白利劍

（甘肅新瑞城市建設(shè)有限公司）

1 裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)體系分類

裝配式混凝土建筑是以預(yù)制混凝土構(gòu)件為基礎(chǔ)的建筑體系，其根據(jù)構(gòu)件的設(shè)計(jì)、制造和安裝方式可分為多種不同的類別，包括雙面疊合板式剪力墻體系、全裝配整體式剪力墻體系、裝配式框架-現(xiàn)澆剪力墻體系、“外掛內(nèi)澆”P(pán)CF（預(yù)制裝配式外掛墻板）剪力墻體系和全裝配整體式框架體系。其中，雙面疊合板式剪力墻體系通過(guò)將兩片混凝土墻板疊合在一起，并用鋼筋桁架連接，在工廠中預(yù)制完成，現(xiàn)場(chǎng)安裝后在兩片墻板之間澆筑混凝土，形成了預(yù)制和現(xiàn)澆混凝土整體受力的墻體，適用于高層和超高層建筑，具有高工業(yè)化程度、施工速度快、連接簡(jiǎn)單等特點(diǎn)；裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)包括預(yù)制混凝土剪力墻墻板構(gòu)件和現(xiàn)澆混凝土剪力墻構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，通過(guò)整體式連接形成，適用于高層和超高層建筑[1]。它具有高質(zhì)量、房間空間完整、施工難度較高、成本較高等特點(diǎn)；裝配式框架-現(xiàn)澆剪力墻體系的特點(diǎn)是梁柱采用預(yù)制構(gòu)件，而剪力墻采用現(xiàn)澆，梁柱節(jié)點(diǎn)連接方式有兩種：一維梁柱構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)采用后澆，而二維和三維梁柱構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)可預(yù)制，連接點(diǎn)采用后澆方式，具有較好的抗震性能[1]；“外掛內(nèi)澆”P(pán)CF（預(yù)制裝配式外掛墻板）剪力墻體系將主體結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件采用現(xiàn)澆，而非受力結(jié)構(gòu)采用外掛方式。外墻構(gòu)件在工廠內(nèi)預(yù)制，然后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)外掛安裝，節(jié)點(diǎn)處再進(jìn)行混凝土現(xiàn)澆。這有利于外墻的防水抗?jié)B，提高施工效率；裝配整體式框架結(jié)構(gòu)體系是以主要受力構(gòu)件柱、梁、板全部或部分為預(yù)制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，具有高工業(yè)化程度，預(yù)制比例可達(dá)80%，內(nèi)部空間自由度好，但施工難度較高，成本也較高。

2 裝配式混凝土建筑的技術(shù)特點(diǎn)

2.1 預(yù)制與現(xiàn)場(chǎng)裝配技術(shù)的細(xì)節(jié)

裝配式混凝土建筑的技術(shù)特點(diǎn)集中體現(xiàn)在其制造與施工的過(guò)程，在專門的生產(chǎn)工廠內(nèi)預(yù)制混凝土構(gòu)件，將構(gòu)件運(yùn)輸?shù)綄?shí)際的建筑工地進(jìn)行組裝。預(yù)制環(huán)境的受控特性確保了混凝土構(gòu)件的高質(zhì)量和精度。由于在工廠里大批量生產(chǎn)，預(yù)制構(gòu)件的制造效率較高，能縮短建筑周期，減少現(xiàn)場(chǎng)施工所需的勞動(dòng)力和資源。

2.2 連接技術(shù)

裝配式混凝土建筑的成功與否在很大程度上取決于其連接技術(shù)，確保各個(gè)預(yù)制部分之間的緊密結(jié)合，并為建筑的持久性和穩(wěn)定性提供了堅(jiān)實(shí)的保障。例如，鋼筋焊接是使兩塊或多塊混凝土構(gòu)件之間實(shí)現(xiàn)固定和承載力傳遞的技術(shù)。另一方面，螺栓連接則通過(guò)高強(qiáng)度的螺栓和螺母組合來(lái)實(shí)現(xiàn)混凝土構(gòu)件的緊固，同時(shí)還允許一定程度的調(diào)整，以確保精確配合。此外，現(xiàn)代的粘結(jié)劑、嵌套連接以及其他機(jī)械固定方式也為連接提供了更多的選擇和可能性。連接不僅是物理過(guò)程，還涉及到復(fù)雜的力學(xué)和材料科學(xué)原理，確保連接的強(qiáng)度、韌性和持久性對(duì)于抵御各種外部因素，如地震、風(fēng)和其他自然災(zāi)害，至關(guān)重要。此外，連接技術(shù)還必須考慮建筑長(zhǎng)期使用和老化過(guò)程，在整個(gè)使用壽命中保持良好的性能。

2.3 質(zhì)量控制與檢測(cè)方法

裝配式混凝土建筑在追求快速施工和效率的同時(shí)，決不能忽視其構(gòu)件的質(zhì)量，從混凝土的澆筑、固化到最終的產(chǎn)品儲(chǔ)存，每一個(gè)步驟都受到嚴(yán)格的質(zhì)量控制，確保混凝土構(gòu)件達(dá)到預(yù)定的性能標(biāo)準(zhǔn)。高精度的儀器和設(shè)備用于監(jiān)測(cè)混凝土的強(qiáng)度、密度、孔隙率和其他重要參數(shù)，以確保其滿足設(shè)計(jì)和安全要求。此外，預(yù)制環(huán)境的受控條件還能確保構(gòu)件的準(zhǔn)確尺寸和形狀。隨著各個(gè)構(gòu)件被逐步組裝到位，對(duì)接縫、連接點(diǎn)和其他關(guān)鍵部位的質(zhì)量檢測(cè)變得尤為重要，應(yīng)采用專業(yè)檢測(cè)方法確保連接的穩(wěn)固性和完整性，形成統(tǒng)一的、堅(jiān)固的建筑結(jié)構(gòu)，任何現(xiàn)場(chǎng)修改或調(diào)整都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量審核，以確保不會(huì)對(duì)建筑性能產(chǎn)生影響。

3 裝配式混凝土建筑中的智能化結(jié)構(gòu)應(yīng)用

3.1 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與評(píng)估

將智能傳感器與高精度的檢測(cè)設(shè)備安裝在裝配式混凝土建筑中監(jiān)測(cè)建筑參數(shù)的變化狀況，并收集數(shù)據(jù)被送入先進(jìn)的分析系統(tǒng)，其中的算法和模型會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深度解析，判斷當(dāng)前的結(jié)構(gòu)狀態(tài)是否正常。任何超出正常范圍的數(shù)據(jù)都會(huì)被系統(tǒng)標(biāo)記，并可能觸發(fā)進(jìn)一步的檢查或干預(yù)。結(jié)構(gòu)健康評(píng)估不僅僅是對(duì)當(dāng)前狀態(tài)的描述，還提供了對(duì)建筑未來(lái)性能的預(yù)測(cè)?；跉v史數(shù)據(jù)和先進(jìn)的模型，評(píng)估系統(tǒng)能夠預(yù)測(cè)哪些部分最有可能在未來(lái)遭受損傷，以及可能對(duì)整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，為維護(hù)工作提供了寶貴的指導(dǎo)，并保障資源的最優(yōu)化配置。

3.2 自適應(yīng)控制系統(tǒng)

自適應(yīng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用目標(biāo)是通過(guò)智能化設(shè)計(jì)和自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)建筑的自適應(yīng)性，以更好地滿足不同環(huán)境條件和使用需求。自動(dòng)化建筑管理系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)和控制建筑的各個(gè)方面，包括照明、通風(fēng)、空調(diào)、安全系統(tǒng)等，通過(guò)傳感器和智能控制算法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑內(nèi)外的環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、CO2濃度等，以根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整建筑的運(yùn)行模式。例如，在高峰用電時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)降低照明亮度，以減少能源消耗；而在低人流量時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)關(guān)閉未使用的房間，以節(jié)省能源，提高了建筑的能源效率，還提供了更舒適和可控的室內(nèi)環(huán)境。能源管理和優(yōu)化是自適應(yīng)控制系統(tǒng)的重要功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析建筑的能源使用情況，以尋找潛在的節(jié)能機(jī)會(huì)。通過(guò)使用大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，系統(tǒng)可以識(shí)別能源浪費(fèi)和效率低下的區(qū)域，并提供相應(yīng)的改進(jìn)建議。例如，系統(tǒng)可以建議調(diào)整供暖和冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，以在不影響舒適性的前提下降低能源消耗，或與可再生能源集成，以最大程度地利用可再生能源資源，如太陽(yáng)能或風(fēng)能，以減少建筑的碳足跡。

3.3 安全與緊急響應(yīng)機(jī)制

在裝配式混凝土建筑中，隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，安全與緊急響應(yīng)機(jī)制已成為智能化結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分。智能傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種潛在的危險(xiǎn)因素，如地震的振動(dòng)、火災(zāi)的溫度變化或水淹的水位上升。一旦檢測(cè)到異常情況，系統(tǒng)會(huì)迅速啟動(dòng)預(yù)定的響應(yīng)程序。例如，在地震初震時(shí)，建筑可以自動(dòng)切斷電源和燃?xì)?，防止火?zāi)和爆炸，同時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急照明和指示系統(tǒng)，指引居住者和使用者迅速而安全地疏散。而在更加先進(jìn)的智能結(jié)構(gòu)中，建筑甚至可以在某種程度上“改變”自身的物理特性以應(yīng)對(duì)外界威脅。例如，在強(qiáng)風(fēng)或地震中，建筑的某些結(jié)構(gòu)元素可以通過(guò)調(diào)整其阻尼和剛度，減少振動(dòng)，保障整體結(jié)構(gòu)的安全。此外，智能控制系統(tǒng)還能夠與外部的應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)如消防、醫(yī)療等實(shí)時(shí)對(duì)接，確保在緊急情況下能夠迅速獲得援助。

3.4 智能外墻和材料

在裝配式混凝土建筑中，智能外墻和材料的應(yīng)用旨在提高建筑的性能、能效和可持續(xù)性，以創(chuàng)新的方式改善了建筑外墻的功能。自調(diào)節(jié)外墻系統(tǒng)能根據(jù)不同的氣候條件和建筑需求自動(dòng)調(diào)整外墻的性能，該系統(tǒng)通常包括可調(diào)節(jié)的外墻材料、智能隔熱層和溫度控制裝置。通過(guò)監(jiān)測(cè)氣溫、濕度和日照等環(huán)境參數(shù)，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整外墻的通風(fēng)、絕熱性和光透明度，以提供最佳的室內(nèi)環(huán)境。例如，在寒冷的冬季，外墻可以增加絕熱性，減少能量損失；在炎熱的夏季，外墻可以提高通風(fēng)效率，降低冷卻成本。這不僅提高了建筑的能源效益，還改善了居住者的舒適性。智能隔熱材料可用于裝配式混凝土建筑中的外墻構(gòu)造，具有可調(diào)節(jié)的絕熱性能，可以根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整其絕熱性能。例如，當(dāng)室外溫度升高時(shí)，智能隔熱材料增加其絕熱性能，減少熱量傳遞到室內(nèi)，降低空調(diào)能耗。

4 裝配式混凝土建筑智能化結(jié)構(gòu)的集成方法

4.1 傳感器與執(zhí)行器的布置策略

在裝配式混凝土建筑的智能化結(jié)構(gòu)中，傳感器的布置需考慮其對(duì)環(huán)境因素如溫度、濕度、振動(dòng)、應(yīng)力等的敏感度，以及其能否持續(xù)、穩(wěn)定地傳輸數(shù)據(jù)。執(zhí)行器是實(shí)現(xiàn)建筑自適應(yīng)調(diào)整的核心手段，需要被安置在那些能夠?qū)ㄖ阅芎铜h(huán)境產(chǎn)生顯著影響的位置，例如自適應(yīng)窗戶的遮陽(yáng)板、可調(diào)節(jié)的支撐結(jié)構(gòu)或通風(fēng)系統(tǒng)。其工作位置和方式需確保迅速而準(zhǔn)確地響應(yīng)傳感器的數(shù)據(jù)，作出實(shí)時(shí)的調(diào)整。布置策略的制定，不僅僅是基于技術(shù)規(guī)格或性能參數(shù)，更需要綜合考慮建筑的使用功能、居住者的需求，以及長(zhǎng)期的維護(hù)和升級(jí)因素。例如，在高居住密度的區(qū)域，可能需要更高密度的傳感器布置來(lái)監(jiān)測(cè)人流和環(huán)境質(zhì)量，而在工業(yè)或倉(cāng)儲(chǔ)用途的建筑中，布置策略可能更偏重機(jī)械負(fù)荷和環(huán)境穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)。

4.2 可持續(xù)性整合

可持續(xù)性整合是將智能化結(jié)構(gòu)與可持續(xù)發(fā)展原則相結(jié)合的關(guān)鍵領(lǐng)域，旨在創(chuàng)造更節(jié)能、環(huán)保和社會(huì)責(zé)任的裝配式混凝土建筑，減少環(huán)境影響，還提高了建筑的生態(tài)友好性和長(zhǎng)期可維護(hù)性。可持續(xù)性整合包括建筑材料的選擇和資源管理，在裝配式混凝土建筑中通過(guò)監(jiān)測(cè)建筑材料的性能和健康影響，促使更環(huán)保和可持續(xù)的材料選擇[2]。此外，建筑管理者可以利用數(shù)據(jù)采集和分析來(lái)優(yōu)化材料和資源的使用。例如，監(jiān)測(cè)建筑材料的質(zhì)量和使用情況，以減少浪費(fèi)和不必要的資源消耗。通過(guò)智能數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)建筑廢棄物的最小化，同時(shí)提高建筑的循環(huán)可持續(xù)性。

裝配式混凝土建筑的智能化結(jié)構(gòu)可以提高建筑的安全性和可訪問(wèn)性，以滿足不同用戶群體的需求。例如，自動(dòng)化建筑管理系統(tǒng)可以提供緊急情況下的快速響應(yīng)和疏散指揮，增強(qiáng)了建筑的安全性。同時(shí)，智能控制系統(tǒng)可以適應(yīng)不同的用戶需求，包括殘疾人士和老年人，提高建筑的可訪問(wèn)性，有助于建筑項(xiàng)目更好地滿足社會(huì)的需求，促進(jìn)社會(huì)和諧。最后，可持續(xù)性整合還涉及社區(qū)和城市層面的考慮。智能化結(jié)構(gòu)可以與城市基礎(chǔ)設(shè)施整合，例如智能交通系統(tǒng)和能源網(wǎng)絡(luò)，以提高城市的可持續(xù)性，裝配式混凝土建筑還可以成為城市發(fā)展的模型，通過(guò)示范和激勵(lì)，推動(dòng)城市向更可持續(xù)、更智能的未來(lái)邁進(jìn)。

5 結(jié)語(yǔ)

裝配式混凝土建筑與智能化結(jié)構(gòu)的結(jié)合是建筑行業(yè)向前邁進(jìn)的一大步，這種融合不僅為建筑行業(yè)帶來(lái)了技術(shù)上的創(chuàng)新，也塑造了更加人性化、環(huán)境友好和可持續(xù)的未來(lái)城市景象。但裝配式混凝土建筑與智能化結(jié)構(gòu)的結(jié)合仍是處于發(fā)展中的領(lǐng)域，需要持續(xù)地研究、創(chuàng)新和完善，期待未來(lái)的裝配式混凝土建筑的智能化結(jié)構(gòu)將為全球的城市和社區(qū)帶來(lái)更多變革。