淺談裝配式結(jié)構(gòu)的抗震性能及發(fā)展方向

唐忻忻

（信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司，江蘇 無(wú)錫 214063）

迄今為止，科學(xué)界都無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地震災(zāi)害，往往都是突發(fā)性地震，而且地震釋放的能量巨大，對(duì)建筑物可以造成破壞性傷害，同時(shí)對(duì)個(gè)人和財(cái)產(chǎn)的安全構(gòu)成極大威脅，因此，對(duì)建筑的抗震要求越來(lái)越高，而作為今后建筑發(fā)展方向的裝配式結(jié)構(gòu)，對(duì)其抗震性能進(jìn)行研究在當(dāng)今社會(huì)尤為重要。

1 裝配式結(jié)構(gòu)的概念

裝配式結(jié)構(gòu)通常指預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，是指將建筑物的部分或者全部的結(jié)構(gòu)構(gòu)件在預(yù)制場(chǎng)或加工廠預(yù)制生產(chǎn)，然后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)吊裝將結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝就位后，再采用可靠的連接措施組裝，最終形成滿足國(guó)家規(guī)范要求的建筑。推行裝配式建筑，可以有效節(jié)約資源、減少施工污染、提升勞動(dòng)生產(chǎn)效率和質(zhì)量安全水平，有利于推進(jìn)建筑業(yè)的信息化工業(yè)化生產(chǎn)［1］。

2 裝配式結(jié)構(gòu)體系的分類及特點(diǎn)

裝配式結(jié)構(gòu)可按結(jié)構(gòu)材料、建筑高度、預(yù)制率等不同標(biāo)準(zhǔn)分類。從結(jié)構(gòu)體系來(lái)說(shuō)，目前采用比較多的有裝配式框架結(jié)構(gòu)、裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)以及裝配式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)［2］。

裝配式框架結(jié)構(gòu)：主要應(yīng)用于對(duì)大空間要求比較高的建筑，譬如醫(yī)院、學(xué)校、商店等。該體系中基本所有構(gòu)件均可預(yù)制，一般有預(yù)制柱、預(yù)制梁、疊合板、預(yù)制墻板、預(yù)制女兒墻等等。該體系預(yù)制構(gòu)件種類較少，各構(gòu)件重量差異不至過(guò)大，鋼筋連接及錨固形式較為統(tǒng)一，拼裝節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化程度高。

裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)：大范圍用于住宅建筑，其豎向受力構(gòu)件為剪力墻，預(yù)制構(gòu)件一般包括預(yù)制外墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)、預(yù)制剪力墻內(nèi)墻、預(yù)制梁、疊合板、預(yù)制陽(yáng)臺(tái)板、預(yù)制樓梯、預(yù)制空調(diào)板等等［3］。因住宅層數(shù)較多，且每層布置基本一致，該體系預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度很高，且現(xiàn)場(chǎng)施工每層工藝相同，施工效率較高且能比較好的控制施工質(zhì)量。

裝配式框架剪力墻結(jié)構(gòu)：一般是辦公、酒店的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)體系，剪力墻為第一道抗震防線，預(yù)制框架為第二道防線。該體系性能介于框架與剪力墻之間。一般工程中，該體系剪力墻部分現(xiàn)澆居多，框架部分預(yù)制。在高度50m以上，100m以下建筑應(yīng)用較多，較剪力墻結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟(jì)，空間性能更好，較框架結(jié)構(gòu)抗震性能更加優(yōu)秀。

3 裝配式結(jié)構(gòu)的抗震性能研究現(xiàn)狀

3.1 裝配式結(jié)構(gòu)抗震性能研究的外部現(xiàn)狀

在國(guó)外，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展比較先進(jìn)，技術(shù)也相對(duì)成熟。第二次世界大戰(zhàn)后，西德地區(qū)房屋毀壞嚴(yán)重，德國(guó)的住房需求趨緊，同時(shí)城市人口快速增長(zhǎng)，這促進(jìn)了住房的工業(yè)化進(jìn)程。與德國(guó)相似，二戰(zhàn)后的日本也面臨著重建，促使工業(yè)化住宅實(shí)現(xiàn)了快速增長(zhǎng)，幾乎占了竣工住宅的三分之一。通過(guò)住宅工業(yè)化解決戰(zhàn)后房荒的問(wèn)題，促使了國(guó)外裝配式結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展，目前已經(jīng)探索出一條生態(tài)與綠色的可持續(xù)發(fā)展之路。尤其是美國(guó)，已經(jīng)形成了完善的標(biāo)準(zhǔn)化體系，在各方面都達(dá)到了很高的工業(yè)化水平。

歐美以及日本這些裝配式結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常成熟的國(guó)家，由于地理位置出于大陸板塊的交界處，經(jīng)常發(fā)生地震，因此對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)的抗震性能經(jīng)過(guò)了深入細(xì)致的研究。美國(guó)的建筑規(guī)范UBC97規(guī)定，裝配式結(jié)構(gòu)必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)及分析，其強(qiáng)度、剛度等抗震相關(guān)性能必須等同于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)才可以用于地震區(qū)。對(duì)于裝配式的連接，各國(guó)研究人員也提出了許多不同形式的連接，如非線性彈性連接、線彈性連接、庫(kù)倫摩擦連接等等，并展開(kāi)了大量實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)的抗震性能有了深入的了解，對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)的大面積推廣起到了積極的推動(dòng)作用。

3.2 裝配式結(jié)構(gòu)抗震性能研究的內(nèi)部現(xiàn)狀

我國(guó)其實(shí)早在20世紀(jì)50～70年代就有過(guò)第一次裝配式結(jié)構(gòu)的浪潮，那個(gè)時(shí)候主要為裝配式大板結(jié)構(gòu)，預(yù)制構(gòu)件主要有屋面板、樓梯等，用于低、多層結(jié)構(gòu)。但是當(dāng)時(shí)對(duì)抗震性能研究的比較缺乏，1990年以來(lái)，結(jié)構(gòu)的抗震性能使人們對(duì)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的擔(dān)憂愈發(fā)加重，唐山大地震、汶川地震等災(zāi)難下，以前的裝配式大板結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用逐漸減少［4］。但是，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)節(jié)能環(huán)保的要求不斷提高以及人工成本的不斷上漲，中國(guó)對(duì)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的研究在過(guò)去十幾年中開(kāi)始增加。標(biāo)準(zhǔn)體系在設(shè)計(jì)，零件生產(chǎn)，建筑和安裝，質(zhì)量檢驗(yàn)和批準(zhǔn)方面不斷改進(jìn)。

結(jié)合以往教訓(xùn)和國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)抗震性能也做了大量理論分析和試驗(yàn)研究，許多學(xué)者在不同方向?qū)Ρ妊b配式結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆式結(jié)構(gòu)，提出了一套行之有效的裝配式結(jié)構(gòu)的梁、柱、板的設(shè)計(jì)方法、構(gòu)造措施、連接方法等。同時(shí)國(guó)家也在許多地方促進(jìn)和倡導(dǎo)裝配式建筑的發(fā)展，使工程界積累了大量的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)，盡管相較與歐美、日本等國(guó)家國(guó)內(nèi)的裝配式結(jié)構(gòu)理論、發(fā)展仍較為落后，但國(guó)內(nèi)還是一步一個(gè)腳印穩(wěn)步前行，使裝配式結(jié)構(gòu)性能滿足國(guó)家規(guī)范，甚至優(yōu)于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)更節(jié)能更環(huán)保更安全。

4 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)精湛

預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)通常由相關(guān)生產(chǎn)部門通過(guò)生產(chǎn)線和機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)，從而在一定程度上降低了人為失誤的可能性，而日常生產(chǎn)活動(dòng)則使相關(guān)人員精通分工。工廠的工作區(qū)域相對(duì)較小，便于質(zhì)量監(jiān)督工作，這些因素使得組裝好的混凝土結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程非常好。另外，一般的混凝土結(jié)構(gòu)維修工作在施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常進(jìn)行，影響因素很多，但預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)維修工作在工廠進(jìn)行，維修環(huán)境易于控制，大大提高了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的制造工藝。

4.2 預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的高生產(chǎn)效率

如上所述，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)通常在工廠生產(chǎn)，并且當(dāng)前的生產(chǎn)線是高度機(jī)械化和自動(dòng)化的，這可以有效地提高預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)效率。由于預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)不受環(huán)境因素的影響，因此大大減少了因氣候問(wèn)題引起的施工延遲，適當(dāng)?shù)沫h(huán)境在一定程度上縮短了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的維護(hù)時(shí)間。維修完成后可立即使用，在一定程度上縮短了施工周期，節(jié)省了裝修時(shí)間，大大提高了施工人員的工作效率［5］。

4.3 施工混凝土結(jié)構(gòu)完整性差

由于預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)通常是批量生產(chǎn)的，建筑工地上如果缺乏指導(dǎo)監(jiān)督，在組裝工作中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，從而導(dǎo)致整個(gè)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的整體性較差，從而在一定程度上降低了抗震性能。在用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)建造的建筑物上經(jīng)歷了一次地震之后，一些預(yù)制結(jié)構(gòu)遭受了嚴(yán)重的破壞，凸顯了完整性差的問(wèn)題，

4.4 預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸困難

由于組裝好的混凝土結(jié)構(gòu)是在工廠生產(chǎn)的，因此還必須將其運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，在此過(guò)程中，運(yùn)輸工作會(huì)在一定程度上增加項(xiàng)目的資本消耗，組裝好的混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)被運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。運(yùn)輸過(guò)程中大型車輛的交通在市區(qū)中大部分受到限制，這使得預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸在一定程度上變得困難。

5 裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向

5.1 加強(qiáng)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的整體性能

由于預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)是由預(yù)制零件組裝而成的，因此與現(xiàn)澆混凝土相比，節(jié)點(diǎn)連接的整體性能相對(duì)較差。發(fā)生地震時(shí)連接預(yù)制部件很容易發(fā)生安全事故。有關(guān)部門要加大對(duì)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)整體性能的研究力度，并根據(jù)實(shí)際施工情況進(jìn)行具體調(diào)整。人們認(rèn)為，隨著近年來(lái)中國(guó)人口的穩(wěn)定增長(zhǎng)，高層建筑也在增加。因此，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的整體性能直接決定了高層建筑的安全質(zhì)量。如果整體表現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)，將嚴(yán)重影響居民的日常生活，并帶來(lái)一定的安全隱患。因此，有必要加強(qiáng)對(duì)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)整體性能的研究。

5.2 規(guī)范預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的施工流程

預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的整體性能很大程度上取決于現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件的組裝，而現(xiàn)場(chǎng)操作人員可能對(duì)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)接觸較少或認(rèn)知不足，同時(shí)預(yù)制構(gòu)件數(shù)量龐大，導(dǎo)致施工更加容易出錯(cuò)。因此，施工方在施工前就應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)、業(yè)主、政府等相關(guān)部門積極溝通。施工準(zhǔn)備階段，嚴(yán)格把控預(yù)制構(gòu)件的精度，給預(yù)制結(jié)構(gòu)件編號(hào)且規(guī)定好存放位置，根據(jù)構(gòu)件裝配順序擺放，做好專項(xiàng)施工方案，及時(shí)對(duì)操作人員進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)。施工過(guò)程中，對(duì)預(yù)制構(gòu)件的吊裝、放線要嚴(yán)格控制，科學(xué)配置施工人員及監(jiān)督人員，確保預(yù)制構(gòu)件安裝連接接質(zhì)量。國(guó)家也需對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)提出更加詳細(xì)嚴(yán)格的施工及驗(yàn)收規(guī)范，以便更加規(guī)范的控制施工質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，裝配式建筑的開(kāi)發(fā)符合中國(guó)目前的發(fā)展目標(biāo)和追求建筑業(yè)創(chuàng)新的發(fā)展需求，也符合中國(guó)的《可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃》，裝配式建筑物不僅可以大大減少人力，資源和能源的浪費(fèi)，而且可以實(shí)現(xiàn)低碳，環(huán)保，并大大減少施工過(guò)程中的環(huán)境污染和破壞。因此，為了促進(jìn)預(yù)裝配式建筑的發(fā)展，必須對(duì)裝配式建筑物的發(fā)展中存在的問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的分析研究，并根據(jù)實(shí)際情況提出可采取的行動(dòng)。