房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建造技術(shù)進(jìn)展研究

摘 要：隨著工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大與生態(tài)環(huán)境問題的日趨嚴(yán)重，工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)與發(fā)展之間的矛盾日漸突出，工程建設(shè)綠色工藝與流程的開發(fā)與應(yīng)用顯得尤為重要。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建造技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的綠色、環(huán)保的工程施工技術(shù)，該文從房屋建筑工程PC 預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)、PCF 半預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)和改良式現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)三個(gè)方面的技術(shù)研究應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)進(jìn)行分析，并探討了上述幾種新技術(shù)存在的問題與解決方向。

關(guān)鍵詞：房屋建筑 裝配式混凝土 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 建造技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU201 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）01（a）-00-02

隨著房屋工程建設(shè)產(chǎn)業(yè)化與工程建筑技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，工程建設(shè)領(lǐng)域出現(xiàn)了一系列經(jīng)濟(jì)效益高、綠色環(huán)保的新工藝與新技術(shù)，為我國(guó)房屋工程建設(shè)質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益的提升帶來(lái)了新的希望。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建造技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的綠色、環(huán)保的工程施工技術(shù)，技術(shù)尚處于研究與發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，主要有PC 預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)、PCF 半預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)、改良式現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)三大類，這些技術(shù)都有各自的優(yōu)勢(shì)，也存在不同程度的缺陷。

1 PC預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)

1.1 萬(wàn)科集團(tuán)的PC技術(shù)

萬(wàn)科集團(tuán)是國(guó)內(nèi)房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)PC（precast concrete）設(shè)計(jì)和建造技術(shù)研發(fā)的主要代表，萬(wàn)科集團(tuán)在綜合國(guó)內(nèi)外裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建造技術(shù)特點(diǎn)之后，結(jié)合國(guó)內(nèi)房屋建筑工程特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)，形成了PC設(shè)計(jì)和建造技術(shù)，采用全預(yù)制混凝土構(gòu)件進(jìn)行施工，主要應(yīng)用于房屋建筑的陽(yáng)臺(tái)、樓梯及內(nèi)隔墻板的工程施工中，全面提升房屋工程中預(yù)制構(gòu)件的安裝及制造質(zhì)量、解決了房屋滲水問題、簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)、在提升建筑功能的同時(shí)提升了裝飾性能。預(yù)制混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮安裝施工的因素，構(gòu)件模具制造時(shí)，應(yīng)盡量將長(zhǎng)、寬、對(duì)角線偏差控制在3 mm之內(nèi)。預(yù)制混凝土構(gòu)件在混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)并達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，采用強(qiáng)度相當(dāng)?shù)臋M梁式起吊機(jī)起吊，起吊過程保持平穩(wěn)，避免扭歪牽拉，將墻板立放，并將起吊脫模平置于翻身架之上，翻轉(zhuǎn)90 °立放。具體起吊放置操作見圖1。

目前，該技術(shù)在萬(wàn)科開發(fā)的住宅小區(qū)使用較為廣泛，對(duì)減少建設(shè)開發(fā)周期和節(jié)省投資有一定的作用。

2 中南集團(tuán)的NPC技術(shù)

2.1 技術(shù)研究應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)

（1）中南集團(tuán)是國(guó)內(nèi)房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)NPC（new precast concrete）設(shè)計(jì)和建造技術(shù)的引領(lǐng)者，此種技術(shù)是在對(duì)國(guó)內(nèi)外眾多預(yù)制混凝土施工技術(shù)的綜合研究借鑒的基礎(chǔ)之上研發(fā)出來(lái)的，現(xiàn)已形成了一定的施工技術(shù)體系。在房屋建筑中，對(duì)填充墻等采用全部預(yù)制與安裝，對(duì)梁、板等采用疊合式預(yù)制與安裝。

圖1 構(gòu)件起吊翻身操作

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要根據(jù)房屋建筑實(shí)際特點(diǎn)與我國(guó)建筑節(jié)能與環(huán)保要求，對(duì)房屋剪力墻、充填墻構(gòu)件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從房屋建筑整體性出發(fā)，考慮鋼筋漿錨接頭、現(xiàn)澆連接帶實(shí)際施工特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)混凝土現(xiàn)澆作業(yè)帶，并合理設(shè)計(jì)水平構(gòu)件梁、板疊合形式。另外，根據(jù)建筑豎向結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋連接方式、現(xiàn)澆混凝土的水平連接、鋼筋漿錨連接方式進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。此種技術(shù)中的預(yù)制構(gòu)件吊裝施工過程有以下幾點(diǎn)。

根據(jù)房屋建筑施工實(shí)際狀況選擇合理的起重機(jī)等設(shè)備之后，根據(jù)施工中構(gòu)建規(guī)格選取相應(yīng)的鋼筋吊鉤及預(yù)埋方式，并使用鋼扁擔(dān)輔助起吊作業(yè)，鋼扁擔(dān)的采用吊點(diǎn)可調(diào)的應(yīng)用方式，根據(jù)房屋施工圖紙、預(yù)制墻板的預(yù)埋位置進(jìn)行樓板鋼筋綁扎操作，完成預(yù)埋件與樓板鋼筋的焊接操作后，增設(shè)加強(qiáng)筋以增強(qiáng)整體穩(wěn)定性。

裝配式結(jié)構(gòu)測(cè)量與定位：結(jié)構(gòu)的平面控制主要通過網(wǎng)狀控制實(shí)現(xiàn)平面控制，通過層級(jí)引測(cè)點(diǎn)的設(shè)置實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)垂直控制。根據(jù)施工圖紙及工程實(shí)際施工特點(diǎn)，在建筑物的地下室頂板面上設(shè)置垂直控制點(diǎn)，形成十字相交，組成十字平面控制網(wǎng)，并避開每層的柱、梁、墻，且點(diǎn)之間不被核心筒、柱等預(yù)留鋼筋擋住視線。

豎向構(gòu)件吊裝：使用符合施工設(shè)計(jì)與實(shí)際施工起重量等標(biāo)準(zhǔn)相符的塔式起重機(jī)進(jìn)行豎向構(gòu)件吊裝；使用吊索吊住豎向構(gòu)件的兩端實(shí)現(xiàn)平面規(guī)則吊裝作業(yè)，將吊索和水平線之間的夾角控制在45 °之上；使用2根或者4根的吊索綁扎無(wú)橫向?qū)ΨQ面的豎向構(gòu)件起吊，嚴(yán)格根據(jù)豎向構(gòu)件的中心及綁扎起吊位置計(jì)算并控制。

水平構(gòu)件吊裝：首先，將疊合梁平穩(wěn)吊裝，再吊裝樓梯與疊合板等構(gòu)件。使用符合施工設(shè)計(jì)與實(shí)際施工起重量等標(biāo)準(zhǔn)相符的塔式起重機(jī)進(jìn)行吊裝，并嚴(yán)格按照施工圖紙與構(gòu)件吊裝標(biāo)準(zhǔn)安排重量與作業(yè)半徑相符的起重機(jī)負(fù)責(zé)起吊。

（2）NPC技術(shù)優(yōu)勢(shì)：NPC技術(shù)體系采用混凝土現(xiàn)澆處理構(gòu)件疊合層及工程關(guān)鍵點(diǎn)，能顯著增強(qiáng)房屋建筑的整體性，并在保障建筑中的給排水與電氣系統(tǒng)暢通、高效保暖的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件基本功能的同時(shí)協(xié)調(diào)優(yōu)化整體配置，兼顧建筑基本功能與整體協(xié)調(diào)。

2.2 技術(shù)研究應(yīng)用缺陷

中南集團(tuán)的NPC技術(shù)體系已相當(dāng)成熟，但在減少混凝土的現(xiàn)澆量、采用豎向漿錨鋼筋連接剪力墻構(gòu)件的同時(shí)，形成了大量混凝土灌漿孔洞，實(shí)際施工難以同時(shí)保障所有孔洞的灌漿作業(yè)質(zhì)量，且施工后期灌漿質(zhì)量檢測(cè)具有一定難度，致使實(shí)際施工工作量增加、施工質(zhì)量難以保障。

3 PCF半預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)

PCF（precast concrete form）半預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的核心技術(shù)是疊合式樓板及剪力墻外墻模的綜合混凝土預(yù)制技術(shù)的結(jié)合，為房屋建筑工程中的混凝土剪力墻的外墻和疊合樓板等預(yù)制板結(jié)構(gòu)建造問題的解決提供了方便，能夠有效提升房屋建筑施工中的外圍腳手架支設(shè)與模板支設(shè)過程中的安全性，并顯著降低模板及腳手架支設(shè)成本與資源損耗。房屋工程中的電梯井等部位仍通過支模現(xiàn)澆進(jìn)行施工建設(shè)。當(dāng)前的PCF技術(shù)并未嚴(yán)格依照房屋墻體承載特點(diǎn)對(duì)外墻混凝土模板進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，致使設(shè)計(jì)與施工實(shí)際存在較大差距、實(shí)際施工中難以避免材料資源浪費(fèi)，另外，此種技術(shù)設(shè)計(jì)中缺乏科學(xué)的抗震設(shè)計(jì)，混凝土現(xiàn)澆量也很大。現(xiàn)針對(duì)宇輝集團(tuán)與西偉德混凝土預(yù)制（合肥）有限公司相關(guān)技術(shù)研發(fā)狀況進(jìn)行分析：

3.1 宇輝集團(tuán)相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展

1）技術(shù)研究應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)，宇輝集團(tuán)近年來(lái)主要研發(fā)了裝配整體式預(yù)制混凝土剪力墻技術(shù)，在建筑剪力墻豎向連接技術(shù)的基礎(chǔ)之上附加了“插入式預(yù)留孔灌漿鋼筋搭接連接” 技術(shù)工藝，主要實(shí)現(xiàn)了房屋建筑陽(yáng)臺(tái)、樓梯板、內(nèi)部豎向剪力墻板等構(gòu)件的全部預(yù)制，大大簡(jiǎn)化了上述構(gòu)件的預(yù)制與后期裝配工作。

2）技術(shù)研究應(yīng)用缺陷，宇輝集團(tuán)的裝配整體式預(yù)制混凝土剪力墻技術(shù)主要存在構(gòu)件過大、過重、形式單一的問題，另外，此種技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用需要高配置的吊裝設(shè)備設(shè)施輔助進(jìn)行，不利于房屋建筑工程順利實(shí)施。

3.2 西偉德混凝土預(yù)制（合肥）有限公司相關(guān)技術(shù)研究

1）技術(shù)研究應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)，西偉德公司所研發(fā)的疊合板式混凝土剪力墻技術(shù)主要是在德國(guó)“double-wall Precast concrete building system”技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，此種技術(shù)中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要有預(yù)制樓梯、疊合式樓板、疊合式墻板等等，其中的疊合式樓板主要由底層預(yù)制板和格構(gòu)鋼筋組成，疊合式墻板的組成與疊合式樓板的組成相似，其中的預(yù)制板為兩層預(yù)制板，混凝土的澆筑作業(yè)主要在兩層的預(yù)制板之間進(jìn)行。

房屋建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用：南京某別墅的自保溫建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，就使用了PFC 建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)，在對(duì)房屋墻體的豎向承載力、抗震程度、墻體熱阻及熱惰性進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)算之后，決定房屋建筑采用疊合板是混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)合《江蘇省民用建筑熱環(huán)境與節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中冬夏熱阻與熱惰性節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，確定墻體熱阻為

1.32 m2·K/W，熱惰性2.21，根據(jù)上述要求與數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)自保溫混凝土疊合承重墻。西偉德公司的混凝土結(jié)構(gòu)建造技術(shù)能夠更好地完成工程構(gòu)件預(yù)制，為房屋工程施工提供了良好的硬件基礎(chǔ)。

2）技術(shù)研究應(yīng)用缺陷，西偉德公司的疊合板式混凝土剪力墻技術(shù)研發(fā)與試驗(yàn)時(shí)間不足，構(gòu)件的預(yù)制相對(duì)簡(jiǎn)單，尚不滿足房屋建筑工程標(biāo)準(zhǔn)；另外，疊合板式混凝土剪力墻技術(shù)中的疊合式結(jié)構(gòu)需要很大的混凝土澆筑量，后期澆筑作業(yè)質(zhì)量檢測(cè)不便，施工難度相對(duì)高。另外，缺乏科學(xué)的抗震設(shè)計(jì)，混凝土現(xiàn)澆量也很大。

4 改良式現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)

4.1 技術(shù)研究應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)

改良式現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的核心是以輕鋼構(gòu)架代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋進(jìn)行制作、綁扎，使用保溫板及免拆面板等固模搭配混凝土澆筑的一項(xiàng)先進(jìn)裝配施工技術(shù)，因而屬于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建造技術(shù)的一種。

清華大學(xué)研發(fā)的輕鋼構(gòu)架固模技術(shù)是改良式的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)建造技術(shù)主要代表，此種技術(shù)以輕鋼構(gòu)架代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋進(jìn)行制作、綁扎，顯著提升了工程施工中的效率、降低工程人工費(fèi)用。

建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用：此種技術(shù)采用輕鋼構(gòu)架進(jìn)行綁扎，同時(shí)以保溫板、免拆面板、一體化板等等代替?zhèn)鹘y(tǒng)施工所用模板，混凝土的澆筑作業(yè)在固模中完成。此種建造技術(shù)中所用到的輕鋼構(gòu)架能夠有效實(shí)現(xiàn)房屋建筑工程的規(guī)模化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)房屋建筑工程施工產(chǎn)業(yè)化與工業(yè)化，顯著提升工程施工中的效率、降低工程人工費(fèi)用；另外，此種技術(shù)的應(yīng)用能有效降低模板拆除與濕作業(yè)工作量，在降低材料消耗的同時(shí)保障工程施工水平；房屋建筑具有良好的抗震性能與整體性。

4.2 技術(shù)研究應(yīng)用缺陷

此種技術(shù)在施工效率、建筑性能、工程費(fèi)用等方面都有一定優(yōu)勢(shì)，但技術(shù)中的輕鋼架構(gòu)中所用固模的規(guī)劃設(shè)計(jì)并未在充分考慮墻體力度承載特點(diǎn)，不能很好地適應(yīng)房屋建筑實(shí)際施工要求，致使技術(shù)應(yīng)用中造成材料浪費(fèi)，存在構(gòu)件過大、過重、形式單一的問題。

5 新技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用問題與解決

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建造技術(shù)在房屋建筑工程中的標(biāo)準(zhǔn)化與模式化問題尚待解決。房屋建筑工程本身的特點(diǎn)與效益目標(biāo)要求新的結(jié)構(gòu)建造技術(shù)具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與合理的模式，唯有標(biāo)準(zhǔn)化、模式化的技術(shù)才能真正適應(yīng)房屋工程建設(shè)產(chǎn)業(yè)化與專業(yè)化的發(fā)展模式，政府與相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與模式的完善。

技術(shù)研發(fā)與設(shè)計(jì)模式的轉(zhuǎn)變。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建造技術(shù)的研發(fā)模式相對(duì)封閉、單一，工程建設(shè)新技術(shù)的研發(fā)與完善需要優(yōu)勢(shì)資源的高度集中、多領(lǐng)域、多技術(shù)、多人員的融合與交流，因此，各企業(yè)應(yīng)積極合作、規(guī)模研發(fā)、資源共享共同研發(fā)出及功能與美觀與一體、安全性與整體性兼顧的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建造新技術(shù)。

新技術(shù)的輔助標(biāo)準(zhǔn)有待制定。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的輔助技術(shù)如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝、技術(shù)驗(yàn)收、施工檢測(cè)等方面的標(biāo)準(zhǔn)尚不完善、不合理，相關(guān)部門及企業(yè)應(yīng)加快結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝、技術(shù)驗(yàn)收、施工檢測(cè)等輔助技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確定。

參考文獻(xiàn)

[1]郭正興，董年才，朱張峰，等.房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建造技術(shù)新進(jìn)展[J].施工技術(shù)，2011，40（11）：1-2，34.

[2]祝真強(qiáng).新型預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在住宅施工中應(yīng)用[J].企業(yè)文化（下半月），2012（5）.

[3]孫劍，王生明，都興民，等.高層住宅預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2011，40（22）：79-82.

[4]江海洋，周曉偉.淺談住宅裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的三種趨勢(shì)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（16）.

[5]劉正勇，應(yīng)惠清.預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的施工現(xiàn)狀及改進(jìn)建議[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2009，36（6）：65-66，84.

[6]顏宏亮，陳妙芳.鋼筋混凝土預(yù)制裝配式住宅體系集成技術(shù)探討[C].//首屆新型建筑結(jié)構(gòu)體系—節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化技術(shù)研討會(huì)論文集，2009：331-336.

[7]張瑜中，徐遠(yuǎn)征，柳炳康，等.預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架抗震性能試驗(yàn)分析[C].//第14屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2005：201-204.