装配式混凝土结构的特征及应用

（一）装配式混凝土结构的内涵与特征

装配式混凝土结构指的是装配式建筑的预制构件是由混凝土制成的，也就是利用可靠的连接方式将混凝土制成的构件进行装配。这种建筑称作装配式建筑，从结构的视角看，这种结构则属于装配式结构。整个装配式混凝土结构的形成过程中，除了要对所有的混凝土预制构件进行组装以外，还要在连接后，现场通过浇混凝土、水泥基灌浆料的方式，使整个装配式混凝土整体受力。

在建筑结构的未来发展中，装配式混凝土结构是重要的发展方向。当前，随着我国城镇化的快速发展，政府不仅要考虑到如何建设城市，更要给予新型城镇化、工业化、信息化可持续发展问题充分的关注。当然这不仅是研究者需要考虑的问题，也是企业所要承担的社会责任。如今，我国社会经济高速发展，建筑行业的建造模式却没有太大的进步，一直以来，传统的建造模式带来的高能耗、高污染、低效率的问题依旧存在。想要建设新型城市，如果还将建筑业看作是劳动密集型的企业，那么想要实现进步与突破是难上加难。另外，我国劳动人口呈现负增长的趋势已经显现，这对于劳动成本和劳动力来说都是一种无形的压力，为了与国家可持续发展的必然要求相适应，在建筑行业，必须将传统的生产方式进行扭转，使新型建筑工业化得到发展，将装配式混凝土结构作为核心，推动行业的进步。

与传统现浇混凝土结构相比，装配式混凝土有几个明显的特征。

1.提升建筑质量

对于建筑体系和运作方式来说，装配式混凝土结构可谓是带来了一场巨大的变革。装配式混凝土结构与传统方式比对，并不仅仅是在工艺上发生了改变，更重要的是，这种建筑方式能够有效地提升建筑质量。

一是提高建筑的设计质量。装配式混凝土结构的设计要求非常严格，精细化和协同化是装配式混凝土结构必备的两点要求，一旦在设计过程中，不能够达到精细的标准，那么，最后所造成的损失是非常大的。因此，装配式混凝土结构在倒逼设计，要求在设计阶段必须做到精细、协同而且足够深入，只有这样，才能够保障建筑的品质与质量。

二是提高预制构件的生产质量。预制构件在正式使用之前，都经历了一个制作时期，这个制作时期中，混凝土构件需要在精致的模具和模台上，为了保障构件的精致与完整，必须要确保模具的严丝合缝，不能够在制作中出现漏浆现象，另外，为了保障构件的质量，也为了操作起来更加方便，大部分情况下，会将墙、柱等立式构件放倒，“躺着”浇筑。有条件的预制工厂，会采用蒸汽养护的方式，对混凝土浇筑、振捣以及养护等多个环节实施计算机控制，这样在保障温度的同时，还可以保障湿度。通常情况下，现浇混凝土的使用会采用厘米计算误差，但是在预制构件中，误差是用毫米来衡量的，因为只有非常微小的误差才能够使装配式构件得到无缝连接，而误差大的构件，不仅没办法装配，对于资源来说也是一种浪费。从某种程度上来说，高精度的预制构件能够为现场后浇混凝土部分的精度提升起到促进作用。另外，预制构件的生产质量得到提升，对于外饰面与结构和保温层来说，也有极大的助益，可以起到提高耐用性、降低噪音等作用。

三是对质量管理有很大益处。装配式建筑与传统建筑最大的区别就在于，这种建筑形式，真正实现了建筑、结构、装饰一体化，减少了传统建筑中存在的隐患。另外，装配式建筑的构件都是在工厂建造的，这远远比工地现场制造更细致，由于经过了更全面、细致的检查，质量上也更有保障。装配式建筑改变了传统建筑行业中层层竖向转包的现象，使建筑业向扁平化分包过渡，前者的弊端在于，建筑质量的责任与农民工之间的联系密切，但是农民工的流动性太强，想要有所保障，还是有一些困难的，后者则是将责任落实在工厂，专业化的制造工厂制作了构件，若是构件的质量出现问题时，责任追究和落实更容易。

2.节省劳力，提高作业效率

装配式混凝土结构建筑的劳动力节省受到几个方面的影响，分别是预制率的大小、生产工艺自动化程度以及连接节点设计。工程中，涉及的这三个方面如果比较简单，那么劳动力上，劳动力就会节约50%以上。但如果PC建筑这三个方面都比较麻烦，或者是后浇区过多，在劳动力上想要节省就很困难了。不过就目前的趋势来看，生产工艺自动化程度势必推动预制率的提高，构件模数化和标准化提升的过程中越来越好，这样节省人工的比例也会随之增加。

工作环境上，由于装配式建筑的大多数作业都是在工厂中进行的，这样不仅将很多高空作业转移到了平地，更是避免了在室外受到风吹雨淋的影响。

从生产方式上来看，装配式结构建筑是一种集约型生产方式，在制作构件上，想要大幅度的提高生产效率，是离不开机械化、自动化以及智能化的发展的。

装配式建筑把很多现场作业转移到工厂进行，高处或高空作业转移到平地进行，风吹、日晒、雨淋的室外作业转移到车间里进行，工作环境得以大大改善。在欧洲，有些专业工厂专门生产叠合楼板，虽然生产线上的工人只有6名，但是年产量却能够达到120万平方米。这样的生产量如果是在纯手工的作业方式下进行，则需要200名工人。足以见得，这种建筑形式的优越性。除此之外，劳动力资源在构件工厂中的分配更均衡、方便，由于不受气候条件的限制，即便是在下雨的天气，构件的制作工作也是照常进行的。

3.节能减排环保

装配式混凝土结构建筑的节能减排环保主要体现在节约材料，减少模具消耗以及提高材料利用率上，尤其是减少木材消耗的问题上，这种建筑形式的优势更是明显；相比传统的建造形式，预制构件省去了找平层和抹灰层的步骤，因为预制构件的表面原本就足够干净平整了；工地现场再也不需要满是脚手架，省去了很大一部分脚手架材料；在围护、装饰、保温等环节，由于装配式建筑的精细化与集成化作用，材料与能源的消耗都会得到减少，相应的碳排放量也会随之减少；与现场生产相比，工厂化生产能够让废料、废水的控制与再生利用更容易。材料的节省，使工地建筑垃圾过多问题得到了解决，控制了工地的污水排放量，这对于建筑行业以及环境来说都是非常有意义的。在预制构件的工厂中，水资源节约问题做得很好，很多养护用水可以再利用。最后，装配式建筑的存在对于人们的生活带来更多的福音，以前建筑工地施工噪声过大、粉尘过大，周边居民生活受到影响，有了装配式建筑这一形式，这些问题都能够迎刃而解。

4.缩短工期

受到预制率的影响，装配式建筑的工期能够实现大大地减少。如果预制率高，工期的缩短时间就会更多。相反，如果预制率较低，现场的浇量又比较大，工期缩短的时间就比较少。北方地区为了缩短总工期，往往会利用冬季生产构件，这是非常有效的方法。

对于建筑项目的整体工期来说，由于装配式建筑能够有效减少湿作业，使外墙的围护结构与主体结构能够一气呵成，很多施工环节不必再等到主体结构完工后再去实施，这样的施工同步进行，主体结构施工结束时，所有的环节也已经接近尾声，工期缩短是必然的。装配式建筑缩短工期的优势，在精装修房屋的项目上，更能够体现。

5.发展初期成本偏高

不过，与现浇混凝土结构相比，装配式混凝土结构建筑的成本在发展初期是比较高的，这也是很多建筑单位不愿接受装配式建筑形式的原因。只有当建设项目的规模足够大的时候，才能够使建设成本降低，而地区建设、城市建设在规模上，还是比较小。厂房设备为了这样的小规模建设需要付出的成本很高，想要维持运营是非常艰难的。在初期阶段，工厂的规模化不足，无法实现均衡生产，加之很多专用材料与配件的价格过高、人才上的不足，成本过高并不意外。

6.人才队伍的素质急需提升

作为一种劳动密集型的产业，人才队伍的整体素质是非常重要的，传统的建筑行业，现场工人无论是在能力上还是在素质上都存在很大的不足。在装配式建筑不断发展的趋势下，体力劳动不会再占据太多的比例，对于技术型人才的需求却比较急迫，因为装配式建筑的操作工序是对精准要求极高，只有高素质、懂技能的人才，才能够更好地利用技术，促进装配式建筑的发展。

（二）装配式混凝土结构体系的分类

装配式混凝土结构体系包含两种，分别是专用结构体系和通用结构体系。通用结构体系是专用结构体系发展的基础，专用结构体系只有建立在通用结构体系的基础上，才能够实现对建筑功能以及建筑性能的不断完善。

现浇结构和装配整体式混凝土结构分为剪力墙结构、框架结构及框架—剪力墙结构三个类别。由于工程高度、体型、功能热点等因素的不同，在结构体系的选择上，也有很大的差异。同时，这些因素也是建筑结构体系选择的主要依据。

1.框架结构

（1）主要组成。(www.xing528.com)

框架结构的主体主要是由梁和柱连接构成的，通常情况下，在框架结构中，会将梁柱之间的节点做成钢接，当然，这并非是唯一的形式，铰接或半铰接也是做节点的两种其他方式。一般会采用固定支座的方式来做柱的底部，只有在特殊的情况下才能够设计成铰支座。框架结构中，柱应该做到上下对中、纵横对齐，这样能够保障框架的受力均匀，要确保梁柱的轴线在统一竖向平面中。为了使建筑能够满足造型和使用功能上的需求，可以采用如图2-1所示的方式进行布置，这种布置方式主要是将框架结构做的内收、梁斜。

图2-1　框架结构示例

（2）平面布局。

框架结构在布置上需要考虑的问题有很多，为了使框架结构能够更好地布置，各方的需求都应该给予满足。一方面要充分考虑到建筑平面的布置情况；另一方面还要确保生产施工的要求能够得到满足，同时，要保障施工上的渐变、结构受力上的合理性，尽可能地节约工程造价、加快施工进度。除此之外，在建筑过程中，还应该考虑到构件的最大重量与最大长度，因为只有在条件允许的范围内，才能够保障设备能够正常的运输，要尽可能地减少构件的规格种类，使工厂化生产的效率与质量得到提升。

要尽量保持柱网在尺寸上的统一性，确保跨度与抗侧力构件的布置是均匀对称的，充分考虑到布局过程中，竖向荷载作用下，内力的分布情况，保持起均匀，使偏心减小，降低扭转效应所带来的负面影响，另外，还要注意将各个构件进行充分利用，真正做到物尽其用。柱网的开间与进深，最好控制在4～10米最佳。整个构件的设计师需要以建筑的使用功能为基础的，也就是说，要在明确建筑的使用功能以后，才可以进行布局设计，这样能够尽可能的保障工程的布局合理性。不同的柱网使用于不同的建筑（图2-2），在建筑中所起到的作用也不同，如图2-2（a）所示是一种较大的柱网，这种柱网更适合建筑有较大空间的公共建筑，不过使用这种类型的柱网，大梁的界面尺寸就会增加。图2-2（b）是一种小型柱网，这种柱网更适合比较小建筑，例如，旅馆、办公楼等，这种柱网的梁柱截面尺寸相对比较小。在框架结构设计过程中，必须要保证设计与实际需求向符合，要注意不符合实际情况所带来的危害与后果。

图2-2　柱网布置示意

（3）平面布置。

框架结构主要承受竖向荷载，按楼面竖向荷载传递方向的路线不同，承重框架的布置方案有横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重三种。

①横向框架承重方案。在横向布置框架承重梁是横向框架承重的方案，在纵向布置连系梁，楼面的竖向荷载由横向梁传至柱。横向框架往往跨数小，为了利于提高建筑物的横向抗侧刚度，要求主梁岩横向布置。为了利于房屋内的通风和采光，按构造要求纵向框架要求布置较小的连系梁。

②纵向框架承重方案。纵向布置框架承重梁是纵向框架承重的设计方案，在横向布置连系梁。为了利于设备管线的穿行，横向梁要求高度较小，这样楼面荷载可由纵向梁传至柱；如果房屋纵向的物理力学有较明显的差异时，房屋的不均匀沉降可以通过纵向框架的刚度来调整。如果在房屋纵向的物理力学有较明显的差异时。预制板的长度限制了进深尺寸，房屋的横向抗侧刚度差，这些是纵向框架承重方案的缺点方案。

③纵横向框架混合承重方案。纵横向框架混合承重方案是在两个方向均需布置框架承重梁以承受楼面荷载。当楼面上作用有较大荷载，或楼面有较大开洞，或当柱网布置为正方形或接近正方形时，常采用此种方案。纵横向框架混合承重方案具有较好的整体工作性能，有利于抗震设防。

（4）框架结构的竖向布置。

框架在布置过程中，高度上务必要与各层的平面柱网尺寸一致，保持框架、柱之间的对齐。尽量控制好框架与柱，不要因为某些楼层的原因将框架、柱取下，容易导致不规则框架的形成。

若是建筑功能要求做成不规则的框架，则要结合实际情况，采取一系列的措施来解决问题，例如，增加边梁配筋、加厚楼板等，都是行之有效的方法。需要注意的是，竖向不规则框架架构在高烈度震区是不适合使用的，或者在使用中一定要谨慎。最好能够保持框架、柱的截面尺寸能够循着高度的方向在大小上发生变化，不同强度等级的混凝土最好能够在柱截面尺寸上错开，这样能够使结构在刚度变化上保持均匀。最后，上下柱之间的偏心越小越好，在允许的情况下，保持中心对齐最佳。

（5）结构的体型规则性。

建筑体型受到水平荷载的作用，在平面与立面上的情况是比较复杂的，由于其不规则性，在布置过程中，要尽可能地避免部分突出和刚度突变的现象发生。针对这一问题，尽快解决是上策。但如果不能够及时地避免这种情况，需要在布置过程中加强结构布置。如果房屋平面上存在突出的部分，则需要对突出部分产生的力进行推测，对突出部分的框架梁和柱要给予充分的固定与加强。

2.剪力墙结构

（1）剪力墙结构的特点。

剪力墙结构通常也被称作抗震墙结构，是一种由混凝土力量同时承受竖向荷载和抵抗侧向力的结构。

整体性和抗震性良好，是剪力墙结构具备的优势，也是其最明显的特征。数据显示，在多次地震中，剪力墙受损程度相对较轻。设计过程中，由于受到楼板距度的阻碍，筒仓情况下，会将其开间设计成3～8米，这样做非常有利于住宅、旅馆等多层建筑的使用。

（2）剪力墙的结构布置。

在结构布置上，最好和现剪力墙之间保持一致，越简单、越规则、越对称越好，平面布置过程中，一定不要用严重不规则的平面。

应向布置是剪力墙在平面布置中比较常用的方式，通过开洞设计，使剪力墙的门窗保持上下对齐。这样做也是为了更好地形成联肢性剪力墙。

3.框架—剪力墙结构

在计算过程中，框架—剪力墙结构采用的是楼板平面刚度无限大的假设。这种假设的意思是指在自身平面内楼板是不变形的。水平力在楼板的传递下，按照抗侧力刚度分配到剪力墙和框架上。实际上大部分的水平力是由剪力墙承担的，刚度很大，所以在地震发生时，框架—剪力墙结构的第一道防线是剪力墙，其次才是框架。