多種裝配式結(jié)構(gòu)體系?的施工技術(shù)工藝的與發(fā)展趨勢(shì)的研究與分析

2022-05-10

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隨著我國(guó)近年來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與改變，傳統(tǒng)建筑業(yè)面臨以下嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：勞力短缺、成本提升、業(yè)主對(duì)工期和質(zhì)量提出更高要求，以及綠色環(huán)保安全等方面的嚴(yán)格規(guī)定。相對(duì)于傳統(tǒng)現(xiàn)澆型建筑，裝配式建筑作為以上各個(gè)問(wèn)題的更優(yōu)解，得到了快速發(fā)展和廣泛認(rèn)可。工程界采用裝配式技術(shù)取得良好效益，政府明確了建筑業(yè)未來(lái)方向在于“綠色、工業(yè)化、信息化”。進(jìn)一步地，以上背景并不局限于國(guó)界，大體上逐步成為世界主流。

裝配式建筑工法的完善使結(jié)構(gòu)的預(yù)制率不斷提升，目前己達(dá)到較高的水平，尤其是在歐洲出現(xiàn)了不少出色的全預(yù)制案例：在美國(guó)、日本和我國(guó)，在高烈度地震區(qū)采用較高預(yù)制率的結(jié)構(gòu)，也有一系列成功經(jīng)驗(yàn)。此外，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在高層、大型、復(fù)雜的建設(shè)中得到不斷推廣。在這樣的行業(yè)背景下，預(yù)制構(gòu)件所帶來(lái)的影響并不能通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)性能、連接性能的深入研究就得到全面的解答，學(xué)者與工程師們對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)有區(qū)別于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的體系性能、行為、機(jī)理日益關(guān)注，并針對(duì)以下方面進(jìn)行了研究：

（1）高預(yù)制率、多個(gè)部件采用全預(yù)制的結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)假設(shè)的適用性及其偏差程度，例如樓板面內(nèi)剛性、次梁不引起主梁扭轉(zhuǎn)、非結(jié)構(gòu)墻體對(duì)剛度的貢獻(xiàn)和對(duì)破壞模式的影響等等；

（2）等效現(xiàn)澆的裝配式節(jié)點(diǎn)，因其預(yù)制的精細(xì)以及高性能新材料等技術(shù)，能否形成高延性和構(gòu)件承載力的合理梯度，從而保證體系在大震下實(shí)現(xiàn)合理的出鉸機(jī)制；

（3）非等效現(xiàn)澆的新型裝配式節(jié)點(diǎn)性能如何影響到體系行為，例如采用預(yù)應(yīng)力和節(jié)段化降低殘余位移，再進(jìn)一步結(jié)合體外耗能件和二次剛度技術(shù)實(shí)現(xiàn)全過(guò)程損傷可控與快速修復(fù)。

以上方面的研究是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)性能研究的必要延伸，節(jié)點(diǎn)性能的己有成果為其提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，然而以下方面的研究則拓展了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系的前景：

（1）利用預(yù)制的便利在體系的局部形成復(fù)雜而性能卓越的子結(jié)構(gòu)，或增加一道防線，如節(jié)段式耗能搖擺墻、框架結(jié)構(gòu)中的軟鋼耗能跨等；

（2）總體而言，形成了鉆石型斜網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系、網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)體系等難以通過(guò)現(xiàn)澆工法實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，方便形成節(jié)段面和柔性層，拓寬減隔震裝置優(yōu)化布設(shè)的可行域。

這些新型體系的結(jié)構(gòu)性能，帶來(lái)了設(shè)計(jì)計(jì)算的挑戰(zhàn)，現(xiàn)行規(guī)范和現(xiàn)有計(jì)算手段不可能全面涵蓋以上體系，一種觀點(diǎn)是通過(guò)判斷、簡(jiǎn)化、歸并等效等前期處理將其合理納入現(xiàn)有計(jì)算設(shè)計(jì)流程，另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為應(yīng)根據(jù)其本身特點(diǎn)設(shè)定不同的計(jì)算設(shè)計(jì)方法。

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系具有生產(chǎn)效率高、建設(shè)周期短、產(chǎn)品質(zhì)量好、環(huán)境影響小和可持續(xù)發(fā)展能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，符合我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和綠色發(fā)展的要求，己經(jīng)成為目前建筑業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然途徑，但其現(xiàn)階段的發(fā)展應(yīng)用也存在諸多問(wèn)題，面臨很多挑戰(zhàn)。

針對(duì)現(xiàn)階段裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜繁多，發(fā)展應(yīng)用緩慢等突出問(wèn)題，本文選取裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)、裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)、空間盒式結(jié)構(gòu)與模塊建筑結(jié)構(gòu)四類具代表性的裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系，主要介紹論述其體系形式、優(yōu)缺點(diǎn)、試驗(yàn)研究等內(nèi)容，呈現(xiàn)裝配式結(jié)構(gòu)體系方面最新研究進(jìn)展的主流脈絡(luò)和理論思路，期望為我國(guó)今后裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系的理論發(fā)展和工程應(yīng)用提供一定的參考。

裝配式建筑7種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)體系

一、鋼筋混凝土板式結(jié)構(gòu)體系

灌漿套筒連接適用大直徑鋼筋，適宜鋼筋集中連接，可用直接或間接連接形式。

優(yōu)點(diǎn)：適用大直徑鋼筋，應(yīng)用面廣，技術(shù)成熟；適宜鋼筋的集中連接，可用直接連接和間接連接等形式；便于現(xiàn)場(chǎng)操作，可采用群灌技術(shù)注漿，施工效率較高。

不足：造價(jià)成本高，連接操作難度大，隱檢困難。

豎向連接

考慮到低層房屋，在水平力作用下，基本不產(chǎn)生傾覆力，以剪力為主，故省去套筒，直接采用圓孔插筋灌漿連接，降低成本與施工難度。

鋼筋套筒灌漿過(guò)程

主要問(wèn)題

① 結(jié)構(gòu)安全性。缺乏有效的套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)手段。現(xiàn)有技術(shù)大幅度提高檢測(cè)成本。

② 工期。急需解決冬季灌漿停工問(wèn)題。

③ 成本。單個(gè)套筒平均成本（套筒+灌漿料+輔材+人工）=100元。

二、預(yù)制空心剪力墻體系：EVE

三、疊合式剪力墻體系（雙皮墻）

雙皮墻連接工廠預(yù)制兩片板疊合，兩片墻之間內(nèi)芯預(yù)留后澆混凝土區(qū)域。

建筑混凝土和鋼筋含量大，結(jié)構(gòu)整體性好，可應(yīng)用于地下建筑外墻裝配。

優(yōu)點(diǎn)：上下層剪力墻現(xiàn)澆連接，內(nèi)外墻板與內(nèi)芯整體受力；預(yù)制部分代替了部分模板，可全自動(dòng)化生產(chǎn)。

四、縱肋疊合剪力墻結(jié)構(gòu)

內(nèi)、外墻板為獲得zhuanli的特殊空心結(jié)構(gòu)墻板，其它構(gòu)件與目前的剪力墻結(jié)構(gòu)相同。

外墻仍然采用“結(jié)構(gòu)保溫裝飾一體化”三明治結(jié)構(gòu)，可充分利用現(xiàn)有流水線設(shè)備，采用反打工藝實(shí)現(xiàn)清水混凝土、藝術(shù)混凝土、瓷板飾面效果，外墻保溫防火性好，也更耐久性。

用免套筒鋼筋搭接連接技術(shù)，避免套筒灌漿安全隱患。通過(guò)墻板空腔內(nèi)搭接鋼筋和后澆混凝土形成整體結(jié)構(gòu)；實(shí)驗(yàn)研究證明，該體系的抗震性能與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)基本一致，完全滿足國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求。墻板內(nèi)部空腔最小尺寸大于10cm，易于混凝土澆筑密實(shí)。

板塊大、重量輕，利于實(shí)現(xiàn)快速低成本施工。與現(xiàn)有技術(shù)相比，實(shí)現(xiàn)同樣的建筑功能前提下，對(duì)于預(yù)制率40%左右的高層住宅，成本可降低200元/m2左右。