預制裝配式混凝土結構施工中的新技術應用

姜 泰

上海臨港創新經濟發展服務有限公司 上海 201403

預制裝配式建筑是指將建筑的全部或者部分構件在工廠預制完成，然后在施工現場通過可靠的連接方式組裝而成的建筑[1]。預制裝配式結構具有節能環保、建造質量高、工期短等出眾的優點。隨著我國對建筑工業化的高度重視和相關政策的推出，裝配式建筑在全國各地開始了快速的發展。

本文結合上海臨港重裝備產業區H36-02地塊項目實踐經驗，介紹多種新技術在裝配式建筑中的應用，分析裝配式建筑的工藝特點。

1 工程概況

臨港重裝備產業區H36-02地塊位于上海浦東新區臨港重裝備產業區和物流園區內，主要功能為研發及配套服務設施。由22棟4～12層研發中心、研發廠房，1棟4層共享大廳，1棟垃圾房及地下1層車庫組成。總建筑面積約206 000 m2，其中地上面積約163 000 m2，地下面積約43 000 m2。

除東4樓采用裝配式鋼框架結構外，其余單體地上部分均采用裝配整體式鋼筋混凝土結構。結構體系包含裝配整體式框架結構和裝配整體式框架-現澆剪力墻結構兩類，單體預制率高于40%。其中，西1樓和西2樓為采用消能減震技術的裝配整體式框架結構，單體預制率為47%。工程采用的預制構件包括預制的柱、梁、樓板、樓梯以及挑板和女兒墻等。

2 裝配式新技術應用

在傳統預制裝配式體系的基礎上，項目采用了多項新技術，達到了進一步增強建筑性能，有利于控制現場進度和工程造價的效果。

2.1 裝配式混凝土結構消能減震結構體系

為增強裝配式建筑抗震能力和防災性能，單體西1樓和西2樓采用了“預制框架＋黏滯阻尼”結構體系（圖1），共布置78根黏滯阻尼器。黏滯阻尼器通過活塞與缸筒間的相對運動產生阻尼力，大量消耗輸入結構的振動能量，從而迅速減小地震剪力和位移角，保護主體結構。其優點在于不會給結構增加額外的剛度、結構簡單、成本低廉且適用性高。

圖1 黏滯阻尼器連接方式

設置黏滯阻尼器一方面可優化節點配筋方案，另一方面可減少現澆剪力墻，從而提升建筑預制率。本工程西1、西2樓為高層建筑，若按常規體系采用框架-剪力墻結構，則剪力墻部分需要現澆，從而增加了現場的濕作業量且不利于預制率的提高。剛度的增加也會導致所選用的預制框架部分的構件尺寸偏大，給構件運輸和施工吊裝帶來不便。

黏滯阻尼器替代剪力墻之后，減少了7%的現澆混凝土工作量，提高了建筑的預制裝配程度，控制單體預制率不低于45%。設置黏滯阻尼器的預制裝配式框架結構體系與預制裝配式框架-現澆剪力墻結構體系相比，節約了1 000 m3混凝土，每棟樓綜合造價可降低300多萬元。

雖然阻尼器的設置會對設計方案有一定制約，但該技術間接優化了剪力墻布置和降低了節點處施工的復雜程度，同時增強了裝配式建筑的抗震能力和防災性能，并提高了建筑的工業化水平。

2.2 裝配式框架簡化節點連接

現階段，框架節點鋼筋密集、施工困難、施工質量難以保證是裝配式混凝土框架結構施工過程中的突出問題。

項目優化了框架梁柱和節點的配筋及連接方式（圖2）。將框架柱縱筋集中配置于四角部位，框架梁底筋在節點區域通過彎折進行錯位，避免了鋼筋的交叉重疊，簡化了鋼筋排布和施工復雜程度，提前減少和避免了現場施工難題。

框架頂層端節點鋼筋采用鋼筋錨固板的錨固方式。鋼筋錨固板可達到與傳統方式相同或更優的錨固性能，并解決了頂層節點鋼筋擁擠和混凝土澆筑的難題，從而有效提高了裝配式框架的施工效率。

2.3 預制預應力混凝土雙T板疊合樓蓋技術

預制預應力混凝土雙T板是一種先張法預應力混凝土構件，由受壓翼緣和2排腹板組成。雙T板一般采用高強預應力筋和高強混凝土制成，其橫截面受力合理，具有自重輕、承載力大等特點，可以廣泛應用于大跨度、重荷載的結構中[2]。

本項目標準柱網尺寸為8.4 m×8.4 m，跨度較大，使用傳統樓蓋體系將消耗大量資源。項目創新采用了大量預制預應力混凝土雙T板作為疊合樓蓋，取消次梁設置，局部柱距較密處則采用鋼筋桁架疊合板的形式。

針對大型公共建筑的荷載和跨度，通過優化構件截面、配筋和端部設計，形成了施工便捷的雙T板連接節點形式。預應力混凝土雙T板端部采用變截面。中梁采用倒T形挑耳、邊梁采用L形挑耳設計方法。挑耳上設置支墊，雙T板端部擱置于挑耳部位并形成有效連接（圖3）。

圖2 中間層邊跨梁柱節點

圖3 雙T板端部節點構造

預制預應力混凝土雙T板疊合樓蓋的應用，有效發揮了其截面高度與預應力材料強度的優勢。樓蓋材料用量減少，提高了施工效率并降低造價，滿足了本項目裝配式公共建筑對大跨樓蓋結構的需求。

3 裝配式工藝特點分析

3.1 結構分析

本項目包含裝配整體式框架結構和裝配整體式框架-現澆剪力墻結構2類結構體系。裝配式框架結構由預制梁和柱抵抗水平和豎向荷載，具有結構平面布置靈活、結構自重較輕的特點。裝配式框架-現澆剪力墻結構在荷載作用下，框架與剪力墻的變形協調一致，具有較高的水平承載力和豎向承載力。

裝配式結構的重點在于預制構件的連接設計和施工。當采用可靠的連接技術和構造措施時，可認為具有與現澆結構等同的承載力、整體性和延性，可達到與現澆混凝土結構相同的性能。

3.2 能耗分析

電耗方面，由于傳統工藝相對于預制裝配材料工藝有材料所需吊裝次數多、木模板加工所需能耗高、現澆工藝所需振搗器工作量較大的特點，導致了傳統工藝耗電量的增加。

水耗方面，預制構件一般在構件廠使用蒸汽養護，因而對養護用水量可精確控制。現澆式建筑在進行現場的澆筑時一般為人工澆水，水量消耗較多且難以控制。

綜上所述，采用預制裝配式的建筑可節約能源消耗。相關資料表明，當房屋住宅的預制率達到37%時，采用裝配式工藝能夠節約36%的水資源，31%的電[3]，符合可持續發展的原則。

3.3 工期分析

對生產設計而言，裝配式建筑可實現設計模塊化、標準化設計和構件加工生產，從而減少重復設計，提高效率。

對上部結構施工而言，預制裝配式建筑在工期方面較傳統施工優勢不大，每層工期與傳統工藝相差1～2 d。但是外裝施工和室內裝飾施工的工期卻大大減少。總體來說預制率越高，工期縮短越多。

此外，傳統施工方式施工周期受多方面因素影響，工期較難控制。而預制裝配式建筑只需要在現場將工廠生產的預制構件進行拼裝。現場的工作強度減少，安裝流程標準化，保證了施工的進度。

3.4 經濟分析

相對于傳統現澆工藝，采用預制裝配式的建筑在常規施工圖之外，需要另行編制生產和施工二次深化圖紙，設計費用高于傳統施工。同時，裝配式建筑需要額外支付預制構件的制作費用以及構件運輸費用。此外，由于構件吊裝和安裝的需要，預制裝配式工藝相對于傳統工藝增加了堆場的設置、場地處理、大型塔吊使用、預埋件、臨時支撐等費用。

而預制裝配式建筑在材料用量、腳手架費用、人工費用等方面更具有優勢。預制構件以吊裝為主，因此，可減少傳統腳手架的使用，或采用安全防護圍擋、挑網等措施代替腳手架。現場濕作業工作量大幅減少，相應的材料損耗、修補材料用量、建筑垃圾也會減少，人工成本也隨之大幅降低。同時也降低了施工聲、光、塵等污染和相應的防治費用[4]。

另外，相對于傳統建筑，工業化生產工序簡單，濕作業環節減少，受到環境的影響較小。對施工現場的人員、機械和材料的使用以及施工的周期控制更便捷。可有效規避傳統施工方式勞動力成本變化和現場變更等成本風險。

但從總體上看，目前裝配式建筑與現澆建筑相比建設成本優勢不明顯。主要原因為現階段設計增加費、PC構件生產費、安裝費較高。但隨著我國預制構件規模化、標準化的實現，成本將進一步降低。

4 結語

本項目引入裝配式混凝土結構消能減震結構體系，優化了框架梁柱和節點的配筋及連接方式，采用預制預應力混凝土雙T板疊合樓蓋技術，有利于增強裝配式建筑的抗震能力，顯著提高了施工效率，為項目創造了良好的經濟效益。

通過工程實踐分析，裝配式建筑可以有效減少建設工期，節省人力、物力，具有節能環保等獨特的優勢，是建筑業發展的新方向。