淺談裝配式結構的抗震性能及發展方向

唐忻忻

（信息產業電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司，江蘇 無錫 214063）

迄今為止，科學界都無法準確預測地震災害，往往都是突發性地震，而且地震釋放的能量巨大，對建筑物可以造成破壞性傷害，同時對個人和財產的安全構成極大威脅，因此，對建筑的抗震要求越來越高，而作為今后建筑發展方向的裝配式結構，對其抗震性能進行研究在當今社會尤為重要。

1 裝配式結構的概念

裝配式結構通常指預制混凝土結構，是指將建筑物的部分或者全部的結構構件在預制場或加工廠預制生產，然后運輸至施工現場，通過現場吊裝將結構構件安裝就位后，再采用可靠的連接措施組裝，最終形成滿足國家規范要求的建筑。推行裝配式建筑，可以有效節約資源、減少施工污染、提升勞動生產效率和質量安全水平，有利于推進建筑業的信息化工業化生產［1］。

2 裝配式結構體系的分類及特點

裝配式結構可按結構材料、建筑高度、預制率等不同標準分類。從結構體系來說，目前采用比較多的有裝配式框架結構、裝配式剪力墻結構以及裝配式框架-剪力墻結構［2］。

裝配式框架結構：主要應用于對大空間要求比較高的建筑，譬如醫院、學校、商店等。該體系中基本所有構件均可預制，一般有預制柱、預制梁、疊合板、預制墻板、預制女兒墻等等。該體系預制構件種類較少，各構件重量差異不至過大，鋼筋連接及錨固形式較為統一，拼裝節點標準化程度高。

裝配式剪力墻結構：大范圍用于住宅建筑，其豎向受力構件為剪力墻，預制構件一般包括預制外墻等圍護結構、預制剪力墻內墻、預制梁、疊合板、預制陽臺板、預制樓梯、預制空調板等等［3］。因住宅層數較多，且每層布置基本一致，該體系預制構件標準化程度很高，且現場施工每層工藝相同，施工效率較高且能比較好的控制施工質量。

裝配式框架剪力墻結構：一般是辦公、酒店的常見結構體系，剪力墻為第一道抗震防線，預制框架為第二道防線。該體系性能介于框架與剪力墻之間。一般工程中，該體系剪力墻部分現澆居多，框架部分預制。在高度50m以上，100m以下建筑應用較多，較剪力墻結構更加經濟，空間性能更好，較框架結構抗震性能更加優秀。

3 裝配式結構的抗震性能研究現狀

3.1 裝配式結構抗震性能研究的外部現狀

在國外，預制混凝土結構的發展比較先進，技術也相對成熟。第二次世界大戰后，西德地區房屋毀壞嚴重，德國的住房需求趨緊，同時城市人口快速增長，這促進了住房的工業化進程。與德國相似，二戰后的日本也面臨著重建，促使工業化住宅實現了快速增長，幾乎占了竣工住宅的三分之一。通過住宅工業化解決戰后房荒的問題，促使了國外裝配式結構的快速發展，目前已經探索出一條生態與綠色的可持續發展之路。尤其是美國，已經形成了完善的標準化體系，在各方面都達到了很高的工業化水平。

歐美以及日本這些裝配式結構已經非常成熟的國家，由于地理位置出于大陸板塊的交界處，經常發生地震，因此對裝配式結構的抗震性能經過了深入細致的研究。美國的建筑規范UBC97規定，裝配式結構必須經過試驗及分析，其強度、剛度等抗震相關性能必須等同于現澆結構才可以用于地震區。對于裝配式的連接，各國研究人員也提出了許多不同形式的連接，如非線性彈性連接、線彈性連接、庫倫摩擦連接等等，并展開了大量實驗研究，對裝配式結構的抗震性能有了深入的了解，對裝配式結構的大面積推廣起到了積極的推動作用。

3.2 裝配式結構抗震性能研究的內部現狀

我國其實早在20世紀50～70年代就有過第一次裝配式結構的浪潮，那個時候主要為裝配式大板結構，預制構件主要有屋面板、樓梯等，用于低、多層結構。但是當時對抗震性能研究的比較缺乏，1990年以來，結構的抗震性能使人們對預制裝配式結構的擔憂愈發加重，唐山大地震、汶川地震等災難下，以前的裝配式大板結構破壞嚴重，預制裝配式結構的應用逐漸減少［4］。但是，隨著中國經濟的飛速發展，對節能環保的要求不斷提高以及人工成本的不斷上漲，中國對預制混凝土結構的研究在過去十幾年中開始增加。標準體系在設計，零件生產，建筑和安裝，質量檢驗和批準方面不斷改進。

結合以往教訓和國外經驗，國內對裝配式結構抗震性能也做了大量理論分析和試驗研究，許多學者在不同方向對比裝配式結構和現澆式結構，提出了一套行之有效的裝配式結構的梁、柱、板的設計方法、構造措施、連接方法等。同時國家也在許多地方促進和倡導裝配式建筑的發展，使工程界積累了大量的設計、施工經驗，盡管相較與歐美、日本等國家國內的裝配式結構理論、發展仍較為落后，但國內還是一步一個腳印穩步前行，使裝配式結構性能滿足國家規范，甚至優于現澆結構，真正實現更節能更環保更安全。

4 裝配式混凝土結構的優缺點

4.1 預制混凝土結構技術精湛

預制混凝土結構通常由相關生產部門通過生產線和機械設備生產，從而在一定程度上降低了人為失誤的可能性，而日常生產活動則使相關人員精通分工。工廠的工作區域相對較小，便于質量監督工作，這些因素使得組裝好的混凝土結構的制造過程非常好。另外，一般的混凝土結構維修工作在施工現場經常進行，影響因素很多，但預制混凝土結構維修工作在工廠進行，維修環境易于控制，大大提高了預制混凝土結構的制造工藝。

4.2 預制混凝土結構的高生產效率

如上所述，預制混凝土結構通常在工廠生產，并且當前的生產線是高度機械化和自動化的，這可以有效地提高預制混凝土結構的生產效率。由于預制混凝土結構的生產不受環境因素的影響，因此大大減少了因氣候問題引起的施工延遲，適當的環境在一定程度上縮短了預制混凝土結構的維護時間。維修完成后可立即使用，在一定程度上縮短了施工周期，節省了裝修時間，大大提高了施工人員的工作效率［5］。

4.3 施工混凝土結構完整性差

由于預制混凝土結構通常是批量生產的，建筑工地上如果缺乏指導監督，在組裝工作中經常會出現質量問題，從而導致整個預制混凝土結構的整體性較差，從而在一定程度上降低了抗震性能。在用預制混凝土結構建造的建筑物上經歷了一次地震之后，一些預制結構遭受了嚴重的破壞，凸顯了完整性差的問題，

4.4 預制混凝土結構的運輸困難

由于組裝好的混凝土結構是在工廠生產的，因此還必須將其運輸到施工現場，在此過程中，運輸工作會在一定程度上增加項目的資本消耗，組裝好的混凝土結構會被運輸到施工現場。運輸過程中大型車輛的交通在市區中大部分受到限制，這使得預制混凝土結構的運輸在一定程度上變得困難。

5 裝配式結構的發展方向

5.1 加強預制混凝土結構節點的整體性能

由于預制混凝土結構是由預制零件組裝而成的，因此與現澆混凝土相比，節點連接的整體性能相對較差。發生地震時連接預制部件很容易發生安全事故。有關部門要加大對預制混凝土結構節點整體性能的研究力度，并根據實際施工情況進行具體調整。人們認為，隨著近年來中國人口的穩定增長，高層建筑也在增加。因此，預制混凝土結構節點的整體性能直接決定了高層建筑的安全質量。如果整體表現不符合標準，將嚴重影響居民的日常生活，并帶來一定的安全隱患。因此，有必要加強對預制混凝土結構節點整體性能的研究。

5.2 規范預制混凝土結構的施工流程

預制混凝土結構的整體性能很大程度上取決于現場構件的組裝，而現場操作人員可能對預制混凝土結構接觸較少或認知不足，同時預制構件數量龐大，導致施工更加容易出錯。因此，施工方在施工前就應及時與設計、業主、政府等相關部門積極溝通。施工準備階段，嚴格把控預制構件的精度，給預制結構件編號且規定好存放位置，根據構件裝配順序擺放，做好專項施工方案，及時對操作人員進行相關培訓。施工過程中，對預制構件的吊裝、放線要嚴格控制，科學配置施工人員及監督人員，確保預制構件安裝連接接質量。國家也需對裝配式結構提出更加詳細嚴格的施工及驗收規范，以便更加規范的控制施工質量。

6 結語

總而言之，裝配式建筑的開發符合中國目前的發展目標和追求建筑業創新的發展需求，也符合中國的《可持續發展戰略計劃》，裝配式建筑物不僅可以大大減少人力，資源和能源的浪費，而且可以實現低碳，環保，并大大減少施工過程中的環境污染和破壞。因此，為了促進預裝配式建筑的發展，必須對裝配式建筑物的發展中存在的問題進行詳細的分析研究，并根據實際情況提出可采取的行動。