适合建筑工业化的混凝土结构体系在我国的研究与应用现状.pdf

2 0 1 4 年 第 6期 (总 第 2 9 6 期 ) Nu mb e r 6 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 混凝土制品 CONCRET E P RODUCTS d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 4 0 6 0 3 7 适合建筑工业化的混凝土结构体系 在我国的研究与应用现状 何继峰 1 I ，王滋军 1 ,2 ， ( 1 南京工业大学 土木工程学院，江苏 南京 2 1 0 0 0 9 ；2 戴文婷 1 I 2 。刘伟庆 1 I2 江苏省绿色建筑工程技术研究 中心 ，江苏 南京 2 1 0 0 0 9 ) 摘要： 建筑工业化是建筑节能的重要途径 。 在此背景之下新型混凝土结构体系的开发刻不容缓。 主要对预制装配剪力墙结构 体系和预制装配式框架结构其 中的典型结构体系的来源， 特点， 研究应用现状以及相应的缺点和改进措施做 了大概介绍 ， 为今后 建筑工业化的发展提供参考和依据 。 关键词： 建筑工业化；预制装配剪力墙结构体系；预制装配式框架结构体系 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 6 0 1 2 9 0 4 R e s e a r c h a n d d e v e l o p i ng s i t u a t i o n o f i n d u s t r i a l i z a t i o n o f c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n i n o u r c o u n t r y H EJ i f e n g1 ,2 ， WA NGZ ij u n ， D A I We n t i n g 一 ， L I UWe i q i n g ， ( 1 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， Na n j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， N a n j i n g 2 1 0 0 0 9 ， C h i n a ； 2 G r e e nB u i l d in g R e s e a r c h C e n t e r ， N a n j i n g 2 1 0 0 0 9 ， C h i n a ) Abs t r act ： I n d us t r i a l i z a t i on i s a n i mp oaa nt wa y o f b u i l d i ng e n e r g y c o n s e r v a t i o n I n t h i s c o n t e xt ， I t i s p r e s s i ng t o d e v e l o p i ng a ne w c o n c r e t e s t r u c t ur a l s y s t e m ma i nl y f o c u s e s o n t h e s o u r c e， c h a r a c t e r i s t i c s ， r e s e arc h a n d a p p l i c a t i o n s t a t us a s we l l a s a n o u t l i n e of t h e d r a wb a c ks and i mp r o v e me n t me a s ure s o f t y pi c a l s t r u c t u r e o f the pr e c ast s h e ar wall s t r u c t u r e s y s t e m f o r ass e mb l y a n d t h e p r e c a s t fla me s t r u c t u r e for a s s e mbl y Pr o v i d i n g r e f e r e n c e a nd a ba s i s for t h e i n du s t r i a l d e ve l o pme n t f o r t he f u t ur e K e y wor d s ： b u i l d i n g i n d u s t r i a l i z a t i o n； p r e c a s t s h e ar wa l l s t r u c t u r e for a s s e mb l y； p r e c a s t fl a me s t r u c t u r e f o r a s s e mb l y 随着建筑业的飞速发展 ， 能源消耗也 与之俱 增 。 我 国 的传统建筑产业仍然是粗放型的生产阶段 ， 建筑材料 和人 力 资源消耗较大 ， 建筑工业化程度低 。 用新型混凝土体系 代替传统的设计与施工， 发展轻质高强， 抗震性能优越 ， 节 能保温效果卓著 ， 施 工简洁 ， 经济适用 ， 绿色环保是今后建 筑工业化的主要发展方向。 经过多年 的研究与应用 ， 建筑工业化在我 国取得 了一 定 的研究成果 。 本研究主要针对混凝土结构并将按照预制 装 配式剪 力墙结构 和预制装配式框架结构分别对其 中的 典 型结构型式的研究与应用做简要的介绍。 1 预制装配式剪力墙结构体 系 预制装配式剪力墙结构体系按照工厂化程度 的高低可 以分为全预制剪力墙结构体系和半预制剪力墙结构体系。 1 1 半预制剪力墙结构体 系 半预制剪力墙结构体系通常也被称 为“ 叠合剪力墙结 构” ， 主要是指剪力墙采用部分预制， 部分现浇施工工艺的 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 2 - 0 1 基金项目：国家“ 十二五” 科技支撑计划课题 ( 2 O l 1 B A J 0 3 B 0 1 ) 钢筋混凝土剪力墙。 半预制剪力墙可以采用单面预制或者 双 面预制 中间为空腔的形式。 双面预制 中间为空 腔形式 的叠合 剪力墙结构体 系是 由德国引进 的一种绿色节能环保结构体系， 这种类似于“ 三 明治” 式的叠合剪力墙结构是将预制构件和现浇构件融合 为一体的结构体系。 现浇混凝土通过格构钢筋和预制混凝 土协 同工作 。 和直接现浇混凝土方式相 比， 其具有节约人 力资源 ， 加快施工速度 ， 降低造价等特点。 主要构件包括预 制叠合楼板与预制叠合墙板， 叠合楼板和叠合墙板的示意 图如图 1 3 所示。 由于德国叠合结构体系并没有考虑到抗 震 问题 ， 在 引进 的同时 ， 主要对叠合剪力墙 的抗震性能做 了理论和试验研究 。 近年来 ， 合肥工业大学 ， 安徽建筑工业 学 院， 南京工业大学和江苏省绿色建筑工程技术研究 中心 等单位借鉴德 国叠合剪力墙结构并做 了大量理论和试验 工作 。 试验表 明叠合剪力墙和现浇剪力墙抗震性能略差 ， 但是加上约束边缘构件会大大改善叠合剪力墙 的抗震性 能 1 - 7 。 2 0 0 8 年安徽省也出台了 叠合板式混凝 土剪力墙结 构技术规程 对叠合结构设计及施工提 出规范要求 。 为今 后叠合结构的推广打下了坚实的基础。 1 29 图 1 叠合楼板构造图 霍 | 预制混凝土 r 保温板 现 浇 混 凝 土 (非 承 重 为 空 腔 预制混凝土 剪式支架 一， r 八 、 L n o L s o L 1 v L s o L 图 2 叠合外墙构造图 I ! l 三 ! 兰 竺 J 图3 叠合内墙构造图 ( 单位： mm) 目前 ， 西伟德宝业 混凝土预制件( 合肥 ) 有限公 司已经 在试验推广楼中采用了叠合构件来验证体系的可靠度及可 行性。 同时在合肥滨湖新区康园地下车库中采用叠合墙板 作为挡土墙 ， 叠合楼板作为地下室顶板。 另外 ， 合肥高新 区 合芜蚌试验区创新公共服务和应用技术研发中心大楼地库 中也采用 了叠合体系。 由于叠合结构体 系引进的时间较 晚 加之结构相对简单所以应用大多数集 中在地下车库方面。 在预制叠合构件生产方面 除了西伟德 宝业混凝土预 制件( 合肥 ) 有限公 司之外 ， 远大住工 以及 江苏元大也引进 了预制构件生产线 ， 主要生产预制叠合墙板 ， 预制叠合楼 板以及 阳台和楼梯 。 另外一种单面预制的叠合剪力墙结构体系是 1 9 9 9 年 由万科房地产有 限公司研发。 预制墙板外表面可 以事先在 工厂先进行墙面装饰和 门窗安装等工作 ， 现场安装的时候 将预制墙板作为剪力墙一侧的模板 ， 另一侧根据要求安放 钢筋 ， 支模 ， 浇筑混凝土形成半预制形式的剪力墙 。 和传 统 现浇剪力墙相比节约了模板费用 ， 减少了钢筋绑扎和支模 等施工程序 ， 2 0 0 9 年由同济大学对预制钢筋混凝 土剪力墙 】 3 0 进行低周反复试 验。 试验表明其破坏形态和抗震性能和现 浇剪力墙类似 。 万科房地产有 限公司在上海浦东新区高青路 1 4层和 l 1 层两幢高层 商业楼 中采用 了这种半预制剪力 墙结构体 系 ， 取得 了良好的效益 ， 体现了半预制剪力墙结构 的特点 。 另外在深圳 ， 南京等地 区也有推广及应用 。 国内除 了万科企业股份有 限公 司之外主要还有 山东 万斯达以及龙信集团采用预制叠合剪力墙结构。 山东万斯达集 团联合周绪红教授 ， 吴方伯教授历经七 年时间发 明出 P K装配式整体结构。 成为山东省第一家 P C 装配整体式建筑企业 ， 万斯达济阳基地 的 2 7 0 0 m2 住宅产 业化综合试验 5 号楼采用了 P C新技术 ， 成为济南市住宅产 业化的一个亮点 。 海门龙信集团于 2 0 1 0 年在沈阳和 日本鹿岛建设株式会 社 ， 沈阳兆寰现代产业园有限公 司联合研究开发应用预制装 配整体式混凝土结构体系。 并进行了沈阳公安局浑南应急指 挥中心大楼其中的预制装配式项目的设计 ， 预制和施工。 采用叠合结构 对施 工成本节约 ， 环境保护 ， 缩短施工 周期都有着 良好 的作用 。 但 是 ， 叠合构件在施工和设计方 面还存在 以下缺陷 ： ( 1 ) 预制墙板的安装较 困难 ， 在施工过程 中可能 出现 稳定 问题 。 ( 2 ) 将预制构件从工厂运输到施工现场需要考虑到运 输过程中预制构件裸露钢筋和保温板 的保护措施 。 ( 3 ) 叠合 剪力墙 结构 中只是对构 件进行 了抗 震性能 试验分析， 对整体结构体系的抗震性能没有拟动力试验分析。 ( 4 ) 叠合外墙板两侧 的预制部分对整个剪力墙 构件 刚 度贡献缺少定量分析 ， 造 成材料浪费而且对整体结构抗震 也不利 。 ( 5 ) 叠合剪力墙 的 L型 ， 十字 型节点 并没有充足 的理 论和试验研究 ， 是今后推广使用 的障碍 。 ( 6 ) 建筑物 中的阳台与主体结构 内部 的保温性 能连续 性无法保证 ， 为了避免 阳台不 出现热桥需要对 阳台进行保 温设计 。 改进措施 ： ( 1 ) 在施工过程中可以先安装预制墙板 ， 然后再现浇主 体结构构件。 预制墙板两侧的预埋钢筋伸人承重构件， 通过支 撑构件对预制墙板进行固定然后对结构主体构件支模现浇罔 。 ( 2 ) 运输过程 中避免 预制构件的相互碰撞造成预制面 的损坏 ， 另外预制构件 出厂之前对裸露 的钢筋和保温板采 取合适 的保护方式 。 ( 3 ) 加强理论和试验研究 ， 由于半预制装配式 叠合剪 力墙结构体系处于起步阶段。 对于设计中的缺陷需要进一 步深入 ， 为以后 的推广使用打下良好的基础 。 1 2 全预制剪力墙结构体 系 全预制剪力墙结构体系指的是全部墙片均为预制 ， 连 接节点部分现浇的剪力墙结构体系。 目前市场上使用全预 制装配式剪力墙技术较为成熟 的有南通 中南控股 集团有 限公司的N P C结构体系和黑龙江宇辉集团的全预制装配 式剪力墙结构体 系以及万科房地产有 限公 司的全预制装 配式剪力墙结构体系。 N P C结构体 系是 由南通 中南控股集 团有限公司与澳 大利亚亚康诺克公司合作引进的。 N P C结构体系在澳大利 亚等 国家 已经使用了近 2 0 年 ， 其成功的实际案例表明N P C 结构体系具有 良好的应用前景且符合我国建筑工业化 ， 绿 色环保节能的发展趋势。 考虑到我国国情 ， 引进的 NP C体 系需要和现有的规范 以及具体情况灵活使用 。 目前 ， N P C 结 构体 系的技术体系较为完善 ， 装配率也达到了 9 0 以上。 N P C结构体系的竖 向构件剪力墙 、 柱采用预制 ， 水平 构件梁 、 板采用叠合形式 ； 竖 向构件节点采用浆锚连接 ， 水 平构件与竖向构件 节点采用预 留钢筋叠合现浇连接形成 整体 。 如 图 4 、 5所示为外墙 板和 内墙板 的连接嘲 。 和 N P C 相似的是万科房地产有 限公 司的全预制装配式剪力墙结 构体系 ， 万科有效 的解决 了外墙防水等构造措施 。 室外 室内上层预制外墙板 灌浆 孔 一 J ， 连接钢筋 金属 波纹 浆锚管 灌浆料 士 0 ： 坐 浆 层 一 下层 预制外墙 板 图 4 外墙板连接示意图 图 5内墙 板连 接示 意图 ( 单位 ： mm) 由南通建筑工程总承包公 司和东南大学主编 的 预制 装配整体式剪力墙结构体系技术规程 已经于 2 0 1 1 年实 行。 但是在设计方面尤其是节点和整体结构的理论和实 验 研究方面仍然有待加强 。 目前国内仅仅在南通海门在中南世纪3 3 号楼采用了 N P C结构作为试点工程已经投 入 使用并且较好的体现出NP C 的牦 点。 但是 ， 通过实际工程可以看出 N P C体系存在的缺陷： ( 1 ) N P C结构体系的节点采用现浇的方式 ， 不 同构件 连接形成的节点所用的构造方式以及现场预制构件运输 和吊装都 比较复杂。 ( 2 ) 预制墙板处的拼缝构造仍然有待改进 。 ( 3 ) 外墙板拼接处的整体性， 连续性以及防水要求。 改进措施 ： ( 1 ) 预制构件运输要降低构件的重心， 预制墙板采取 插放或者靠放的方式。 对于构件的薄弱部位采取合适的保 护方式 。 构件 吊装 时按 照吊装顺序 和操作方式 ， 支撑 的安 装按照技术规程确保构件垂直和稳定【 l切 。 ( 2 ) 梁 ， 柱钢筋在受力最大处或者节点区全截 面连接 ， 箍筋采用高强度焊接封闭式箍筋 代替以往的 1 3 5 。 弯钩做 法【 l l 】 ， 进一步优化节点处插筋的构造 以保证节点受力性能 。 ( 3 ) 墙板竖直方 向连接采用浆锚连接 ， 无法保证金属 波纹管内混凝土的浇筑质量。 需要改进连接构造方式来提 高连接质量 的保证率。 ( 4 ) 万科在外墙防水构造采取了新的构造方式， 外墙 水平拼缝 防水采用 了材料和构造相结合的措施 ， 一共三道 防线： 材料密封防水 ， 空腔构造防水排水 ， 空心橡胶密封条 防水。 垂直拼缝防水采除了采用水平拼缝 防水的措施之外 另外还有后浇混凝土 自防水 1 2 1 。 图 6 外墙水平拼缝防水 图 7 外墙垂直拼缝防水 另外 ， 黑龙 江宇辉集 团借鉴众多企业预制结构部件的 生产以及施工工艺 的基础之上采用竖 向连接专利技术“ 插 入式预留孔灌浆钢筋搭接连接 ” ， 形成 了全预制装配式剪 力墙结构技术。 但是 ， 结构构件形式单一 ， 而且施工 时对 吊 装设备 的要求较高。 2 预制装 配式框 架结构体 系 预制装配式框架结构 中的预制叠合梁 和预制叠合板 首先在工厂生产 ， 运输到现场之后再现浇节点和梁端键槽 。 结构中的柱根据实际要求可以现浇也可以预制 。 现在 ， 运用 较为成熟 的是南京大地集 团的世构体系。 世构体系是由南京大地集团从法国 S C O P E公司引进 的一种预制预应力混凝土装配整体式框架结构体系。 S C O P E 结构体系是采用预制混凝土柱 ， 梁 ， 板 ， 通过后浇混凝土将 梁板柱 以及节点形成一个整体 。 预制混凝土柱也可现浇 。 1 31 S C O P E体系区别于其他结构体系主要体现在节点构造方 式。 也是整个体系中关键部位， 它是由键槽 ， u形筋以及现 浇混凝土组成。 东南大学联合大地集团对节点受力性能做 了研究并在理论和实际中取得 了良好的应用。 目前 ， S C O P E体系大量应用在 梁或板结构 中 ， 只是用 在部分装配式结构中。 而全面应用 即全预制的梁板柱结构 只在金帝御坊和南京 审计学院国际学术交流工程 中应用 。 尤其在南京审计学 院中全面采用了预制柱， 为今后 S C O P E 的全面推广应用提供了宝贵的施工经验。 S C O P E体 系在设 计 和实 际应用 过 程 中也 存 在改进 之处 ： ( 1 ) S C O P E体系在施工过程中对于叠合板搁置长度 的要求 。 1 5 m m。 这对于施工精度要求非常高 。 若是施工 出现偏差 ， 难 以保证节点受力的可靠性。 ( 2 ) 由于预制柱是在工厂中预制的 ， 现场需要将预制柱 连接成一个整体。 如何保障预制柱连接的整体性使其有足 够的承载力 。 改 进措 施 ： ( 1 ) 剪力墙结 构中通过加大叠合面负筋 的长度 以改善 支座受力性能， 控制裂缝的开展。 对支座的构造也做了相 应的改进 ， 节点如图 8 所示 1 3 。 目 I l 二 7 L l_。 ff - , d I I l 尧 剪 力 墙 或 连 梁 l L 图 8 剪力墙结构中板搭接构造修正 框架结构中叠合板的的搁置长度下限可以取为 2 5 m m， 尤其在 和竖 向构件连接节点处选择合理 的构造措施 以及 梁 的截面形式以保证板搁置的可靠性 。 ( 2 ) 预制柱接柱需要在下部 预制柱 内预埋钢管 ， 吊装 时将上部预制柱的主筋插入下部预制柱的钢管内。 因此预 埋 的钢管位置的控制 以及预 留钢筋 的长度 选择成 为结构 安全性以及施工快捷的关键 1 4 】 。 ( 3 ) 对于 S C O P E体系的节点 ， 键槽的尺寸和 U形钢筋 的定位是施工过程的难点。 节点施工质量对整体结构性能 有较大的影响 ， 可 以通过改变后浇节点 的构造方式 ， 提高 现场施工质量来保证整个结构 的抗震性能。 3结 语 建筑业是我 国国民经济的支柱产业 之一 ， 被称为国民 经济的先行 。 但是长期 以来建筑业 的施工方式是大规模 的 手工生产方式 ，必须改变着现有 的情况尽快实现工业化 。 对缩短施工 日期， 降低劳动强度， 减少人工消耗 ， 提高施工 质量以及劳动生产率有着 明显的作用。 参考文献： l J1 卢吉松 节能环保型钢筋混凝土叠合结构体系墙体抗震性能试 验研究【 D 南京： 南京工业大学， 2 0 1 0 【 2 叶献国， 张丽军， 王德才， 等 预制叠合板式叠合剪力墙水平承 载力试验研究【 J 合肥工业大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 9 ， 3 2 ( 8 ) ： 1 21 5 1 21 8 3 3 王滋军 ， 刘伟庆 ， 卢吉松 ， 等 冈 筋混凝土无洞叠合剪力墙低周 反复荷载试验【 J 】 _南京工业大学学报： 自然科学版， 2 0 1 1 ( 6 ) 4 刘霞 新型钢筋混凝土叠合结构体系研究【 D 】 南京 ： 南京工业大 学 ， 2 0 1 0 5 】魏威 ， 叶艳华 ， 王滋军 ， 等 新型钢筋混凝土叠合剪力墙抗震性 能试验研究 J 】 2 0 1 1 ( 6 ) ： 1 5 1 7 6 16 连星 ， 叶献国， 蒋庆 一种新型绿色住宅体系叠合板式剪力 墙体系【 J 】 _工业建筑， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 6 ) ： 7 9 8 4 7 吴志新 叠合式剪力墙板抗震性能试验研究及有限元分析【 D 】 安 徽： 安徽建筑工业大学， 2 0 1 0 【 8 】张海燕， 申琪玉， 黄玉龙 香港地区新型预制混凝土结构体系施 工研究【 J J 建筑技术 ， 2 0 0 9 ， 4 0 ( 8 ) ： 7 4 7 7 4 9 f 9 9 张军， 侯海泉， 董年才， 等 全预制装配整体式剪力墙住宅结构 设计与应用f J J 施工技术 ， 2 0 0 9 ， 3 8 ( 5 ) ： 2 2 2 4 f 1 0 】 江苏省住房和城乡建设厅 D G J 3 2 T J 1 2 5 2 0 1 0 ， 预制装配整体式 剪力墙结构体系技术规程【 s 2 0 1 0 【 1 1 张军， 侯海泉， 董年才， 等 全预制装配整体式剪力墙结构住宅 施工技术【 J J _施工技术 ， 2 0 1 0 ， 3 9 ( 7 ) ： 9 6 9 8 1 2 】 栗新 工业化预制装配式( P c ) 住宅建筑的设计研究与应用I J 1 建 筑施工， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 3 ) ： 2 0 1 2 0 2 1 3 1 3 U 子洁 世构体系中的叠合板应用 J 1 建筑设计 ， 2 0 0 3 ( 3 ) ： 4 0 4 1 1 4 J 亚非 ， 庞涛 ， 孔俊 ， 等 世构体 系接柱技术在南京审计 学院 工 程中的应用 J 1 江苏建筑 ， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 1 5 1 7 作者简介 联 系地址： 联 系电话 何继峰( 1 9 8 9 一 ) ， 男， 硕士， 从事新型节能结构体系的 研究。 江苏省南京市中山北路 2 0 0号 南京工业大学土木工 程学院( 2 1 0 0 0 9 ) l 5 2 61 8 7O 71 6 墓 曩 耋 I 圜 三一 拖泵 创5 0 0 m环 保水洗 新纪 录 三一超高压拖泵在广州东塔的超高层泵送施工项目中再创佳绩， 单泵直接水洗突破 5 0 0 m， 创造了单泵直接水洗的 新纪录。 据了解 ， 在国家大力提倡节能环保的背景下 ， 超高层工程建设对机械设备 的要求越来越高， 不但要求节料 ， 还要能 实现水循环利用， 节能环保。 三一独创的超高压水洗技术很好地满足了这一需求。 这种施工方法可有效回收输送管道 内 的残余混凝土， 节约能源和成本， 避免对环境的污染。 在 5 3 0 1T I 的广州东塔项 目中， 三一的超高压拖泵经过技术创新， 不但 将三一独创的水洗技术发挥得更为淋漓尽致 ， 为客户节约大量成本 ， 而且还能把一次水洗后 的水 ， 经过冷却等技术处理 ， 在第二次水洗 时， 加以循环利用 。 本次三一超 高层拖泵创造单泵直接水洗突破 5 0 0 n l 的新纪录 ， 再次验证 了三一在超高层 建筑泵送领域 的绝对领先水平 。 】 3 2