浅谈装配式混凝土结构体系的发展方向

本文主要从结构形式和建筑高度上介绍了装配式混凝土结构体系的分类，对装配式混凝土结构体系目前发展存在的问题进行概括，讨论了装配式混凝土结构体系未来的发展方向，指出创新结构体系是推动装配式建筑发展的重要手段，提出发展建议，为装配式混凝土结构体系的发展方向提供参考。


一、前言
装配式建筑的主要特征为标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用，达到节能、节水、节材、节时、节省人工要求，可以大幅减少建筑垃圾和扬尘，实现环保的目的。


2016年5月5日，住房和城乡建设部部长陈政高在作“展望十三五”报告时强调要大力推广装配式建筑，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。2016年3月5日，李克强总理在政府工作报告中提到“积极推广绿色建筑和建材，大力发展钢结构和装配式建筑”。


装配式混凝土结构作为装配式建筑的主力军，是优化的施工方式，对装配式建筑的发展发挥着重要作用。


二、装配式混凝土结构体系分类
装配式混凝土结构的定义为由预制混凝构件或部件通过各种可靠的连接方式装配而成的混凝土结构，包括装配整体式混凝土结构、全装配混凝土结构等。结构体系的定义不仅包括结构的构件组成，还包括结构的施工方法。


从结构形式上划分，装配式混凝土结构体系可分为装配式剪力墙结构、装配式框架结构、装配式框架-剪力墙结构、装配式框架-核心筒结构等。


按照结构中预制混凝土的应用部位来划分，装配式混凝土结构具体区分为竖向承重构件是否采用预制结构，水平构件和外围护墙等非结构构件是否采用预制。


从结构高度上划分，装配式混凝土结构分为装配式高层混凝土结构、装配式多层混凝土结构和装配式低层混凝土结构。结合我国情况，装配式高层混凝土结构的形式为装配式剪力墙结构，多用在保障房项目。装配式多层混凝土结构的形式为装配式框架结构，多用在商场等地。装配式低层混凝土结构的形式为混凝土盒子结构等，总的来说，装配式低层混凝土结构还应用的较少，有些地区将装配式低层混凝土结构和新农村住房结合起来，利用新农村建设，发展装配式低层混凝土结构。


装配式混凝土结构体系包括整体预应力装配式板柱结构、预制预应力混凝土装配整体式框架结构体系（世构体系）、装配整体式剪力墙结构体系、NPC结构体系、叠合板式剪力墙结构体系、PK快装结构体系等。企业采用的装配式混凝土结构体系主要包括宝业集团的叠合板式剪力墙结构体系、宇辉集团的预制浆锚剪力墙结构体系和远大集团的外挂内浇剪力墙结构体系、南通中南集团的NPC结构体系以及万科集团的内浇外挂结构体系、全预制装配式剪力墙结构体系。


三、装配式混凝土结构发展存在的问题
装配式结构与现浇结构的根本不同点在于装配式结构有缝，而现浇结构是一个整体，现在的设计是让装配式结构等同现浇，使装配式混凝土结构也可以看成一个整体。装配式混凝土结构采取的连接方式有后浇节点、粗糙面、套筒灌浆连接、浆锚搭接等。


在装配式混凝土结构大力发展的同时，诸多不利于装配化问题相继出现。


第一，在《装配式混凝土结构技术规程》中的装配整体式剪力墙结构的构件钢筋连接复杂，现场安装时， 钢筋弯折现象严重，容易出现装不上、随意切割钢筋等问题。


第二，装配式混凝土结构的节点连接大多采用现浇节点来保证结构的整体性和良好的抗震性能，这样装配式建筑的施工就有两套施工方式，既需要产业化工人，也需要传统施工人员，在操作方式上比传统的现浇混凝土结构还复杂。


第三，装配式混凝土结构的工程造价要高于传统的现浇混凝土结构20%左右。


第四，装配式结构的施工现场管理不规范，出现工人不按规范、规程操作等问题。


第五，装配式结构的施工工法不完善，在预制建筑施工过程中存在很多技术上的问题，我国的很多装配式住宅示范工程是在摸索中前进的。


目前的装配式混凝土结构体系样式种类繁多，引进国外结构体系和技术体系自成体系，本土化的结构体系不成熟，通用性不强。同时很多科研机构研发新型装配式混凝土结构体系停留在研究层面，应用案例少，推广难度大。


四、装配式混凝土结构体系的发展方向
装配式建筑结构体系发展的重点和难点在于混凝土结构体系。研究确定装配式混凝土结构体系是实现建筑工业化的首要任务。很多专家学者提出创新装配式建筑结构体系是装配式建筑发展的方向。很多人已经意识到现浇结构的拆分构件并不适用于装配式结构，但还没有一套技术体系真正的适合装配式，来改变现有的装配式混凝土结构体系。


新型装配式混凝土结构体系的创新有助于推动装配式混凝土结构建筑的发展，尤其是高层建筑，现浇结构已经可以很好地实现抗震性能和整体性，在转化为装配的方式来建造时，就要考虑从结构形式上改变，一方面，结构形式利于装配；另一方面，结构构件单元适合装配，最后保证造价合理。在结构体系的设计上既要注重通用结构体系的发展，又要协调研究专用结构体系，形成多样结构体系。


装配式预制构件不能单单是现浇结构拆分的构件，要结合预制建筑的结构形式、连接形式，重新设计预制构件。采用新型装配式混凝上结构体系设计理念，要保证结构安全可靠性、经济性和可拆易装性和可循环利用性。


从结构设计理念上，可从采取改变结构材料、改变结构形式等角度，使混凝土结构与其他结构结合，比如钢-混凝土组合结构和木-混凝土组合结构等在节点的设计上，不单纯考虑刚性节点，也可以考虑柔性节点，采用耗能构件连接，同时注重抗震耗能构件的设计和应用，采取减隔震措施。


在抗震性能考虑上，高层装配式建筑的抗震性能是研究的重点，保证结构的良好抗震性能，而且很多装配式新型连接方式都是通过试验或有限元分析来验证其抗震的可靠性。


五、结束语
通过以结构形式和结构高度来分类装配式混凝土结构体系，可以看出装配式混凝土结构体系的多样形式反映在预制率上，不同的结构体系的适用范围不同，研究专用结构体系很有必要。本文指出装配式混凝土结构存在问题，为装配式结构体系的优化设计指出方向，明确装配式混凝土结构体系的发展方向是创新结构体系。装配式混凝土结构体系的创新和应用是装配式混凝土结构发展的关键条件。而结构体系的创新要从结构设计理念上着手，运用新的适宜装配式的设计计算理论，推动装配式结构体系的发展。