裝配式混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算分析和構(gòu)造要點(diǎn)

文/呂堅(jiān) 中國五洲工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 北京 100053

寇巖滔 中國航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司 北京 100120

1、前言

近年來，我國推行“節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護(hù)（四節(jié)一環(huán)保）”的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，建筑工業(yè)化已成為我國推動(dòng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的國家戰(zhàn)略，近年頒布的相關(guān)政策見表1。地方政府加快發(fā)展裝配式建筑的具體實(shí)施意見和細(xì)則要求也逐步出臺(tái)，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)得到了廣泛的關(guān)注，成為建筑行業(yè)研究的熱點(diǎn)問題之一。

表1 推動(dòng)發(fā)展裝配式建筑的主要政策文件

2、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)簡介

裝配式混凝土建筑是指以工廠化生產(chǎn)的混凝土預(yù)制構(gòu)件為主， 通過現(xiàn)場裝配的方式設(shè)計(jì)建造的混凝土結(jié)構(gòu)類房屋建筑[1]。其主要構(gòu)件為工廠預(yù)制，現(xiàn)場采用機(jī)械吊裝施工，施工速度快，利于冬季施工和保護(hù)環(huán)境，同時(shí)門窗附件、裝飾、預(yù)埋件、保溫、防水等可與主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件集成化預(yù)制。

歐洲最早的建筑工業(yè)化嘗試可追溯到17世紀(jì)，第二次世界大戰(zhàn)后，許多國家同時(shí)面臨嚴(yán)重的房屋和勞動(dòng)力短缺，歐美、日本等國家和地區(qū)對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)開展了系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已形成比較完善的建筑工業(yè)化體系。我國香港和臺(tái)灣地區(qū)裝配式混凝土建筑應(yīng)用也很廣泛。

20世紀(jì)50年代，我國大陸地區(qū)開始了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用，到20世紀(jì)80年代，裝配式單層工業(yè)廠房、裝配式大板住宅和采用預(yù)制空心樓板的砌體建筑還有著非常廣泛的應(yīng)用。但由于預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、安裝、結(jié)構(gòu)整體性等方面存在諸多問題，歷次地震中，幾乎都有預(yù)制板等構(gòu)件安全性表現(xiàn)較差的報(bào)道，國內(nèi)建筑工程界對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能存在疑慮；同時(shí)，由于裂縫、漏水、冷橋等原因，已建成的裝配式混凝土建筑在使用性能上的表現(xiàn)也普遍不及全現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，到20世紀(jì)90年代，裝配式混凝土建筑已逐漸被全現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)淘汰[2]。進(jìn)入21世紀(jì)，我國對(duì)節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)的要求不斷提高，同時(shí)勞動(dòng)力價(jià)格快速上漲，工廠預(yù)制生產(chǎn)的構(gòu)件相對(duì)于現(xiàn)澆混凝土又逐漸具備了性價(jià)比優(yōu)勢，這些因素必將改變建筑業(yè)的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)重新得到了廣泛關(guān)注 [3]。

3、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法

3.1 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的主要標(biāo)準(zhǔn)

我國現(xiàn)行與裝配式混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)的主要標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的主要標(biāo)準(zhǔn)

相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善，為我國新一輪裝配式混凝土建筑的發(fā)展提供了支撐；不同地區(qū)在國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上編制了地方標(biāo)準(zhǔn)，反映地方特色；中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)也頒布了部分關(guān)鍵產(chǎn)品和應(yīng)用技術(shù)的CECS系列標(biāo)準(zhǔn)。

相關(guān)國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集的實(shí)施，也對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的推廣起到了促進(jìn)作用。近年實(shí)施的圖集見表3，多以《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》為依據(jù)，采用的技術(shù)相對(duì)比較單一，可參考使用。

表3 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的主要標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集

3.2 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)概念

20世紀(jì)50年代到80年代，我國裝配式混凝土結(jié)構(gòu)主要是參考前蘇聯(lián)的做法，盡量減少現(xiàn)澆作業(yè)，連接節(jié)點(diǎn)的剛度和延性與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相差較多。近年的系列規(guī)范，參考了發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，采用了“等同現(xiàn)澆”的裝配整體式設(shè)計(jì)概念——預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆結(jié)合，節(jié)點(diǎn)的承載能力和延性不低于預(yù)制構(gòu)件，也不低于同類現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。同時(shí)將不能“等同現(xiàn)澆”的連接技術(shù)僅限用于6層及以下的多層剪力墻結(jié)構(gòu)，見文獻(xiàn)4第9章[4]。

3.3 “等同現(xiàn)澆”計(jì)算和構(gòu)造要點(diǎn)

對(duì)于裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)，彈性（含彈性時(shí)程）計(jì)算時(shí)采用的計(jì)算參數(shù)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相同（常用的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件STAWE、YJK、ETABS和MIDAS等均按此原則處理），與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，主要不同點(diǎn)見表4。

表4 “等同現(xiàn)澆”計(jì)算和構(gòu)造要點(diǎn)

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4、對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的展望

工業(yè)化是建筑業(yè)未來發(fā)展的趨勢，我國裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)理念、構(gòu)件生產(chǎn)工藝、連接技術(shù)、施工管理等方面都取得了長足的進(jìn)步，但整個(gè)裝配式建筑產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國家相比尚處于初級(jí)階段，對(duì)于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展的幾點(diǎn)思考和建議如下：

（1）建筑工業(yè)化是一個(gè)長期的發(fā)展過程，應(yīng)以市場為導(dǎo)向，不應(yīng)一味追求高預(yù)制率和高裝配率；

（2）推進(jìn)建筑設(shè)計(jì)的模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化，采用高強(qiáng)、高性能混凝土，與隔震、減震技術(shù)相結(jié)合；

（3）與傳統(tǒng)建筑業(yè)的生產(chǎn)流程相比，裝配式建筑需要前置很多工作，對(duì)生產(chǎn)管理和信息化都提出了更高要求；

（4）在目前缺乏成熟、系統(tǒng)的規(guī)范支撐條件下，新的研究成果難免會(huì)突破規(guī)范，應(yīng)質(zhì)量優(yōu)先、穩(wěn)步推進(jìn)，切不可斷章取義，沒有經(jīng)過系統(tǒng)的研究論證而部分采用現(xiàn)有規(guī)范、部分采用自己的研究成果，以避免造成結(jié)構(gòu)的安全性問題[6]。