗震性能_3 _ 。 主要预制构件包括： 外墙板， 楼面板， 预制卫生间， 预制柱。 ( 1 ) 外墙板大多设计成夹心墙板 ， 保温层的取舍和厚度依 不同地区的气候条件而定。 夹心墙板中有内外两层 昆 凝土， 外 层混凝土厚度为 5 O 8 0 IT lm； 内层混凝土厚度为 8 0 - 2 0 0 mm， 在 内外混凝土层中间设计有不同种类的保温材科。 内墙板一般为 混凝土承重墙板 ， 墙板的厚度为 1 6 0 - 2 0 0 Y l lq 。 。 ( 2 ) 楼面板有 3 种做法 ， 预应力空心板仍是主要的结构构 件 ， 其他两种是： 预应力平板组合楼板和预应力小梁加空心砌 块组合楼板。 预应力平板组合楼板是由工厂生产的预应力平板 并有钢筋骨架裸露向上， 安装就位后在平板上面铺放空心砖或 混凝土空心砌块， 和现浇混凝土面层形成整体式组合楼板。 预应 力小梁加空心砌块组合楼板结构形式中的预应力小梁长度一 般为 3 7 m， 小梁的间距为 5 0 0 7 0 0 mm， 混凝土小梁有外露钢 筋向上 ， 在两个混凝小梁之间铺放钢筋网片以及铺设水电管 线之后浇灌混凝土。 ( 3 ) 住宅建筑 中的卫生问是 由工厂预制的盒子结构。 可以 用四块预制平板组合成盒子再浇灌混凝土后构成盒子， 卫生间 内部的水电线路和建筑细部构造均由工厂一次完成。 卫生问盒 子是作为一个构件安装到建筑物上的。 ( 4 ) 预制柱之间采用注锚式连接， 具体做法如下 ： 柱子的钢 筋绑扎以及混凝土浇筑在工厂中完成， 在柱子的下部钢筋安装 套简 ， 套筒侧面预留两个孔洞， 同时在柱子外表面的对应套筒 孔洞的位置预留孔， 使其与套筒预留洞连通， 作为后期注浆口； 柱子上部钢筋预留一段长度， 目的是使其与柱子下部的内置套 筒内的钢筋连接， 连接通过注入套筒内的高强砂浆的黏结实现。 在预制柱定位时， 确保上下柱之间留有 2 0 3 0 mn l 缝隙， 通过上 部预制柱外表面的预制口注射浆体( 注浆体采用高强聚合物砂 浆) ， 浆体进入套筒， 并从套筒流出， 散落在柱子的结合面， 实现 柱子上下钢筋和柱子之间的交接面的的连接， 从而实现预制柱 的整体连接。 此类预制柱之间的安全、 便捷的连接方式充分体现出了整 体装配式预制框架结构的优势。 1 2国内发展 概 况 我国从 2 0世纪 5 O年代末开始研究混凝土叠合结构的受 力性能， 到 7 0 年代在 T J 1 0 7 4 钢筋混凝土结构设计规范 中 - 1 1 4 列入了有关叠合构件的设计条款， 特别是 7 0年代后期有混凝土 结构设计规范标准管理单位中国建筑科学研究院组织成立的 “ 叠合结构科研专题组” ， 其成果充分体现了在 G B J 1 0 8 9 混 凝土结构设计规范 之中。 1 9 5 6 年， 国务院在关于加强和发展建筑丁业化的决定中指 出： 为了从根本上改善我国的建筑1 = 业， 必须积极地有步骤地 实现机械化 、 工业化施： ， 必须完成对建筑_ 厂 业的技术改造 ， 逐 步地完成向建筑工业化的过渡。 1 9 7 7年北京采用装配式混凝土 建造的房屋占? 昆 凝土结构房屋总数的3 0 ， 上海占5 0 。 7 0 年代， 预制混凝土空心楼板得到了普遍应用。 7 0 年代末 ，我国引进了 南斯拉夫预制预应力混凝土板柱结构体系。 近年来 ， 合肥工业大学对装配式预应力混凝土框架结构做 了许多卓有成效的工作包括节点受力分析、 整体性分析 、 极限 承载力分析以及低周反复荷载作用下的抗震性能试验等。 东南 大学与大地普瑞预制房屋有限责任公司合作针对结构体系在 国内的应用也开展了一些研究工作。 2 装配整体式的应用 实例 2 1 国外应 用 实例 在 日本， 由住友商事株式会社一级建筑事务所设计 、 前田 建设施工的地下 2层、 地上 5 8 层， 高达 1 9 3 5 m的开发项 目， 采 用装配整体式预制混凝土结构， 梁 、 柱、 板和内外墙都是工厂预 制再到现场安装， 现浇梁柱节点及叠合板。 从 2 0 0 5 年 1 月开始 施工， 到2 0 0 7 年 2 月已经完成主体施工。 图 1 预 制梁 、 柱拼装 图 2 叠合板 安装 2 2 国 内应 用 实例 万科公司主持的从 2 0 0 5 年底建成的工厂化预制钢筋混凝 土多层住宅 1 号试验楼在研发过程中进行了许多新的尝试和 探索， 并取得了许多宝贵的经验 ， 经过理论分析 、 比较 ， 最终采 用梁柱中间拆分框架体系。 该体系的优点在于梁和梁、 柱和柱连 接节点位置的选择在结构受力最有利的位置， 更容易保证整个 预制框架体系结构的安全性和可靠性。 2 0 0 8年 7 月 1日开发的金域蓝湾丁业化住宅楼沈阳万 图 3 预制外墙 科工业化住宅示范楼， 结构形式为剪力墙结构一 预制外墙与现浇 内墙结合式， 首创了预制外墙和剪力墙结构体系融合的新模式。 南京大地集团公司从法国引进一种预制预应力钢筋混凝 土装配整体式框架结构体系一 世构体系。 它的节点由键槽 、 u形 钢筋和现浇混凝土三部分组成， 其中的 u形钢筋主要起到连接 节点两端梁端的预应力钢筋在键槽即梁端塑性铰区实现搭接 连接， 如图4所示。 V 4 I Il 1 4 d d 图 4 梁、 柱节点连接形式 u形钢筋在世构体系中起着重要的连接作用， 其施工工艺 的好坏直接影响世构体系的节点性能。 目 前 u形钢筋的施工工 艺还过于复杂也成了世构体系进一步推广的障碍之一。 3 存在的问题 我国的预制混凝土技术比较落后， 一方面由于唐山地震中 大量预制混凝土结构遭到破坏使人们对装配式结构的应用更 加保守， 另一方面， 国内的预制混凝土构件存在着跨度小、 承载 力低、 延性差、 品种单一等诸多问题， 也严重阻碍了装配式结构 在我 国的发展 。 我国装配整体式混凝土结构还未得到广泛的推广， 对于该 结构体系的预制柱之间的连接， 现浇梁和预制柱的节点连接， 自 承式钢筋桁架叠合板的理论研究甚少， 装配整体式混凝土结构 的设计规范尚需要完善。 盔四日圜 设计院里的结构设计者由于没有强有力的科研文章借鉴 ， 也没有相应的规范支持 ， 因此预制装配式框架结构体系在设计 上还未能得到广泛的普及。 、 4建议 4 1 加强建筑模数研 究 我国模数协调仅局限在房屋建筑结构的构配件的预制与 安装上， 对住宅产品、 设备和设施开发、 生产和安装方面， 缺少 模数协调的应用和指导。 但标准化 、 系列化、 通用化住宅部件的开发和生产， 必然与 建筑艺术创造有矛盾， 法国有解决这方面问题成熟经验， 他们 不仅有成熟的尺寸协调规则和建筑通用体系， 其构造体系对于 发展建筑多样化很有帮助， 我国在发展通用体系过程中亦可参 考法国的成熟做法。 4 2 加强在施工技 术和组织管理的协调 在施工技术和组织管理的协调上， 一些企业重技术、 轻管 理， 造成消耗大、 效益低。 促进施工技术和组织管理结合， 有利于在最小的消耗下取 得最大效益。 日本通过将工法、 工程的各项进度计划、 财务计划 使技术与组织管理融合在一起， 发挥了最大的综合效益。 4 3 加 强科研 的投 入 由于缺少统计数据， 大学和科研院所很难通过数学模型对 住宅需求进行预测 ， 不可否认 ， 预测技术对推进住宅产业发展 有着极其重要的作用。 日本的住宅统计预测较为完善， 对我国有 着极大的参考价值。 5结束 语 综上所述 ， 装配整体式混凝土结构是现代科学技术的产物， 是一个相对成熟的住宅建造技术， 必将取代传统的“ 泥瓦匠” 在 现场的湿作业。 参 考文献 ： 1 辽亍省住房和城乡建设厅 2 O l 1 一 O 2 01 ( 暂行) s 1 2 】 L 莫克， E 栗凯， 著 冈 筋混凝土装配式建筑 M 】 傅信祁， 徐鼎新 ， 等 译 E 京： 中国建筑工业出版社， 1 9 8 5 【 3 】陆湘桥日本工业化住宅一瞥 建筑施工， 2 0 0 1 ( 4 ) ： 2 0 7 - 2 0 9 作者简介： 王东辉( 1 9 6 9 一 ) ， 男， 高级工程师， 主要从事结构设计工作。 联系地址： 沈阳市沈河区文艺路2 1 1 号 地王国际大厦 9 0 1 室( 1 1 0 0 1 5 ) 联系电话 ： 0 2 4 3 1 2 9 6 4 0 9 上海城建集团预制装配式建筑研发中心通过专家论证 E 2 0 1 1 年 1 0月 2 7日， 计划总投资 8 7亿元、 占地 2 6 7 8 亩的上海市首个国家级住宅产业化基地“ 上海城建集团预制装配式 建筑研发中心” 顺利通过住房城乡建设部专家论证 ， 住房城乡建设部住宅产业化促进中心副主任文林峰， 副局长顾弟根， 上海城建 集团董事长王志强、 总裁张焰出席论证会。 城建集团将充分依托旗下 1 家国家级、 5 家市级企业技术中心及 3 家市级工程中心力量 ， 全力以赴做好各项工作， 争取该基地于年内正式揭牌， 成为一处集住宅产业化技术研发、 试验、 生产、 采购、 展销 、 示范、 教培等于一 体的“ 产 、 学、 研” 高新技术研发新高地 ， 为本市城市建设向着绿色、 低碳、 更高品质方向做出贡献。文林峰充分肯定了上海近年来在 住宅产业化方面的工作， 并指出在住宅产业化推进方面上海要整合各方力量， 保持先进 ， 实现住宅建设集约高效， 并加强地方标准 规范的研究制订。 1 1 5