装配式混凝土结构体系

杨锁柱

【摘 要】近年来随着全国范围内的装配式政策的全面推进，装配式项目大面积实施，装配式混凝土结构已成为装配式建筑实施中重要组成部分。本文简要分析各类常见装配式混凝土体系的特点及适用性，为装配式结构设计提供借鉴。

【关键词】叠合梁、叠合板、装配整体式剪力墙、装配式叠合墙板

引言

根据国务院近年来出台有关装配式建筑文件来看，主要制定了我国装配式建筑的发展规划和发展路径。我国力争到2025年，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。根据《装配式建筑评价标准》的相关要求，未来装配式建筑的装配率将普遍达到50%以上；主体结构作为装配率得分中最大权重，不仅对装配式建筑评价有重大影响，还对项目建造工期和成本均具有较大影响。本文通过调研各类装配式结构体系，研究其特点和适用性，为装配式项目结构选型、项目策划提供借鉴经验。

1、水平承重结构体系

装配式结构中水平承重体系主要由梁、楼板和楼梯三种构件。

1.1预制混凝土叠合梁：装配式结构采用混凝土叠合梁时，一般与混凝土叠合板组合使用。装配式混凝土结构采用叠合梁时，梁连接节点设计为重中之重，在具体操作过程在需特别注意预制构件钢筋排布，梁配筋较大或有双向预制梁交叉时，建议采用BIM细化节点设计和预制构件配筋排布方式，避免影响后期构件吊装和施为便于施工节点预制板吊装。为便于叠合板吊装，梁上铁施工，叠合梁箍筋在条件（主要是抗震构造要求）允许下时宜采用组合封闭箍筋。                                     

1.2预制混凝土叠合楼板。混凝土叠合楼板施工简便、成本较低、质量易控制，是装配式建筑的优选项。实际工程中采用叠合楼板时，预制板水平接缝不宜采用密拼，密拼接缝在结构长期温度、干缩作用下可能出现裂缝，从而影响产品品质并引起客户投诉；叠合楼板水平接缝宜采用现浇混凝土带，设置浇混凝土带可有效控制水平接缝后期开裂风险。叠合板现浇层厚度除满足承载力和构造要求外，尚应考虑电气、设备等专业管线预留预埋问题。现浇层厚度应考虑电气管线交叉，和大直径管线预留预埋问题。跨度超过4.2m的较大跨度预制板，预制板设计需考虑预制板在拆模、吊装、运输、堆放和施工等阶段承载力和变形验算。

1.3预制混凝土楼梯。由于现浇楼梯模板较为复杂，现场施工难度较大。相比预制楼梯，即可大幅减小现场施工难度，由能实现免抹灰，根据实际工程测算，其综合成本与现浇楼梯已相差无几，是装配式混凝土结构中性价比最高预制构件之一。对仅采用水平预制构件的装配式项目，由于一般预制楼板重量较轻，预制楼梯一般为最终的预制构件，尤其是剪刀梯重量可到达5吨左右，因此装配式结构设计应特别考虑预制楼梯重量问题，避免因楼梯构件过重导致塔吊增型，进而影响工程造价和工程进度。

2、竖向承重结构体系

装配式建筑中竖向承重体系的选型和设计是装配式建筑需要解决的重点和难点。装配式竖向承重体系种类丰富，各具特色，目前主要有以下几种：

2.1装配式混凝土框架结构。装配式混凝土框架结构由预制框架柱、预制梁。由于框架结构梁柱配筋一般较大，因此梁柱节点处理困难，施工质量难以保证。预制混凝土框架结构适合于低烈度区的多层框架结构，高烈度区、结构高度较高的框架结构由于梁柱配筋较大，导致预制构件钢筋较密，预制构件钢筋排布，现浇节点钢筋连接处理困难，质量难以保证，应慎重采用。

2.2装配整体式剪力墙结构。装配式混凝土剪力墙结构是指全部或部分采用预制墙板构件，通过可靠的连接方式后浇混凝土、水泥基灌浆料形成整体的混凝土剪力墙结构。装配式剪力墙结构是近年来在我国应用最多、发展最快的装配式混凝土结构技术。装配式剪力墙结构适用于多层、高层剪力墙结构，在设计阶段应对装配率计算、预制构件拆分、连接节点设计等进行论证，针对当地装配式政策、项目特点、预制构件生产、施工单位实施能力等多种因素采取适合的装配式实施方案本。

装配式剪力墙结构目前应用最为广泛的灌浆套筒（图2.1）连接，由于灌浆套筒连接存在施工难度较大，质量控制难度高、质量检测难度大等不利因素，因此采用灌浆套筒连接的装配式项目应加强过程监管，避免出施工质量问题，影响工程质量和项目工期。

图2.1a半灌浆套筒                  图2.1b全灌浆套筒

2.3装配式叠合墙体系。近年来受灌浆套筒连接方式缺点的影响，为解决其钢筋连接质量不易控制的现状；由于装配式叠合墙板体系钢筋连接采用空腔搭接方式，钢筋连接简单、直观可见，钢筋连接质量可控，得到行业重视，装配式叠合墙体系得到快速发展。笔者根据装配式叠合墙体系的预制墙板构件形式进行类型划分，将其划为分为两种：1）部分空腔叠合剪力墙体系（图2.2）如预制圆孔板体系、eve体系、纵肋体系等，一般空腔占全截面比例约30%左右；2）全空腔叠合剪力墙体系（图2.3）如预制双面叠合剪力墙（钢筋桁架叠合墙、钢筋焊接网片叠合墙等，一般空腔占全截面比例不小于50%）。

 EVE剪力墙结构体系                  纵肋空心墙板

图2.2   部分空腔叠合剪力墙体系

钢筋桁架叠合墙墙板               钢筋焊接网片叠合墙

图2.3   全空腔叠合剪力墙体系

装配式叠合墙体系主要优势：1）墙体钢筋利用预制墙板空腔实现搭接连接，钢筋可视可控；2）同等尺寸的预制墙重量相对较轻，可实现较大尺寸预制构件。主要缺点：1）装配式叠合墙体系发展较晚，其设计、施工等规范标准不够健全，目前以地标、行业标准为主，缺乏行业权威性；2）空腔混凝土需要现场二层浇筑，结构主体整体工业化程度相对较低；3）预制构件空腔尺寸狭小，空腔混凝土振捣不宜控制，混凝土落差高度大，混凝土浇筑质量可控性低；4）空腔浇筑前需要润湿，现场用水量大，且润湿质量不可控，进而影响新旧混凝土连接质量；5）由于混凝土凝固体积会收缩，空腔混凝土固结后与预制墙板间易出现空隙，导致预制墙板形成层状结构，进而影响墙体竖向承载；6）根据各地装配率计算规则，可能导致装配率（预制率）偏低。

2.4全螺栓连接装配式剪力墙结构体系。全螺栓连接装配式混凝土结构是由预制墙板、墙柱构件通过螺栓紧固的方式实现预制构件之间的连接，属于干式连接。

图2.3 全螺栓连接装配式剪力墙结构

2.5装配式内浇外挂体系。装配式内浇外挂体系中结构主体采用现浇混凝土，外墙采用预制混凝土外挂墙板的结构体系，其竖向受力结构由现浇混凝土墙、柱承受；外挂墙板不参与受力。与装配式剪力墙结构相比，内浇外挂体系施工难度较低，成本较低，有较高的推广价值。装配式内浇外挂体系适用于高层、超高层结构，在保障房、商品房、办公建筑中可广泛应用。“内浇外挂”体系的外挂墙板接缝处的受力和防水是影响装配式建筑品质的重要因素。外挂墙板的水平、竖直接缝设计节点和防水构造在工程设计和施工阶段应重点关注。

2.6装配式集成模块建筑。以工厂整体预制集装箱体为主要模块，根据不同建筑风格或功能需要，模块化拼装成各种造型的房屋建筑。其中的集装箱在工厂预制化生产，经过专业设计安装完成后，再进行整体装修后使用。装配式集成模块建筑结构、内装、外装、设备管线等全部在工厂生产、安装，整体运输到现场统一吊装，在实现绿色施工的同时实现高装配率。

结语：

由于各地装配式发展水平不同，各省市装配式政策有着很强的地域性，具体项目在选择装配式建筑结构体系时，应综合考虑当地装配式实施政策和装配率（预制率）计算细则、结构受力特点、预制构件产能、采购成本等因素，并结合本项目特点选择合理的装配式结构体系。

作者简介：杨锁柱 男 林产工业规划设计院