裝配式RC結構發展現狀

林超

【摘 要】發展裝配式RC結構是推動我國建筑工業化進程的需要。本文介紹了國內外裝配式RC結構的發展現狀，并重點介紹了外殼預制核心現澆裝配整體式RC結構的國內外研究、應用現狀。

【關鍵詞】裝配式；裝配整體式；鋼筋混凝土結構；結構形式

我國政府在“十二五”規劃中明確提出，建設資源節約型、環境友好型社會，其中大力發展節能省地型建筑是重要的一方面。發展綠色建筑，實現能源的節省和與自然的協調發展，是擺在中國城市規劃和建筑者面前的重要課題。從建筑的全生命周期來看，建筑需要從設計、施工、建造、使用到最后拆除的全過程都要減少資源消耗，與環境相和諧；節能建筑的重要特征之一就是少消耗資源，設計、建造、使用均要求減少資源消耗。對結構工程師而言，結構體系的優化、建造（施工）工法的改進及創新是建造節能、降耗、減排的重要環節。

1 裝配式RC結構的優勢

目前，鋼筋混凝土（RC）結構一般采用傳統的整體現澆施工方法，該施工方法能切實保證RC結構具有較優越的結構性能并已被工程人員所接受，但是，采用傳統施工工法時大量的混凝土均是現場澆筑，不僅存在現場作業量大、工期較長、工人勞動強度高、對環境影響大（如噪音、揚塵、水污染、建筑垃圾多）等缺陷，而且難以保證工程質量。所以，發展綠色建筑、提倡綠色施工、實現建筑工業化是建筑節能的重要措施。

與現澆施工工法相比，裝配式RC結構有利于綠色施工，因為裝配式施工更能符合綠色施工的節地、節能、節材、節水和環境保護等要求，降低對環境的負面影響，包括降低噪音、防止揚塵、減少環境污染、清潔運輸、減少場地干擾、節約水、電、材料等資源和能源，遵循可持續發展的原則。而且，裝配式結構可以連續地按順序完成工程的多個或全部工序，從而減少進場的工程機械種類和數量，消除工序銜接的停閑時間，實現立體交叉作業，減少施工人員，從而提高工效、降低物料消耗、減少環境污染，為綠色施工提供保障。另外，裝配式結構在較大程度上減少建筑垃圾（約占城市垃圾總量的30%～40%），如廢鋼筋、廢鐵絲、廢竹木材、廢棄混凝土等。

建筑工業化是我國建筑業的發展方向。裝配式建筑的最大特點就是制造工廠化，施工速度非常快，可在短期內竣工；工人現場作業的勞動強度大幅度減少，交叉作業方便有序；房屋制造的質量容易保證；施工時的噪音降低，物料堆放場地減少，有利于環境的保護；由于工廠化生產和現場標準裝配，使房屋建造成本降低。因此，裝配式房屋結構的許多優點是傳統房屋建造方法無法比擬的，屬于綠色建筑施工。

2 裝配式RC結構在我國的研究與應用

目前，我國裝配式結構主要應用于房屋建筑[1]和橋梁結構[2]。建筑結構的裝配式結構主要有裝配式大板結構、全裝配式混凝土框架結構、裝配整體式鋼骨或鋼管混凝土框架、裝配式混凝土抗震墻、裝配式板柱結構以及預制預應力混凝土裝配整體式結構，并開展了相應的研究，較多的學者對裝配式混凝土框架結構的梁柱節點、框架進行了研究。主要的相關研究如下：同濟大學呂西林教授等對現澆、裝配整體式和全裝配式框架進行了對比試驗研究，探討其異同點和注意事項；北京工業大學李振寶教授等對“干”連接的裝配式混凝土結構以及混合連接裝配式框架中內節點的抗震性能進行了研究，研究表明該結構形式具有較好的抗震性能，可應用于抗震區；合肥工業大學柳炳康教授對預壓裝配式預應力框架結構的節點和框架進行了試驗研究和理論分析，探討了其抗震性能和破壞特性；南京大地建設集團劉亞非等人對預制預應力混凝土裝配整體式結構（即世構體系，SCOPE）進行了研究并制定了江蘇省地方規程，已有近百萬平米的工程應用。然而，裝配式結構的節點連接可靠性相對較差，在地震區的使用受到一定限制；“干式”連接和混和連接裝配RC結構的整體性和抗震性能還提高的余地。基于上述研究，近年國家自然科學基金對預壓裝配式混凝土結構、預應力裝配混凝土結構減振技術研究進行了立項。

3 裝配式RC結構在國外的研究與應用

裝配整體式結構在日本、美國、加拿大、德國等國發展較早，開展了許多裝配式、半裝配式RC結構的研究工作，建立了較完整的設計規范和規程。在美國和加拿大，裝配式主要用于鋼結構系統、墻體系統、屋面系統、門窗及附屬配件，同時對裝配式混凝土結構中的摩擦耗能技術進行了研究。日本的裝配式結構發展較快且處于領先的地位，主要裝配式RC結構有以下幾類：預壓裝配式混凝土結構、裝配整體式混凝土結構、采用預制側板的裝配整體式結構、外殼預制核心現澆裝配整體式RC結構。在20世紀90年代，日本對預壓裝配式混凝土結構進行了研究并編制了相應的設計規范，已應用于橫濱競技場和20余棟建筑中，建筑面積218700m2，僅用200工日建成。近年，日本對后兩種裝配式結構進行了試驗研究，預制混凝土外殼既作為模板，也作為結構的一部分與核心現澆混凝土共同參加工作；預制混凝土外殼在工廠預制，箍筋和部分主筋澆筑在外殼內，現場進行吊裝、定位并配置梁、柱主筋后，澆筑核心區混凝土以及樓板面層。該結構體系能夠節約大量模板及工作量、實現建筑工業化、縮短工期提高建造效率；同時減少現場澆筑量，降低噪音和有利于環境保護。牧田敏郎、小柳光生和杉木訓詳等學者對外殼預制核心現澆裝配整體式RC梁、柱及裝配式梁柱節點進行了試驗研究。基于上述研究成果，近年，采用該結構體系建造多座多高層建筑：2001年建32層東京板橋高層住宅，2002年建北海道札榥大樓，2003年建40層北海道札幌琴似站口大樓，2004年建43層廣島市Apan大樓。

4 外殼預制核心現澆裝配整體式RC結構體系介紹

外殼預制核心現澆裝配整體式RC結構體系，樓板采用大型疊合板，RC梁、柱構件的混凝土保護層連同箍筋預制（稱為預制外殼，壁厚約40mm-60mm）、外殼吊裝定位并配置主筋和節點處理后，澆筑梁、柱核心區及板面混凝土形成裝配整體式RC結構。預制外殼可在工廠或工作臺上集中預制。預制外殼和樓面大板既作為施工模板也作為結構的一部分。

與目前我國現有的裝配式結構體系相比，外殼預制核心現澆裝配整體式RC結構體系具有新的特點：（1）不需要特殊的施工技術，如預應力技術等；（2）不需要特殊的施工設備，預制外殼重量較小，現有的吊裝設備完全能滿足該結構體系的施工需要；（3）該結構體系的構件具有與現澆混凝土構件相同的整體性和抗震性能[3-6]，能夠克服我國現有部分裝配式結構整體性、抗震性能不夠優越的缺陷；（4）該結構體系完全可以采用與現澆RC結構相同的設計方法和軟件，容易為廣泛設計人員所接受。

根據已有的研究成果以及國外實際工程的應用情況，外殼預制核心現澆裝配整體式RC結構既具有現有裝配RC結構的優點，又具有優越的結構性能，所以，該新型RC結構體系應該成為今后我國發展建筑工業化的優選方案之一。但是，我國尚缺少對該類RC結構體系的系統研究，更沒有工程應用實例。所以，本文建議應根據我國的國情和建筑材料、設計規范的特點，開展該結構體系的預制外殼及其結構和構件的設計與制作工藝、施工工法、結構性能的研究，通過試驗研究和理論分析，把握該新型混凝土結構的結構性能，建立結構分析方法和計算理論，提出合理的設計方法，并進行工程試點，最后制定相應的設計、施工技術標準，推動我國建筑技術的發展和建筑工業化進程。

5 結束語

為了貫徹國家“節能減排”政策，順應建筑標準化、工業化和產業化的發展趨勢，發展我國裝配式結構，有必要借鑒國外先進技術，并考慮到我國建筑工程的現狀、建筑材料特點以及我國現有設計規范，進行結構體系、建造工法的創新，通過改進開發、試驗研究和理論分析，提出適合我國現狀、合理的計算結論、設計方法和施工工法。

【參考文獻】

[1]嚴薇，曹永紅，李國榮. 裝配式結構體系的發展與建筑工業化[J]. 重慶建筑大學學報，2004，26（5）：131-136

[2]陳翼，陳舜杰.論新型裝配式鋼筋混凝土橋梁的特點及施工[J]. 施工技術，2007，7：181-182.

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[5]張大長，支正東，盧中強等.外殼預制核心現澆裝配式RC柱抗震性能的試驗研究[J].工程力學，2009， 26（8）：131-142.

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[責任編輯：曹明明]