我国装配式结构体系研究现状综述

我国装配式结构体系研究现状综述

邓细鹏

中建科技集团有限公司  深圳  518000

摘要：装配式建筑采用标准化设计、工业化生产、装配化施工，具有绿色环保、节能高效等特点，符合国家建筑行业由粗放到精细的转型，已经成为当今建筑行业的热点。近年来，国家大力推广装配式建筑。住建部发布的《"十四五"建筑业发展规划》中提出到2025年，我国装配式建筑占新建建筑的比例达到30%以上。目前，我国装配式结构体系主要包括装配整体式混凝土框架结构、装配整体式混凝土剪力墙结构、装配式混凝土框架-剪力墙结构、装配式钢框架结构和装配式木结构等。随着经济社会的发展，人们对建筑功能要求的不断提升，使得常规的装配式结构体系的应用受到一定程度的限制，需要对装配式结构体系进行不断改进和创新，以适应建筑业的发展。为此，国内学者和工程方面专家提出了多种装配式结构体系，并开展了相应的研究和工程实践。本文总结国内四种装配式结构体系研究应用现状，并且对装配式建筑未来发展进行了展望。

关键字：装配式；结构体系；交错桁架；预应力；组合结构

一、装配式框架-交错桁架钢结构

我国的交错桁架结构相关研究主要以周绪红院士等[1]为主要发起人，对交错桁架结构体系在建筑、结构和制作与安装上的特点进行了大量分析，并且结合多个工程实例进行分析。中南建筑设计院刘开国[2]通过使用连续化数学模型和侧向抗剪刚度法对交错桁架钢结构进行侧移分析，计算分析结果较为准确。中国建筑标准设计研究所蔡益燕等[3]认为混合型桁架梁经济性较框架体系华伦氏桁架在经济性较好。

随着我国经济水平的提高，人们对的家庭、办公和文化活动等空间的大小和灵活性的要求不断提升。交错桁架体系作为一种基于现有建筑结构和材料相融合的一种新型的结构体系，在建造和使用上可以较好的适应人们对建筑较大空间、多样化的需求。这种体系由交错桁架和框架组合而成，结构的基本组成是多层的，结构柱可采用型钢柱，高层采用钢管混凝土柱、梁及桁架均采用型钢，楼面板采用钢桁架楼层板、PC混凝土板及压型钢板组合楼板等。桁架跨度通常较大，一般先在工厂制作完成，运抵施工现场安装。比起钢框架钢结构体系，装配式框架-交错桁架钢结构具有施工现场吊装构件更少，连接节点更少，施工速度更快等优势。交错桁架一般位于房屋的中部或者一边，交错桁架横向柱中间无其他的竖向构件，纵向也能提供的达到两倍柱距的大空间，使得使用者可以根据需要对建筑功能灵活分配。

二、预应力装配式混凝土框架结构

我国地震活动频繁。为提高预制混凝土框架节点的整体性和可靠性，使其达到结构抗震设计的要求，从而引进了预应力技术。预应力的连接技术属于干式连接，就是在生产预制构件时预留孔道，施工现场装配时先将预制构件安装到位，再通过机械设备现场张拉预应力筋连接，使结构形成整体。顾刘勇等[4]提出了一种新型装配式预应力结构，包含高效梁柱连接点、高效大跨填芯预应力双向叠合板以及高效装饰保温一体化预制装配式墙板三大核心技术。该体系的研发工作由苏州中亿丰工程研究院承担，并在实践项目中进行了应用。

通过相关研究和工程实践表明，预应力装配式混凝土框架结构体系具有良好的抗震性能，能有效减少结构的挠度和裂缝宽度，可以提高结构自复位能力，减少残余变形，具有较好的工程推广效益。目前，有关预制叠合板对预应力混凝土框架结构影响的研究较少。今后研究，应考虑预制叠合板以及预制构件与现浇结构之间的滑移对框架结构体系抗震性能的作用影响。同时，应考虑建立更加符合工程实际的理论模型，也是研究预应力结构抗震性能的重要手段。

三、 EMC系列装配式混凝土结构技术体系

EMC系列装配式混凝土结构技术是由全国工程勘察设计大师郁银泉牵头，中国建筑标准设计研究院研发的新型装配式混凝土结构技术体系。通过在基础理论方面开展大量研究，并且针对装配式混凝土结构在工程项目实施过程中存在的技术方面难题，首次创新性地提出“非等同现浇构造理论”。基于该理论，研发了EMC系列结构体系，包括六种结构体系，具体如下：（1）EMC全预制剪力墙结构，能减少接头数量，降低加工及施工难度保障质量安全，提高效率，降低成本。（2）EMC预制空心叠合剪力墙结构，能简化构件加工工艺、提升加工效率简化现场施工工艺、效率提升、质量可控适用性强、成本低、可推广性强。（3）EMC双面叠合剪力墙结构，能降低预制构件生产难度，提升加工时压合效率根本性解决现场施工难度大的问题，实现真正的高效加工和施工。（4）EMC多层装配式剪力墙结构，能效率高、成本低、质量易控制。（5）EMC装配式框架结构，该结构预制空心柱无外伸纵筋，构件加工难度降低，模具通用性高预制柱纵筋采用机械连接，降低现场施工难度，质量可控彻底解决梁柱节点钢筋冲突等难题。（6）EMC装配式组合框架结构。

四、装配式钢-混凝土组合框架结构

钢混凝土组合框架结构体系能充分发挥钢和钢筋混凝土材料各自的优点，是一种经过工程实践证明的低成本、高效率结构体系。该体系兼具混凝土结构刚度大、耐火性好、造价低等特点和钢结构力学性能优异、抗震性能好、施工速度快等特性，在我国已大量应用于高层和超高层建筑中。

基于钢-混凝土组合框架结构优点，中建科技集团有限公司卢静夫等[5]提出一种装配式钢-混凝土组合框架结构体系，该体系是由预制混凝土柱、组合梁、预制叠合楼板组成，通过新型梁柱连接节点组合连接而成的结构体系。中建科技集团有限公司在深圳某学校项目将该装配式结构体系应用到实践中，并对装配式钢混组合框架结构的结构主体设计过程以及预制构件设计方法进行了详细的阐述[6]。通过该工程实践表明，装配式钢混组合框架结构体系既能满足建筑舒适性功能的使用要求，保证结构体系的安全性，又能缩短工期，节约材料，达到绿色低碳的要求。该结构体系也可广泛用于标准化设计程度高的学校、办公楼和医院等装配式建筑。

五、展望

本文通过总结国内四种装配式结构体系的研究和应用现状，可知我国的对装配式结构体系的研究已经有一定深度，并且也在工程实践中得到应用。当前，我国装配式建筑还存在模数不统一、各种体系不兼容、施工精度差、智能化应用不足等技术问题亟待解决。随着科技进步，新材料、新技术、新设备和新工艺等不断引入建筑工业化领域，给装配式建筑结构体系的进一步发展带来新的机遇。装配式建筑应以提高工程质量、缩短工期、减少资源浪费和环境污染为目标，推动新型装配式结构体系在我国的应用，加快建筑工业化、产业化发展进程，对促进我国建筑业高质量发展具有重要意义。

参考文献：

[1]周绪红,莫涛,蔡益燕,魏潮文.新型交错桁架结构体系的应用[J].钢结构,2000(02):16-19.

[2]刘开国.交错钢桁架结构的侧移分析[J].建筑结构,2002(02):36-37+40.

[3]蔡益燕,张跃峰,申林.交错桁架体系抗震性能[J].钢结构,2001(04):33-34.

[4]顾刘勇,苏梦华,谢超,满建政,倪路瑶,夏烨楠.装配式预应力结构体系的研发与应用[J].建设科技,2021(02):24-26+30.

[5]芦静夫, 樊则森, 孙占琦,等. 装配式钢-混凝土组合框架结构在学校建筑中的研究与应用[J]. 施工技术, 2020, 49(8):7.

[6]王春,芦静夫.装配式钢混组合框架结构设计要点与分析[J].广东土木与建筑,2020,27(08):10-14.