裝配式混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀研究

摘 要：在國(guó)家政策的積極引導(dǎo)和促進(jìn)下，我國(guó)裝配式建筑行業(yè)尤其是裝配式混凝土建筑行業(yè)在“十三五”期間已經(jīng)取得了豐厚成果，積累了大量工程經(jīng)驗(yàn)。與此同時(shí)，在技術(shù)、成本等方面也暴露出了一系列問題，這些問題仍然制約著整個(gè)建筑行業(yè)的發(fā)展，需要通過政府和企業(yè)雙方配合努力，才能順利實(shí)現(xiàn)整個(gè)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化升級(jí)。

關(guān)鍵詞：裝配式;混凝土;預(yù)制構(gòu)件;產(chǎn)業(yè)化

根據(jù)國(guó)家“五位一體”總體布局，在建筑行業(yè)內(nèi)，大力推行建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，特別是推動(dòng)以“裝配式建筑”為中心的建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，已經(jīng)是我國(guó)勢(shì)在必行的趨勢(shì)。裝配式建筑按照主體結(jié)構(gòu)材料來分主要有裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、裝配式鋼結(jié)構(gòu)和裝配式木結(jié)構(gòu)之分[1]。目前，裝配式鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)在我國(guó)單層廠房結(jié)構(gòu)和部分住宅結(jié)構(gòu)中大力推廣，取得了豐碩成果[2];裝配式木結(jié)構(gòu)興起于歐美，近幾年，通過引入加拿大等國(guó)家的技術(shù)，通過本土化消化改良，在低層住宅領(lǐng)域也取得了優(yōu)異成績(jī)。相對(duì)于前兩者，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)由于其穩(wěn)定性、耐火性、持久性等特點(diǎn)，在高層住宅領(lǐng)域獲得國(guó)家的大力推廣并且已經(jīng)取得了長(zhǎng)足發(fā)展;與此同時(shí)，在近幾年的實(shí)踐和探索中，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)也暴露出許多技術(shù)和施工層次的問題，這些問題一定程度上制約了其發(fā)展速度和規(guī)模。

一、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的連接方式

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的連接方式是整個(gè)裝配式結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)，主要可以分為“干連接”和“濕連接”兩種。在傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)中，主要構(gòu)件是梁、板、柱和剪力墻，構(gòu)件之間的連接方式主要是采取整體現(xiàn)澆混凝土的形式，這種連接方式能夠保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、整體性、抗震性。在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件采用單獨(dú)預(yù)制的方法，即在PC預(yù)制工廠先預(yù)制好構(gòu)件，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)“組裝”的形式。

（一）干連接

干連接是借鑒鋼結(jié)構(gòu)建筑的連接方法，根據(jù)連接原理主要有螺栓連接和焊接連接兩種。螺栓連接通過在預(yù)制混凝土構(gòu)件中預(yù)留孔洞、預(yù)埋螺栓，后期通過螺母加固的方法，實(shí)現(xiàn)混凝土預(yù)制構(gòu)件間的“干連接”。這種方法比較適用于外墻掛板、樓梯等預(yù)制構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的連接。焊接連接是采用在預(yù)制混凝土構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)部位，比如梁的端點(diǎn)，預(yù)埋鋼板，待構(gòu)件吊裝拼接時(shí)，像鋼結(jié)構(gòu)一樣焊接連接，這種方法原理簡(jiǎn)單，操作方便，在非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接中具有廣泛前景。

干連接的方法在日本得到了廣泛應(yīng)用，比如日本歧阜的安部工業(yè)主樓，就是采用預(yù)制構(gòu)件整體預(yù)應(yīng)力裝配技術(shù)建造的，其連接節(jié)點(diǎn)采用“預(yù)應(yīng)力”方式壓接，屬于典型的干連接。值得注意的是，采用預(yù)應(yīng)力壓接方式，在連接預(yù)制構(gòu)件的基礎(chǔ)上，提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗震性能，但與此同時(shí)也提升了建造時(shí)間和成本，因此結(jié)合我國(guó)抗震需求，并沒有得到大面積推廣。

（二）濕連接

濕連接即采用后期灌漿或后澆混凝土等“濕連接”方法，將不同預(yù)制構(gòu)件連接在一起。濕連接的方式很多，目前應(yīng)用比較廣泛的主要有兩種：套筒灌漿連接和后澆混凝土連接。

套筒灌漿連接就是通過在預(yù)制混凝土構(gòu)件內(nèi)預(yù)埋鋼制套筒和外露帶肋鋼筋，后期吊裝時(shí)將鋼筋插入套筒內(nèi)，再灌入高強(qiáng)度膨脹漿料，灌漿料凝固后，構(gòu)件之間就形成了連接。這種方法按照接頭的設(shè)計(jì)方法可分為全灌漿套筒和半灌漿套筒，前者套筒兩端鋼筋均采用灌漿連接，后者只有一端鋼筋采用灌漿連接，另一端采用傳統(tǒng)的螺紋連接方法將套筒與鋼筋預(yù)先連接在一起并進(jìn)行預(yù)埋。相對(duì)而言，半灌漿套筒更加簡(jiǎn)便，受力性能也更好，因此應(yīng)用更加廣泛。后澆混凝土連接即采用預(yù)留外露鋼筋，后期吊裝后在構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)處現(xiàn)澆混凝土，混凝土凝固后即實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件間的連接。這種方法更接近于傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，就整體性和連接強(qiáng)度而言也更有優(yōu)勢(shì)，因此成為裝配式混凝土建筑中不可或缺的連接方法，尤其在受力重要節(jié)點(diǎn)處，具有先天優(yōu)勢(shì)。在后澆混凝土連接方法中，預(yù)留外露鋼筋間的連接質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)后期的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。目前后澆混凝土鋼筋的連接主要還是采用傳統(tǒng)鋼筋工程中的機(jī)械套筒和焊接、綁扎等方式，取得了一定的工程經(jīng)驗(yàn)積累。

二、預(yù)制構(gòu)件及裝配化程度

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件并未突破傳統(tǒng)框剪結(jié)構(gòu)的概念，也就是說，大體上仍然是梁、板、柱、剪力墻等“拼接”起來的，只不過生產(chǎn)方式采用了預(yù)制構(gòu)件和后期吊裝連接的方法。就目前裝配化實(shí)現(xiàn)程度而言，應(yīng)用比較廣泛的還是疊合板、樓梯、陽(yáng)臺(tái)、非承重墻，其次才是柱、梁、承重墻，這也是比較符合裝配化實(shí)際規(guī)律的，即首先實(shí)現(xiàn)非承重結(jié)構(gòu)的裝配化，再逐步探索承重結(jié)構(gòu)的裝配化。目前預(yù)制混凝土構(gòu)件中，疊合板的應(yīng)用最為廣泛。疊合板在厚度方向采用下部預(yù)制，上部現(xiàn)澆的方法，形成一種“疊合”結(jié)構(gòu)，優(yōu)勢(shì)在于：（1）省去了下部模板支撐的時(shí)間和人力成本;（2）吊裝后直接布置管線，方便快捷;（3）后澆混凝土可將整個(gè)層面上的梁、板連接在一起，整體性和防水性較好。正是由于這種“疊合”方法的諸多優(yōu)勢(shì)，目前除疊合板外，部分梁構(gòu)件也實(shí)現(xiàn)了“疊合”，即疊合梁。此外，樓梯、陽(yáng)臺(tái)等構(gòu)件由于其自重輕、重復(fù)率高等優(yōu)勢(shì)，在部分項(xiàng)目中已經(jīng)接近實(shí)現(xiàn)了全部裝配化。對(duì)于非承重結(jié)構(gòu)的外墻板和內(nèi)墻板，目前裝配化程度也較高。而作為主要受力構(gòu)件的柱、梁、承重墻等構(gòu)件，目前已經(jīng)有部分項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了部分裝配化但并未普及，這些構(gòu)件目前主要還是通過現(xiàn)澆模式加工。需要注意的是，裝配式混凝土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗震性等仍需經(jīng)過時(shí)間的檢驗(yàn)，因此在主要承重構(gòu)件處采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆方法也是目前比較穩(wěn)妥的方法。

三、存在的問題

“十三五”期間，通過國(guó)家和各省市層面的政策引導(dǎo)，裝配式建筑實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，取得了豐碩成果，但在產(chǎn)業(yè)化升級(jí)過程中也暴露出了許多客觀問題。

在技術(shù)層面，雖然取得了許多突破，但有許多關(guān)鍵問題亟待解決。比如連接方式，目前也應(yīng)用最多方法還是套筒灌漿和后澆混凝土，這兩種方法操作復(fù)雜、連接質(zhì)量也有待提高，因此急需找到一種操作更加方便且連接質(zhì)量更高的連接方法，一旦在連接方式上取得重大突破，那么必將推動(dòng)整個(gè)裝配式混凝土行業(yè)的快速發(fā)展。此外，在防水技術(shù)方面，仍然有待解決相關(guān)關(guān)鍵性技術(shù)。裝配式結(jié)構(gòu)由于采用預(yù)制構(gòu)件拼裝的方法，連接節(jié)點(diǎn)間整體性較差，因此存在先天性的防水缺陷。以目前的防水技術(shù)，仍不能做到簡(jiǎn)便、高質(zhì)的節(jié)點(diǎn)防水，仍需加大研發(fā)力度。

在政策層面，限于住建部在2025年前實(shí)現(xiàn)裝配式建筑比例50%以上的規(guī)劃，目前一些裝配式建筑項(xiàng)目以及預(yù)制構(gòu)件廠存在盲目追求裝配化和預(yù)制率的問題。比如將一些重復(fù)率不高的構(gòu)件也實(shí)現(xiàn)“個(gè)性化預(yù)制”，造成了資源浪費(fèi)，也違背了國(guó)家推廣裝配式建筑的本意。因此，在政策方面，尤其是各地方層面，應(yīng)當(dāng)結(jié)合本地實(shí)際情況，積極引導(dǎo)各相關(guān)企業(yè)合理規(guī)劃項(xiàng)目的裝配化程度，不能因盲目追求預(yù)制率而造成資源浪費(fèi)。

在運(yùn)輸和資源配置方面，目前預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸主要采用大型板車陸路運(yùn)輸，且預(yù)制構(gòu)件廠多位于郊區(qū)甚至異地，比如目前上海的預(yù)制構(gòu)件有相當(dāng)比例是從南通陸路跨江運(yùn)輸，運(yùn)輸成本較高，這在一定程度上也是一種資源配置失衡。因此，需要從城市層面合理規(guī)劃預(yù)制構(gòu)件廠的選址，縮短運(yùn)輸距離，降低運(yùn)輸成本。隨著政策導(dǎo)向以及裝配式混凝土行業(yè)的發(fā)展，在城市規(guī)劃中，應(yīng)當(dāng)將預(yù)制構(gòu)件廠的選址納入規(guī)劃。

四、結(jié)論

（1）“十三五”期間，我國(guó)裝配式混凝土建筑行業(yè)在技術(shù)和規(guī)模兩方面已經(jīng)取得了豐碩成果，積累了一定程度的經(jīng)驗(yàn)。

（2）在技術(shù)層面，尤其是節(jié)點(diǎn)連接和防水技術(shù)的研發(fā)方面，需要加大投入，一旦在這兩個(gè)方面取得重要成果，裝配式混凝土建筑的發(fā)展將取得重大突破。

（3）應(yīng)當(dāng)通過政策引導(dǎo)，促進(jìn)企業(yè)對(duì)其裝配式混凝土建筑項(xiàng)目進(jìn)行合理規(guī)劃，避免因?yàn)槊つ孔非箢A(yù)制率而造成資源浪費(fèi);應(yīng)當(dāng)將預(yù)制構(gòu)件廠的選址問題納入城市總體規(guī)劃，降低運(yùn)輸成本，促進(jìn)行業(yè)良性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭學(xué)明.裝配式建筑概論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019：2-3.

[2]郝際平，薛強(qiáng)，郭亮，孫曉嶺.裝配式多、高層鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系研究與進(jìn)展[J].中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)，2020（3）：30-35.

作者簡(jiǎn)介：曹偉（1989—），男，漢族，江蘇南通人，碩士，講師，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)。