林超

【摘 要】發(fā)展裝配式RC結(jié)構(gòu)是推動我國建筑工業(yè)化進(jìn)程的需要。本文介紹了國內(nèi)外裝配式RC結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀，并重點介紹了外殼預(yù)制核心現(xiàn)澆裝配整體式RC結(jié)構(gòu)的國內(nèi)外研究、應(yīng)用現(xiàn)狀。

【關(guān)鍵詞】裝配式；裝配整體式；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)形式

我國政府在“十二五”規(guī)劃中明確提出，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，其中大力發(fā)展節(jié)能省地型建筑是重要的一方面。發(fā)展綠色建筑，實現(xiàn)能源的節(jié)省和與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展，是擺在中國城市規(guī)劃和建筑者面前的重要課題。從建筑的全生命周期來看，建筑需要從設(shè)計、施工、建造、使用到最后拆除的全過程都要減少資源消耗，與環(huán)境相和諧；節(jié)能建筑的重要特征之一就是少消耗資源，設(shè)計、建造、使用均要求減少資源消耗。對結(jié)構(gòu)工程師而言，結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化、建造（施工）工法的改進(jìn)及創(chuàng)新是建造節(jié)能、降耗、減排的重要環(huán)節(jié)。

1 裝配式RC結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

目前，鋼筋混凝土（RC）結(jié)構(gòu)一般采用傳統(tǒng)的整體現(xiàn)澆施工方法，該施工方法能切實保證RC結(jié)構(gòu)具有較優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能并已被工程人員所接受，但是，采用傳統(tǒng)施工工法時大量的混凝土均是現(xiàn)場澆筑，不僅存在現(xiàn)場作業(yè)量大、工期較長、工人勞動強(qiáng)度高、對環(huán)境影響大（如噪音、揚(yáng)塵、水污染、建筑垃圾多）等缺陷，而且難以保證工程質(zhì)量。所以，發(fā)展綠色建筑、提倡綠色施工、實現(xiàn)建筑工業(yè)化是建筑節(jié)能的重要措施。

與現(xiàn)澆施工工法相比，裝配式RC結(jié)構(gòu)有利于綠色施工，因為裝配式施工更能符合綠色施工的節(jié)地、節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水和環(huán)境保護(hù)等要求，降低對環(huán)境的負(fù)面影響，包括降低噪音、防止揚(yáng)塵、減少環(huán)境污染、清潔運(yùn)輸、減少場地干擾、節(jié)約水、電、材料等資源和能源，遵循可持續(xù)發(fā)展的原則。而且，裝配式結(jié)構(gòu)可以連續(xù)地按順序完成工程的多個或全部工序，從而減少進(jìn)場的工程機(jī)械種類和數(shù)量，消除工序銜接的停閑時間，實現(xiàn)立體交叉作業(yè)，減少施工人員，從而提高工效、降低物料消耗、減少環(huán)境污染，為綠色施工提供保障。另外，裝配式結(jié)構(gòu)在較大程度上減少建筑垃圾（約占城市垃圾總量的30%～40%），如廢鋼筋、廢鐵絲、廢竹木材、廢棄混凝土等。

建筑工業(yè)化是我國建筑業(yè)的發(fā)展方向。裝配式建筑的最大特點就是制造工廠化，施工速度非?？欤稍诙唐趦?nèi)竣工；工人現(xiàn)場作業(yè)的勞動強(qiáng)度大幅度減少，交叉作業(yè)方便有序；房屋制造的質(zhì)量容易保證；施工時的噪音降低，物料堆放場地減少，有利于環(huán)境的保護(hù)；由于工廠化生產(chǎn)和現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)裝配，使房屋建造成本降低。因此，裝配式房屋結(jié)構(gòu)的許多優(yōu)點是傳統(tǒng)房屋建造方法無法比擬的，屬于綠色建筑施工。

2 裝配式RC結(jié)構(gòu)在我國的研究與應(yīng)用

目前，我國裝配式結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于房屋建筑[1]和橋梁結(jié)構(gòu)[2]。建筑結(jié)構(gòu)的裝配式結(jié)構(gòu)主要有裝配式大板結(jié)構(gòu)、全裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)、裝配整體式鋼骨或鋼管混凝土框架、裝配式混凝土抗震墻、裝配式板柱結(jié)構(gòu)以及預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配整體式結(jié)構(gòu)，并開展了相應(yīng)的研究，較多的學(xué)者對裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點、框架進(jìn)行了研究。主要的相關(guān)研究如下：同濟(jì)大學(xué)呂西林教授等對現(xiàn)澆、裝配整體式和全裝配式框架進(jìn)行了對比試驗研究，探討其異同點和注意事項；北京工業(yè)大學(xué)李振寶教授等對“干”連接的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)以及混合連接裝配式框架中內(nèi)節(jié)點的抗震性能進(jìn)行了研究，研究表明該結(jié)構(gòu)形式具有較好的抗震性能，可應(yīng)用于抗震區(qū)；合肥工業(yè)大學(xué)柳炳康教授對預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點和框架進(jìn)行了試驗研究和理論分析，探討了其抗震性能和破壞特性；南京大地建設(shè)集團(tuán)劉亞非等人對預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配整體式結(jié)構(gòu)（即世構(gòu)體系，SCOPE）進(jìn)行了研究并制定了江蘇省地方規(guī)程，已有近百萬平米的工程應(yīng)用。然而，裝配式結(jié)構(gòu)的節(jié)點連接可靠性相對較差，在地震區(qū)的使用受到一定限制；“干式”連接和混和連接裝配RC結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性能還提高的余地。基于上述研究，近年國家自然科學(xué)基金對預(yù)壓裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力裝配混凝土結(jié)構(gòu)減振技術(shù)研究進(jìn)行了立項。

3 裝配式RC結(jié)構(gòu)在國外的研究與應(yīng)用

裝配整體式結(jié)構(gòu)在日本、美國、加拿大、德國等國發(fā)展較早，開展了許多裝配式、半裝配式RC結(jié)構(gòu)的研究工作，建立了較完整的設(shè)計規(guī)范和規(guī)程。在美國和加拿大，裝配式主要用于鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、墻體系統(tǒng)、屋面系統(tǒng)、門窗及附屬配件，同時對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中的摩擦耗能技術(shù)進(jìn)行了研究。日本的裝配式結(jié)構(gòu)發(fā)展較快且處于領(lǐng)先的地位，主要裝配式RC結(jié)構(gòu)有以下幾類：預(yù)壓裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)、采用預(yù)制側(cè)板的裝配整體式結(jié)構(gòu)、外殼預(yù)制核心現(xiàn)澆裝配整體式RC結(jié)構(gòu)。在20世紀(jì)90年代，日本對預(yù)壓裝配式混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究并編制了相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范，已應(yīng)用于橫濱競技場和20余棟建筑中，建筑面積218700m2，僅用200工日建成。近年，日本對后兩種裝配式結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試驗研究，預(yù)制混凝土外殼既作為模板，也作為結(jié)構(gòu)的一部分與核心現(xiàn)澆混凝土共同參加工作；預(yù)制混凝土外殼在工廠預(yù)制，箍筋和部分主筋澆筑在外殼內(nèi)，現(xiàn)場進(jìn)行吊裝、定位并配置梁、柱主筋后，澆筑核心區(qū)混凝土以及樓板面層。該結(jié)構(gòu)體系能夠節(jié)約大量模板及工作量、實現(xiàn)建筑工業(yè)化、縮短工期提高建造效率；同時減少現(xiàn)場澆筑量，降低噪音和有利于環(huán)境保護(hù)。牧田敏郎、小柳光生和杉木訓(xùn)詳?shù)葘W(xué)者對外殼預(yù)制核心現(xiàn)澆裝配整體式RC梁、柱及裝配式梁柱節(jié)點進(jìn)行了試驗研究。基于上述研究成果，近年，采用該結(jié)構(gòu)體系建造多座多高層建筑：2001年建32層?xùn)|京板橋高層住宅，2002年建北海道札榥大樓，2003年建40層北海道札幌琴似站口大樓，2004年建43層廣島市Apan大樓。

4 外殼預(yù)制核心現(xiàn)澆裝配整體式RC結(jié)構(gòu)體系介紹

外殼預(yù)制核心現(xiàn)澆裝配整體式RC結(jié)構(gòu)體系，樓板采用大型疊合板，RC梁、柱構(gòu)件的混凝土保護(hù)層連同箍筋預(yù)制（稱為預(yù)制外殼，壁厚約40mm-60mm）、外殼吊裝定位并配置主筋和節(jié)點處理后，澆筑梁、柱核心區(qū)及板面混凝土形成裝配整體式RC結(jié)構(gòu)。預(yù)制外殼可在工廠或工作臺上集中預(yù)制。預(yù)制外殼和樓面大板既作為施工模板也作為結(jié)構(gòu)的一部分。

與目前我國現(xiàn)有的裝配式結(jié)構(gòu)體系相比，外殼預(yù)制核心現(xiàn)澆裝配整體式RC結(jié)構(gòu)體系具有新的特點：（1）不需要特殊的施工技術(shù)，如預(yù)應(yīng)力技術(shù)等；（2）不需要特殊的施工設(shè)備，預(yù)制外殼重量較小，現(xiàn)有的吊裝設(shè)備完全能滿足該結(jié)構(gòu)體系的施工需要；（3）該結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)件具有與現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件相同的整體性和抗震性能[3-6]，能夠克服我國現(xiàn)有部分裝配式結(jié)構(gòu)整體性、抗震性能不夠優(yōu)越的缺陷；（4）該結(jié)構(gòu)體系完全可以采用與現(xiàn)澆RC結(jié)構(gòu)相同的設(shè)計方法和軟件，容易為廣泛設(shè)計人員所接受。

根據(jù)已有的研究成果以及國外實際工程的應(yīng)用情況，外殼預(yù)制核心現(xiàn)澆裝配整體式RC結(jié)構(gòu)既具有現(xiàn)有裝配RC結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，又具有優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能，所以，該新型RC結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該成為今后我國發(fā)展建筑工業(yè)化的優(yōu)選方案之一。但是，我國尚缺少對該類RC結(jié)構(gòu)體系的系統(tǒng)研究，更沒有工程應(yīng)用實例。所以，本文建議應(yīng)根據(jù)我國的國情和建筑材料、設(shè)計規(guī)范的特點，開展該結(jié)構(gòu)體系的預(yù)制外殼及其結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的設(shè)計與制作工藝、施工工法、結(jié)構(gòu)性能的研究，通過試驗研究和理論分析，把握該新型混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能，建立結(jié)構(gòu)分析方法和計算理論，提出合理的設(shè)計方法，并進(jìn)行工程試點，最后制定相應(yīng)的設(shè)計、施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推動我國建筑技術(shù)的發(fā)展和建筑工業(yè)化進(jìn)程。

5 結(jié)束語

為了貫徹國家“節(jié)能減排”政策，順應(yīng)建筑標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展趨勢，發(fā)展我國裝配式結(jié)構(gòu)，有必要借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，并考慮到我國建筑工程的現(xiàn)狀、建筑材料特點以及我國現(xiàn)有設(shè)計規(guī)范，進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系、建造工法的創(chuàng)新，通過改進(jìn)開發(fā)、試驗研究和理論分析，提出適合我國現(xiàn)狀、合理的計算結(jié)論、設(shè)計方法和施工工法。

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[責(zé)任編輯：曹明明]