徐誠,孫淑萍,肖志娟

（硅湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院，昆山市 215332）

1 前言

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率，減少人工誤差，保證構(gòu)件質(zhì)量，減少對(duì)環(huán)境的影響。并通過工廠化生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化施工，保證施工質(zhì)量，提高建筑安全性與耐久性，充分推動(dòng)建筑行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，促進(jìn)行業(yè)整體的可持續(xù)發(fā)展。

2 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)基本現(xiàn)狀及發(fā)展特點(diǎn)

2.1 基本現(xiàn)狀

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)起源于20 世紀(jì)50 年代的歐美國家，經(jīng)過60 多年的進(jìn)步與發(fā)展，現(xiàn)成為建筑工業(yè)化主流技術(shù)之一。我國從20 世紀(jì)80 年代開始發(fā)展裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，已形成較為完善的技術(shù)體系，目前裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在我國高層建筑、大跨度工業(yè)廠房、橋梁等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)隨著施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)精細(xì)化預(yù)制和高程度的裝配化，幫助構(gòu)件大面積工廠預(yù)制和現(xiàn)場快速裝配。且一些超高層建筑也采用裝配整體式混凝土核心筒技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑核心筒的整體提升和吊裝，其基本原理是在工廠規(guī)模化生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件，并運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行吊裝或組裝。首先，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段使用功能和運(yùn)輸條件，將結(jié)構(gòu)體系分解為多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制構(gòu)件，大批量制作標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件；其次是使用專門運(yùn)輸車輛將預(yù)制構(gòu)件運(yùn)送到施工現(xiàn)場，進(jìn)行吊裝或組裝，連接預(yù)制構(gòu)件；最后是進(jìn)行現(xiàn)澆混凝土補(bǔ)充，形成整體結(jié)構(gòu)。

2.2 發(fā)展特點(diǎn)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)是其將實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的高度工廠化預(yù)制，使混凝土構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)化的工廠里批量制作，不受場地和天氣的影響，從而精心控制質(zhì)量，使不同項(xiàng)目可以通過更換構(gòu)件的組合方式實(shí)現(xiàn)多樣化。同時(shí)工廠的預(yù)制環(huán)境可控，可靠性高，可解決現(xiàn)場混凝土質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，無須模板支撐，大大簡化了施工過程，部分項(xiàng)目工期可縮短30%—50%[1]。除此以外，裝配式結(jié)構(gòu)需要高標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制構(gòu)件工廠和專業(yè)的吊裝設(shè)備，對(duì)技術(shù)裝備水平要求較高，在高層建筑、橋梁隧道等領(lǐng)域都取得了較廣泛的應(yīng)用，符合建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向，在我國和發(fā)達(dá)國家都呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢。

3 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 裝配式混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝配式混凝土構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確保構(gòu)件在使用過程中具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：首先，構(gòu)件類型選擇。施工人員要根據(jù)工程的具體要求和使用功能，選擇適合的構(gòu)件類型，如板、梁、柱、墻等，同時(shí)考慮構(gòu)件的預(yù)制和運(yùn)輸要求，確保構(gòu)件能夠在工廠進(jìn)行高效的生產(chǎn)和現(xiàn)場快速組裝，并根據(jù)建筑的功能和空間布局，確定構(gòu)件的布置方式，且在布局設(shè)計(jì)中要考慮構(gòu)件之間的連接方式[2]。其次，施工人員應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求和力學(xué)性能要求，確定構(gòu)件的尺寸。在尺寸設(shè)計(jì)中要充分考慮構(gòu)件的受力性能、承載能力和剛度要求，以及與其他構(gòu)件的協(xié)調(diào)性，并在材料選擇中要考慮材料的強(qiáng)度、耐久性、施工性能等因素，使構(gòu)件具有良好的性能和使用壽命。在連接設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮可靠性、剛度和便于施工要求，確保連接的穩(wěn)定性和安全性，考慮其作用方式、預(yù)應(yīng)力的大小和施加方式，以及預(yù)應(yīng)力對(duì)構(gòu)件受力性能的影響[3]。最后，根據(jù)地震設(shè)計(jì)要求，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，確保構(gòu)件在地震作用下具有足夠的穩(wěn)定性和安全性。

3.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案及特性分析

裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案主要包含兩大類，即干式節(jié)點(diǎn)和濕式節(jié)點(diǎn)。干式節(jié)點(diǎn)是在工廠制造完成后，通過機(jī)械連接方式實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的連接，其優(yōu)點(diǎn)在于施工速度快、精度高，但需要專用連接件，成本較高；濕式節(jié)點(diǎn)是將預(yù)制構(gòu)件運(yùn)至現(xiàn)場，通過澆筑混凝土實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的連接，其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)性能好，但施工條件要求較高，具體類型及優(yōu)缺點(diǎn)如表1 所示。

表1 各類節(jié)點(diǎn)類型及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

可見，裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需要考慮到節(jié)點(diǎn)的可制造性和可施工性，盡量簡化節(jié)點(diǎn)的形狀和結(jié)構(gòu)，減少節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性。且由于裝配式混凝土構(gòu)件是在工廠中制造，因此其尺寸精度和質(zhì)量穩(wěn)定性都比現(xiàn)場澆筑混凝土好，這也為節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)提供了便利。除此以外，裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)可通過預(yù)制構(gòu)件和連接方式的合理規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)良好的力學(xué)性能和抗震性能，并可減少現(xiàn)場施工的噪音和粉塵，降低環(huán)境污染，充分節(jié)省能源和材料。

3.3 防水密封設(shè)計(jì)

在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)中的防水密封設(shè)計(jì)階段，可合理選擇結(jié)構(gòu)形式和材料，避免設(shè)計(jì)上的防水隱患，即在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，充分考慮地下室的防水層、防水板等。同時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體要求和使用環(huán)境，選擇合適的防水材料，常見的防水層材料包括聚合物改性瀝青、聚氨酯、丙烯酸等。防水層的選擇要考慮其耐久性、抗?jié)B性、耐候性等性能，具體類型及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表2 所示。

表2 防水密封類型及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

此外，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)防水接縫的處理非常重要，接縫處應(yīng)采用合適的密封材料進(jìn)行密封，如橡膠密封條、膠粘劑等，注意接縫的施工質(zhì)量，確保接縫的緊密性和可靠性。而在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的外表面，可涂刷防水涂料來提高防水性能，防水涂料可以有效防止水分滲透，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的防水性能，常見的防水涂料有聚合物涂料、水泥基涂料等。

4 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新

4.1 施工技術(shù)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑業(yè)發(fā)展的重要趨勢，其施工技術(shù)的創(chuàng)新是推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力，例如模塊化設(shè)計(jì)和自動(dòng)施工裝備的應(yīng)用，為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的施工提供了新思路和工具。一方面，模塊化設(shè)計(jì)是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工中重要原則，即將建筑結(jié)構(gòu)分解為標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的單元，在工廠中預(yù)制，并于施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝。模塊化設(shè)計(jì)不僅可以提高施工效率，縮短施工周期，還可提高構(gòu)件質(zhì)量，降低施工過程中安全風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，自動(dòng)施工裝備是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)，包括預(yù)制構(gòu)件的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備、自動(dòng)化起重和運(yùn)輸設(shè)備、自動(dòng)化安裝設(shè)備等，這些設(shè)備可以極大提高施工效率，降低人工成本，同時(shí)提高施工質(zhì)量。且自動(dòng)施工裝備需要結(jié)合模塊化設(shè)計(jì)的需求，進(jìn)行針對(duì)性的研發(fā)和應(yīng)用，例如自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備需要能夠快速、準(zhǔn)確地生產(chǎn)出符合設(shè)計(jì)要求的預(yù)制構(gòu)件。

4.2 新材料應(yīng)用

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的創(chuàng)新正在推動(dòng)建筑行業(yè)朝著更加高效、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展，而新材料的應(yīng)用是重要因素之一。（1）高性能混凝土具有高強(qiáng)度、高韌性、耐久性好等特性，能夠滿足裝配式混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)于強(qiáng)度和耐久性的高要求，并具備較好流動(dòng)性，易于澆筑和成型，符合裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)特點(diǎn)。（2）鋼纖維混凝土是將微細(xì)鋼纖維均勻分散在混凝土中，使混凝土具有良好的抗裂、抗拉和抗沖擊性能，且可減少傳統(tǒng)鋼筋的使用，簡化裝配式混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)工藝。（3）自密實(shí)混凝土具有良好的自流平和自密實(shí)性能，無需振搗就能獲得密實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)，有利于提高裝配式混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。（4）輕質(zhì)骨料混凝土的密度低、重量輕，有利于提高裝配式混凝土構(gòu)件的運(yùn)輸和安裝效率，同時(shí)也有利于提高建筑的熱絕緣性能。由此可見，新材料的應(yīng)用不僅可提高裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的性能，還能提高施工效率，降低施工成本。但需要注意的是，新材料的質(zhì)量穩(wěn)定性、合理的新材料混凝土配合比、如何評(píng)估新材料混凝土的長期性能等也成為建筑行業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)。

4.3 數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在追求效率和精度的過程中，逐漸引入了數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真的方法，提高了設(shè)計(jì)和施工的精度，推動(dòng)了建筑行業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程。一方面，數(shù)字化設(shè)計(jì)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用專業(yè)的建筑設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化的過程。在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)中，數(shù)字化設(shè)計(jì)可以幫助設(shè)計(jì)師快速、準(zhǔn)確地完成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，同時(shí)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和性能分析，為施工和后期運(yùn)營提供科學(xué)的依據(jù)。目前重要工具之一為建筑信息模型（BIM）技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)建筑的三維可視化，使設(shè)計(jì)師掌握建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)細(xì)節(jié)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營的信息整合，提高工程的整體效率，如圖1 所示。

圖1 建筑信息模型技術(shù)

另一方面，仿真技術(shù)是在計(jì)算機(jī)中模擬實(shí)際施工過程，預(yù)測并分析可能出現(xiàn)的問題和結(jié)果。在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)中，仿真技術(shù)可以模擬預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝過程，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，并模擬結(jié)構(gòu)在各種環(huán)境和加載條件下的性能，為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的創(chuàng)新提供了強(qiáng)大工具。

4.4 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和維護(hù)技術(shù)

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)是用于評(píng)估裝配式混凝土結(jié)構(gòu)性能狀態(tài)的一種技術(shù)，其包括了各種傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和分析軟件等工具，可用于監(jiān)測預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量，確保其滿足設(shè)計(jì)要求。其可以確保監(jiān)測構(gòu)件達(dá)到預(yù)期的位置和狀態(tài)，監(jiān)測結(jié)構(gòu)的性能變化，同時(shí)傳感器可準(zhǔn)確、持續(xù)地監(jiān)測結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)，如位移、應(yīng)力、溫度等，而數(shù)據(jù)分析則能夠處理大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，預(yù)測和解決可能出現(xiàn)的問題。結(jié)構(gòu)維護(hù)技術(shù)是用于保持和恢復(fù)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)性能的一種技術(shù)，用于處理施工過程中的損傷和缺陷，確保結(jié)構(gòu)的完整性和安全性，以延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，提高其耐久性和可靠性。此技術(shù)的關(guān)鍵是維修和加固方法，維修具體指修補(bǔ)裂縫、更換損壞的構(gòu)件等，加固則能夠提高結(jié)構(gòu)的性能，如增加支撐、改善連接等。

5 結(jié)論

綜上所述，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的研究和應(yīng)用，對(duì)于提高施工效率、保證施工質(zhì)量、推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展，以及保護(hù)環(huán)境都具備重要的價(jià)值，因此，我國應(yīng)不斷深入研究和推廣裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)其在建筑行業(yè)中的廣泛應(yīng)用。