摘要：本文通過對預(yù)制裝配式建筑的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分類歸納，總結(jié)分析了各類結(jié)構(gòu)體系的建筑特點及適用范圍。根據(jù)對預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)缺點進(jìn)行對比研究，給出了預(yù)制裝配式建筑在我國的發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：裝配式;結(jié)構(gòu)體系;預(yù)制構(gòu)件;優(yōu)缺點;對策建議

引言

在建筑工業(yè)化和信息化的積極推動下，裝配式建筑以其靈活多變的施工方法和設(shè)計自由優(yōu)勢，使得該類建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展引領(lǐng)了當(dāng)前時代建筑業(yè)的發(fā)展趨勢和方向，裝配式建筑發(fā)展迅猛。裝配式建筑結(jié)構(gòu)通過對建筑設(shè)計各構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)拆分并采用標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制、施工方案，化整為零;將各預(yù)制的構(gòu)件部分運(yùn)輸至施工現(xiàn)場后集成裝配，集零為整。該類建筑結(jié)構(gòu)自動化程度高，施工質(zhì)量、裝配效率高，可大幅縮短施工工期。

裝配式建筑是指將預(yù)制構(gòu)配件按照設(shè)計的連接方式裝配程具有特定使用功能的工業(yè)與民用建筑。根據(jù)裝配式建筑所使用的材料可以劃分為砌體結(jié)構(gòu)體系、木結(jié)構(gòu)體系、鋼結(jié)構(gòu)體系及混凝土結(jié)構(gòu)體系[1]。通常根據(jù)設(shè)計功能還可將裝配式建筑結(jié)構(gòu)劃分為專用結(jié)構(gòu)體系、通用結(jié)構(gòu)體系。在裝配式建筑結(jié)構(gòu)的工程實踐中，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的承載機(jī)制及使用要求，采用不同方式和特點的裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系是裝配式結(jié)構(gòu)適應(yīng)性研究的重點內(nèi)容。

1 裝配式結(jié)構(gòu)分類及發(fā)展

1.1 輕鋼結(jié)構(gòu)體系

裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)體系主要是利用壓型薄鋼板制作不同受力要求的的各類形狀構(gòu)件，用以建造承載能力高、用鋼量節(jié)省、自重較輕、經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)良的裝配式建筑結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究表明，裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)一般建造高度不超過九層[2]。該類裝配式結(jié)構(gòu)建筑的平面及立面布置靈活、抗震及抗風(fēng)性能好、施工速度快、拆裝方便、材料易回收，是一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)體系。但由于輕鋼材料的熱阻較低，因而該類建筑結(jié)構(gòu)的墻體保溫性能相對較差，耐火及耐腐蝕性也較低。由于鋼材價格高，使得裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)體系主要應(yīng)用在荷載較小的大跨度廠房結(jié)構(gòu)和小型民用建筑房屋結(jié)構(gòu)中，其他各類建筑應(yīng)用較少。

1.2 木結(jié)構(gòu)體系

裝配式木結(jié)構(gòu)體系將采用優(yōu)質(zhì)木材加工制作形成的各類受力構(gòu)件按設(shè)計要求裝配形成的建筑結(jié)構(gòu)體系，我國的木結(jié)構(gòu)體系具有悠久的建造歷史。木結(jié)構(gòu)具有良好的保溫隔熱、節(jié)能減排、抗震抗風(fēng)、居住舒適等性能優(yōu)勢，而通常木材來源廣泛、價格低廉、經(jīng)濟(jì)性好、加工方便，在國外該類結(jié)構(gòu)體系已被廣泛接受，并建有一定規(guī)模的高層裝配式建筑結(jié)構(gòu)。我國的木結(jié)構(gòu)建筑業(yè)分布廣泛，但主要是傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)建筑，新型的裝配式木結(jié)構(gòu)建筑正在作為高端的小眾產(chǎn)品在我國部分特色城鎮(zhèn)建設(shè)中逐漸展開，木結(jié)構(gòu)的高層建筑形式在我國仍較少采用。

1.3 砌體結(jié)構(gòu)體系

裝配式砌體結(jié)構(gòu)是將傳統(tǒng)的砌筑工藝集零為整，通過配筋砌塊砌體結(jié)構(gòu)的預(yù)制化裝配，達(dá)到工業(yè)化建造[3]，提高砌體結(jié)構(gòu)體系的施工效率和質(zhì)量，引入工業(yè)化的加工制造方法，從而解放勞動力，使該類結(jié)構(gòu)體系煥發(fā)新活力。該類結(jié)構(gòu)一般具備抗震性能好、保溫隔熱、節(jié)能環(huán)保、裝配效率高、經(jīng)濟(jì)性能好等優(yōu)勢。通過合理地施工組織，可達(dá)到施工質(zhì)量可靠、工期縮短、環(huán)境保護(hù)、節(jié)省造價等建造目標(biāo)，是村鎮(zhèn)建筑的優(yōu)選結(jié)構(gòu)建造方案。

1.4 混凝土結(jié)構(gòu)體系

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系是目前裝配式應(yīng)用范圍最廣的一種，裝配式混凝土建筑的通用結(jié)構(gòu)體系與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)基本相同，其主要可分為框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。下面介紹幾種較典型的特殊混凝土建筑結(jié)構(gòu)體系。

（1）裝配式框架結(jié)構(gòu)體系

預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)體系的梁、柱等主要受力構(gòu)件均以預(yù)制裝配的方式進(jìn)行預(yù)制和連接，其與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系相似，在各關(guān)鍵連接節(jié)點及拼縫處采用現(xiàn)澆方式連接，使得裝配式框架結(jié)構(gòu)具有較好的整體性，滿足結(jié)構(gòu)受力及變形需要[4]。該類裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的預(yù)制部件主要包括梁、柱、樓梯、樓板及外掛墻板等，其構(gòu)件預(yù)制養(yǎng)護(hù)條件好、裝配效率高、現(xiàn)場濕作業(yè)少，符合預(yù)制裝配工業(yè)化的發(fā)展方向，具有較好的發(fā)展前景。

（2）預(yù)制裝配式剪力墻體系

我國的預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)體系主要包括部分預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)、全預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)、疊合板式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)和多層混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)等。對于部分預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)其是采用內(nèi)墻現(xiàn)澆而外墻預(yù)制的形式建造，各預(yù)制構(gòu)件間的連接方式采用現(xiàn)場澆筑;全預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)體系是所有的剪力墻均由預(yù)制構(gòu)件拼裝而成，預(yù)制墻體間的接縫采用濕連接，該類結(jié)構(gòu)體系的性能略小于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。疊合板式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是在內(nèi)外疊合剪力墻板間澆筑混凝土，形成高度不宜超過18層，且抗震設(shè)防烈度不大于7度的裝配式疊合板混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系[5]。多層裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是適當(dāng)降低預(yù)制墻體間的連接作用，該類裝配式建筑的建造高度不宜超過6層。

（3）預(yù)制大板結(jié)構(gòu)體系

我國在上世紀(jì)70年代的裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)主要采用大板結(jié)構(gòu)體系，預(yù)制構(gòu)件包括大型屋面板、預(yù)制圓孔板、樓梯板及槽形板等，該類結(jié)構(gòu)體系主要應(yīng)用于低層及多層建筑。該類結(jié)構(gòu)體系預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、安裝方便、施工效率高，但其各構(gòu)件的連接方式可靠性低，結(jié)構(gòu)面臨較高的安全風(fēng)險，且使用功能也面臨眾多挑戰(zhàn)[6]，如：混凝土構(gòu)件的接縫開裂、滲漏及圍護(hù)構(gòu)件的隔聲、保暖等。因而該類結(jié)構(gòu)體系已逐漸被新型裝配建筑體系所取代。

2 裝配式建筑優(yōu)點

2.1 預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)化，施工質(zhì)量可靠

對于經(jīng)過精細(xì)設(shè)計的各預(yù)制裝配式構(gòu)件，建筑構(gòu)配件的加工尺寸及預(yù)制施工方式標(biāo)準(zhǔn)一致，良好的工廠室內(nèi)預(yù)制和養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)環(huán)境，能夠最大限度的確保預(yù)制構(gòu)件各項施工指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)落實，改善構(gòu)件施工及養(yǎng)護(hù)環(huán)境，實現(xiàn)各類建筑構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)施工，達(dá)到工程質(zhì)量構(gòu)件高標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。

2.2 勞動強(qiáng)度低，工作環(huán)境改善

在工業(yè)化程度提高的現(xiàn)代建筑施工過程中，采用預(yù)制裝配式的建造方法，不僅可以通過大量的工業(yè)機(jī)械化設(shè)備來代替粗重、重復(fù)的建設(shè)勞動，一些工業(yè)化的機(jī)械操作可大幅降低施工工人的勞動強(qiáng)度，而且還可改善工人的施工工作環(huán)境，提高建筑施工的安全保障。

2.3 建筑信息化，建造技術(shù)高效

隨著BIM技術(shù)的持續(xù)深入發(fā)展，結(jié)合建筑工業(yè)化的助推，通過考慮建筑選型、給排水管線布設(shè)、強(qiáng)弱電線路、建筑裝飾等參數(shù)，將BIM技術(shù)全過程融入裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計和建造[7]，能夠較大程度提高裝配式建筑的營建效率，同時為技術(shù)融合和創(chuàng)新發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

2.4 人力成本低，工業(yè)化程度高

模式統(tǒng)一的各類建筑構(gòu)配件在工廠進(jìn)行預(yù)制加工，工廠預(yù)制的機(jī)械化程度提高，節(jié)省了資源較為稀缺的人力成本，同時也符合我國勞動力發(fā)展的基本趨勢，利用工業(yè)機(jī)械代替人力勞動，減小了建筑施工對人力資源的過度依賴。

2.5 建設(shè)效率高，施工周期縮短

將各類建筑結(jié)構(gòu)根據(jù)受力、使用性能等拆分為不同部件，通過考慮建筑節(jié)能減排設(shè)計需求，對不同結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行綜合設(shè)計，開展大范圍、全類型、多功能的構(gòu)件工廠化預(yù)制，在施工現(xiàn)場進(jìn)行裝配施工，這樣可較容易開展施工組織，優(yōu)化資源配置，提高工程建設(shè)效率高，大幅縮短建設(shè)工期[8]。在惡劣的氣候環(huán)境條件下，裝配式建筑的構(gòu)建預(yù)制施工影響程度較小。

2.6 建材利用高，減少資源浪費(fèi)

在有組織、有計劃的精細(xì)工廠預(yù)制加工中，建筑材料的高效利用被得到完備保障，既可滿足建筑施工精度的可靠控制，同時也能夠大幅減少建筑施工產(chǎn)生的各類建筑垃圾，從而達(dá)到節(jié)能減排及環(huán)保施工標(biāo)準(zhǔn)，滿足國家中長期關(guān)于減碳降碳的生產(chǎn)要求。

3 裝配式建筑缺點

3.1 構(gòu)件多單調(diào)，難滿足個性化

在進(jìn)行裝配式建筑構(gòu)件拆分時，為確保工廠對構(gòu)配件預(yù)制質(zhì)量及現(xiàn)場施工安裝方便性，通常裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件多被拆分為形狀簡單、便于施工的規(guī)則構(gòu)件?，F(xiàn)場裝配施工的方法單一、連接簡便，使得建筑結(jié)構(gòu)的風(fēng)格單調(diào)，不能較好滿足現(xiàn)代人群對建筑結(jié)構(gòu)個性化的使用需求。

3.2 前期投入高，成本不易控制

從裝配式建筑的整體建造及運(yùn)維角度看，裝配式建筑成本相較現(xiàn)澆低，但采用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)往往前期需要較大的生產(chǎn)線投入，建設(shè)數(shù)量、規(guī)模較大的機(jī)械加工設(shè)備，而且由于建造環(huán)節(jié)多，施工牽涉面廣，各項施工成本不易直接控制，間接施工費(fèi)占比大且不易壓縮。

3.3 構(gòu)件數(shù)量多，運(yùn)輸成本高昂

對于裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系，在進(jìn)行構(gòu)配件拆分設(shè)計時，需綜合考慮預(yù)制裝配建筑的加工、運(yùn)輸及吊裝要求，數(shù)量眾多的預(yù)制構(gòu)件均需借助大型運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備由工廠運(yùn)至施工現(xiàn)場，預(yù)制裝配建筑的建設(shè)運(yùn)輸費(fèi)用昂貴，運(yùn)輸成本高。

3.4 裝配精度高，施工容錯率小

在施工現(xiàn)場對各類構(gòu)配件進(jìn)行裝配連接施工時，因構(gòu)件尺寸及規(guī)格已確定，因而對現(xiàn)場施工建造的精度控制要求高，當(dāng)施工誤差超出相關(guān)范圍時，預(yù)制構(gòu)件及預(yù)埋件的連接施工困難，且難以補(bǔ)救，造成裝配困難。因而，裝配式建筑的各預(yù)制構(gòu)件裝配式施工容錯、容差范圍較小。

3.5 結(jié)構(gòu)連接弱，建筑整體性差

在現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工設(shè)計時，要求每斷面內(nèi)鋼筋的連接數(shù)量不超過50%，而對于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在進(jìn)行節(jié)點連接時，通常要求全斷面接長連接，且節(jié)點處構(gòu)造復(fù)雜，施工質(zhì)量難保證，結(jié)構(gòu)的整體性能低，水平抗側(cè)能力差，不適宜用于高層建筑和高烈度地區(qū)[9]。

4 裝配式建筑發(fā)展對策

通過分析該類建筑的設(shè)計及建造特點，我們應(yīng)避免如下建設(shè)盲區(qū)：

（1）過度提倡高效施工，降低結(jié)構(gòu)的安全可靠指標(biāo)。裝配式建筑施工過程中，主要通過預(yù)埋件的螺栓連接、焊接連接、企口連接、插承連接及濕連接等方式進(jìn)行裝配建造，但各類連接方式的安全承載機(jī)制復(fù)雜、性能不一，且各構(gòu)件的連接節(jié)點是結(jié)構(gòu)整體承載的薄弱區(qū)域，也是裝配式建筑結(jié)構(gòu)安全可靠指標(biāo)的重要關(guān)注點，因而高效裝配施工不應(yīng)以降低結(jié)構(gòu)安全性能為代價，忽視了建筑結(jié)構(gòu)的整體安全性。

（2）一味強(qiáng)調(diào)降低人力資源，造成經(jīng)濟(jì)成本過高。在人力資源逐漸緊缺，人力成本逐漸提高，建筑工業(yè)化能很大程度減緩人力資源成本稀缺的沖擊，但在降低人力資源要求的同時，加大了對工業(yè)機(jī)械等設(shè)備的依賴，可能裝配式建筑施工成本整體略有提升，但如不加以對比權(quán)衡，可能導(dǎo)致裝配式建筑施工的經(jīng)濟(jì)性欠佳。

（3）盲目為了裝配率，開展大范圍的裝配式建筑。在政府部門持續(xù)強(qiáng)力的推廣下，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)在我國得到了全面發(fā)展，結(jié)構(gòu)形式及施工技術(shù)日趨成熟。但仍不能忽視，在我國部分地區(qū)將建筑裝配率作為基層建設(shè)部門政績考核的重要指標(biāo)，變相推動裝配式建筑的發(fā)展和落地，將裝配建筑的高質(zhì)量發(fā)展本末倒置，不利于該類建筑結(jié)構(gòu)的長期持續(xù)健康發(fā)展。

（4）過分追求高端一流化廠房設(shè)備，忽視建筑經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。裝配式建筑結(jié)構(gòu)的預(yù)制構(gòu)件的產(chǎn)生效率和施工質(zhì)量一定程度上取決于預(yù)制機(jī)械設(shè)備的性能，高度的工業(yè)化機(jī)械設(shè)備支持是裝配式建筑的基礎(chǔ)，而該類設(shè)備成本普遍偏高，通用性不強(qiáng)。在進(jìn)行預(yù)制裝配式建筑的推廣和發(fā)展規(guī)劃時，應(yīng)循序漸進(jìn)，合理開發(fā)成本可靠的通用型機(jī)械設(shè)備，不能忽視裝配式建筑發(fā)展的經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)語

近年來，隨著建筑行業(yè)的工業(yè)程度提高，裝配式建筑結(jié)構(gòu)的理論研究及施工技術(shù)日益成熟，加之政府部門的持續(xù)加力推廣，我國裝配式建筑發(fā)展日新月異。通過本文的分析研究，以其促進(jìn)裝配式建筑在我國的快速高質(zhì)量發(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，2018.

[2]孫?川. 裝配式砌體結(jié)構(gòu)的施工工藝與應(yīng)用[J]. 磚瓦，2017（12）：35-37.

[3]Norman Murray，Terrence Fernando，Ghassan Aouad. A virtual environment for the design and simulated construction of prefabricated buildings[J]. Virtual Reality，2003，64.

[4]麥俊明，楊?豹. 預(yù)制裝配式混凝土建筑發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J]. 廣東建材，2014（01）：72-73.

[5]王瑞強(qiáng). 談預(yù)制裝配式建筑[J]. 山西建筑，2013（22）：95-96.

[6]曹禎記.裝配式大板剪力墻結(jié)構(gòu)工程施工[J]. 四川水泥，2021（07）：147-148.

[7]張雪楠. 吉林省裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀及對策研究[J]. 北方建筑，2021，6（05）：12-15.

[8]宋亦工. 裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)工程施工組織管理[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017.

[9]吳?剛，馮德成. 裝配式混凝土框架節(jié)點基本性能研究進(jìn)展[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2018，39（08）：1-16.

作者簡介：張保榮，男，1988年7月出生，漢族，本科，陜西延安，工程師，研究方向：BIM+裝配式。