预制装配式建筑结构体系研究

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摘要：我国的经济发展进程在不断的加快，社会各行都有了明显的进步，人们生活水平也因此有了很大的提高，在这样的社会环境下人们对生活环境的要求也越来越高，建筑行业因此面对着巨大的挑战和机遇。传统的建筑模式因为具有较长的工期已经不能满足现代人的需求，因此各建筑企业纷纷开始着手开发新的建筑结构。近年来预制装配式建筑得到了各建筑企业的广泛运用，其建筑过程分为预制和装配两种，可以在根本上避免传统建筑模式工期长且不能保障安全性的缺陷，更加贴合当代人的需求。我国政府颁布了相关政策以及制度标准，以视察北京重要讲话精神为根本，深入落实中央城镇化工作会议和中央城市工作会议精神，贯彻落实新发展理念，按照适用、经济、安全、绿色、美观的要求，推动建造方式创新，大力发展装配式混凝土建筑，不断提高装配式建筑在新建建筑中的比例。但是当前许多建筑企业对预制装配式建筑还不够了解，由此对我国建筑行业的发展产生了一定负面影响，本文旨在让我国更多的建筑企业了解预制装配式建筑，对其概念、结构体系、意义、发展、应用以及设计做了阐述。

关键词：预制装配式建筑；结构体系；应用；设计

1引言

当今社会对经济发展过程中的环境和质量的要求越来越高，传统的建筑方式已经无法满足人们在环保以及稳定性方面的需求，因此预制装配式建筑结构受到了全社会的广泛推崇。我国相关院校以及科研机构也早就开始对这项新兴事物开展了研究，国内很多的建筑企业也都开始重视预制装配式建筑的施工和建设工作。我国的城市建设速度正随着不断发展的经济而加快，预制装配式建筑工期短、效率高、安全保障高、经济环保等优势在这样的环境下也逐渐的显现了出来，在很大程度上提升了我国建筑行业的发展速度。

2预制装配式建筑结构体系概念及意义

将原本在施工现场要做的工作转移到车间来进行，这就是预制装配式建筑的本质，预制装配式建筑的各个构件组成全部都在工厂车间制作，然后将各部位构件运至施工现场进行组装，这种建筑方式可以有效的保证施工进度以及施工质量[1]。预制装配式建筑主要的类型分别为预制装配式钢结构、预制装配式混凝土结构以及预制集装箱房屋三种，比如这其中的预制装配式混凝土结构就是在工厂先将这种结构的混凝土模块生产完毕，然后再将这些模块运至施工现场进行装配施工。这种混凝土结构的建筑与传统混凝结构建筑相比，具有以下特点：一、建筑设计的多样化，可以根据现代住房要求进行设计；二、建筑功能现代化，可以采用多种节能环保的新型材料；三、构件制造工厂化，可以使得建筑构配件统一在工厂内标准化生产，一气呵成；四、节省人力物力、施工空间自由、施工速度快、施工质量高、降低企业成本、需要材料的种类和数量少、对环境的破坏程度低等优势[2]。由此我们可以得知，预制装配式建筑将传统建筑中大量依靠人力的方式转变成为了工厂机械化的方式，对我国建筑行业的发展有着极其深远的历史意义。

3预制装配式建筑结构的发展

3.1我国预制装配式建筑的发展

预制装配式建筑在我国20世界80年代就出现了，但真正引起社会重视的时间却非常短，我国在2013年推出了《绿色建筑行动方案》，方案中指出工业化生产必须以保护环境和节约资源为前提。同时也明确表示，社会各建筑企业应推广使用预制装配式建筑结构来改革建筑施工技术。虽然我国在上世纪80年代就应用过预制装配式建筑的技术，但是这种技术受到我国当时经济条件的制约而没有得到良好的发展[3]。但在我国经济飞速发展的今天，我国的经济条件和社会需求已经为预制装配式建筑的发展提供了非常好的环境。近年我国也在不断的推进预制装配式建筑结构体系的发展，并且正逐渐的将这种体系应用到现实的工程建设中，例如由大地建设集团开发的混凝土装配整体式框架结构体系以及由宇辉建设集团开发的预制装配整体式混凝土剪力墙结构体系等都在实际的工程建设中得到广泛应用。

3.2国外预制装配式建筑的发展

西方发达国家的预制装配式建筑技术要领先于中国，比如美国在20世界末期就已经开始广泛应用预制装配式建筑了，2001年美国的预制装配式建筑已经达到全美建筑数量的8%，美国的大城市应用较多大都为预制装配式混凝土建筑，城镇则以轻钢和木制建筑结构为主。亚洲对预制装配式建筑技术的应用以日本为领先，由于日本受到地理环境的影响，其国内建筑主要都以抗震为主，因此对预制装配式混凝土建筑的应用较多[4]。日本的预制装配式建筑业起源于20世纪中期，经过了几十年的发展日本的预制装配式建筑从标准化和工业化转变为了集约化和信息化，日本国内对预制混凝土结构的应用以及创新还有效的解决了工厂批量生产和建筑多样化之间的矛盾，另外日本也对建筑的抗震性能也做了进一步强化。

4预制装配式建筑结构体系

4.1预制装配式建筑分类

我国在上世纪80年代采用的预制装配式建筑结构为装配式大板住宅体系，应用构件主要有预制圆孔板、大型面板、槽形板等，因为当时经济条件以及技术的限制，这些构件在生产、安装、连接等方面都存在不少的问题，导致这些结构在抗震能力、物理承受能力、建筑功能等方面都有一些缺陷，后来就逐渐被社会所淘汰[5]。当前我国的民用建筑采用的预制装配式建筑结构类型有很多，如城镇的民用建筑大都以多层和低层为主，针对这样的建筑就可以采用轻钢-木结构、轻钢-钢筋混凝土结构以及轻钢结构等。随着我国城镇建设速度的加快和对环境保护意识的增强，在城镇建设中应用这些结构是必然的发展趋势，但是由于其中某些结构需要的成本较高，所以预制装配式混凝土结构建筑以其所需成本较低的优势更受开发商青睐，轻钢-木结构仅在高档别墅的建造中能够被应用到。

4.2预制装配式混凝土结构及其抗震性能

预制装配式混凝土结构形式可大体上分为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构等结构体系[6]。因此预制装配式混凝土建筑和现浇混凝土建筑在结构形式上并没有太大的区别，但是预制装配式建筑与现浇混凝土建筑相比存在着复杂的构件连接技术，同样的构件采用的连接技术不同，其物理性能和抗震能力也会不同，即使是在同样抗震能力基础上应用不同的构件连接技术也会产生不同的经济性能，复杂的构件连接技术也是预制装配式混凝土结构的技术难点，对这种结构的推广产生了一定的影响。此外我国有学者提出了IMS体系（整体预应力装配式板柱体系），我国一些建筑企业将这种体系中的板柱由一个整块改成了多个小块，形成了预应力装配式板柱体系，缩小了预制板柱的尺寸和重量，更便于运输和安装。整体预应力装配式板柱体系和预应力装配式板柱体系的安装都需要运用斜撑来保证体系的稳定，相比预制装配式框架结构的安装要复杂一些[7]。但是预应力装配式板柱体系具有板柱体系和装配体系两者共同的优点，尤其通过混凝土连接成为一个整体之后，其抗震表现也更加优良，因此这种基于预制装配式混凝土结构的体系应该被广泛采用。

4.3结构体系的划分方法及其对比

预制装配式混凝土结构本身有着装配化高低的区别，因此大体可分为全装配和部分装配两种，但是仅以这个标准来划分又有些笼统，对结构的推广有所不利。因此可以依据其构件连接节点更细的将预制装配式混凝土结构分为铰接连接结构、刚性连接结构、柔性连接结构以及混合连接结构四种，这样进行划分也可以明确知晓具体的结构类型，方便理解和运用。上述四种连接结构的前两种都属于预制装配式混凝土结构中的基础类型，最后一种的混合连接结构则是由基础结构类型相互结合所产生的一种结构，基于当今的建筑物需要考虑到物理性能、抗震能力、施工便利性以及经济性等多方面的因素，因此今后预制装配式混凝土结构的构件连接都可能会采用混合连接结构。上述对预制装配式混凝土结构的划分与其框架结构、剪力墙结构的划分没有关系，是两种划分方式，而且他们相互之间还可进行统一。比如预制装配式混凝土剪力墙结构也可按构件连接方式分为铰接连接剪力墙、刚性连剪力墙、柔性连接剪力墙以及混合连接剪力墙四种类型，同样预制装配式混凝土框架结构也可以按照这样的方式来分类[8]。

5预制装配式建筑结构体系的应用

在上个世纪中期国外就已经开始研究预制装配式建筑结构体系，并且早就应用到了屋面梁和空心楼板上，但由于国内建筑工艺不先进，我国对预制装配式建筑的应用比较晚，直到上世纪90年代后期，我国采用现浇混凝土建筑取代了老式的装配式建筑，但在科技发展迅速的今天，由于建筑成本不断提高，我国的建筑企业也开始考虑使用技术更高、更节省成本的新型预制装配式建筑。当今的预制装配式建筑的发展道路还存在一些问题，其中最严重的就是设计问题，常常会发生设计深度无法满足建筑需求的状况。预制装配式建筑与现浇混凝土建筑在应用上有着根本性的差别，在设计上的要求也更加严格，现有的设计方式通常因为设计图纸不详细、设计深度不达标而影响预制装配式建筑的发展。

6预制装配式建筑结构体系的设计

6.1预制装配式框架结构体系的设计

这种结构体系常被应用到高层建筑中，在高层建筑所应用的预制结构中是非常重要的一种，另外预制装配式框架结构的剪力墙重量比较小便于运输，因此比较大的预制结构常常会用到预制装配式框架结构体系[9]。这种体系中的梁和框架都需要在工厂车间制造，构件连接节点以及叠合梁键槽的处理一般都在构件运输到施工现场以后执行。预制装配式框架结构体系的设计需要考虑到其物理性能，通常从结构的方向对其进行考虑，共有以下几点值得我们注意：第一，预制混凝土框架柱的受力强度、框架柱与地板固定的强度、框架梁的强度，这些强度务必要在C30以上。第二，必须要保证梁柱中心线与纵向框架以及横向框架对齐，以此才可以在同一个垂直面上调整结构面的状态。第三，设计框架梁柱的连接节点时，完成的部分必须要符合刚性连接的基本要求。第四，务必要保证预制构件链接节点的焊接质量。第五，当设计、生产连接各种构件的预埋件时，务必要保证设计完全贴合构件，加工也要一丝不差。

6.2预制装配式剪力墙结构体系的设计

预制装配式剪力墙结构体系由板结构、剪力墙结构、梁结构以及混凝土构件组成，对这种结构体系进行设计的时候，需要以施工项目的实际情况为出发点对具体结构的选择进行考虑，同时为了保证这种体系的设计标准和施工质量，需要注意以下几个方面：第一，在设计横墙的时候，要根据施工项目的具体情况选择承重墙面板和轻墙面板，以此来满足承重墙体的测方向和构件的受力要求[10]。第二，在设计竖向受力的时候，要保证不同部位的结构竖向承重钢筋是以注浆锚杆连接在一起的。第三，设计连接结构的时候，要保证结构的完整和连续。第四，竖向结构务必要和横向结构处在同一水平面上，以保证整体的平面形势。

7结束语

我国经济建设的基础薄弱，起步相对较晚，但自改革开放以来我国的经济发展有了巨大的进步，城镇化建设飞速发展，建筑行业在这样环境下不断改革创新，面临着巨大的机遇和挑战。预制装配式结构体系在现代建筑业有着不可替代的优势，它不但可以提高建筑工程质量、缩短施工工期、节省人力物力，还可以最大限度地满足我国绿色建筑所倡导的节能、节地、节水、节材和保护环境的要求。我国预制装配式建筑的发展还有待加强，发展的过程应充分发挥工厂预制件、现场装配、节点现浇的优势，将新材料、新工艺不断应用到现代建筑上，通过结构、建筑、设备等专业密切配合，充分优化施工工艺，提高建筑性能。随着低碳、节能、生态、绿色环保和可持续发展等理念逐渐深入人心，预制装配式建筑在我国将有广阔的发展前景。

参考文献：

[1]陈嘉俊,金仁东,徐炳水,卢蒙.预制装配式结构节点抗震性能研究综述[J].建设科技,2017(21):68~70.

[2]罗海艳,颜军，朱方之.混凝土在宿迁市低层装配式结构建筑中的应用性能研究[J].科技通报,2017(8):87~91.

[3]肖同亮,王晓觅,唐立秋,何培玲.预制装配式结构发展现状及施工关键技术研究[J].江苏建筑,2018(1):73~76.

[4]吴涛,刘全威,赵天俊,张磊.预制装配式结构中预留孔钢筋浆锚搭接的试验研究[J].工业建筑,2017(5):68~73.

[5]喻振贤,李汇,喻杰,柯昌仁.预制装配式结构节点连接方式的研究现状[J].甘肃科技,2017(1):79~81.

[6]刘玉涛,李小玥,吴坚荣.铝合金模

作者：吴繁超 单位：福州外语外贸学院