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1、装配式混凝土结构现状与发展,中国建筑科学研究院 建研科技股份有限公司 田春雨 2014年8月,2,主要内容,一、概述 二、应用情况 三、现有技术体系总结 四、科研工作 五、标准规范 六、总结及展望,3,3,一、概述,建筑产业现代化的需求 ： 建筑行业节能减排的需要 改变建筑设计模式和建造方式，提高建筑科技含量、性能和质量的需要 解决建筑市场劳动力资源短缺的需要 有效保证工程质量、节约资源和降低成本的需要,我国建筑施工主要采用现场施工为主的传统生产方式，这种生产方式工业化程度不高、设计建造比较粗放、建筑产品质量不稳定、建设效率低、劳动力需求量大、材料损耗和建筑垃圾量大、资源和能源消耗较大，不能满
2、足节能、环保的可持续发展建设要求。,装配式混凝土结构现代建筑产业化的主要结构形式,4,4,一、概述,发展历史：国内 20世纪50年代：开创（主要是前苏联技术） 20世纪6080年代：发展 20世纪90年代：低潮 21世纪10年代：恢复、发展、创新 形成部分技术和技术标准，但不完善、不系统,北京市的装配式大板住宅建筑在1959-1984年建成272.6万m2,5,5,一、概述,发展历史：国外,1891年，巴黎首次使用装配式混凝土梁 二战后，欧洲、美国、加拿大、日本等国并逐步形成住宅用构件和部品的标准化、系列化、专业化、商品化、社会化,国外装配式住宅比例,6,6,一、概述,国内传统建筑产业化存在主
3、要问题 建筑功能/使用功能：户型单一 ；渗漏；不保温、不节能；标准低，质量差，粗制滥造，寿命低； 结构问题：抗震性能（节点等）受质疑；房屋高度受限；耐久性差 成本：20年来，随着产业形态的改变，和现浇结构相比不占优势（劳动力、运输、产业链不完备）,7,7,一、概述,新机遇：需求强大，市场广阔 中国每年竣工的城乡房屋建筑面积约20亿平方米，是当今世界最大的建筑市场； 国家明确提出加快城镇化建设，城镇化水平要从2012年52提高到2020年的60左右； “十二五”期间国家将完成3600万套保障性住房的重大工程建设。,8,8,一、概述,新机遇：符合“四节一环保”和产业转型升级 建筑功能和质量要求提高
4、：可实现外装修、内装修与混凝土受力构件一次制作，提高使用功能和工程质量 劳动力成本上升：人口红利逐步退出，2012年适龄劳动人口首次下降，现场劳动力匮乏、成本大幅提高 房屋造价及管理成本的变化：缩短总工期，加快资金周转、提高资金使用效率；大幅度减少现场施工中的模板、钢筋、混凝土工程量及浪费；降低使用管理成本、维修成本 大幅度减少建筑垃圾，降低噪声污染，节约用水，降低劳动强度，改善作业条件 技术逐步成熟，经济实力逐步增强,9,9,一、概述,新机遇：符合科技发展规划 符合国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020） 中“城镇化与城市发展” 重点领域中“建筑节能与绿色建筑”以及“建筑施工与工
5、程装备”优先主题任务。 符合国家发改委和住房城乡建设部联合发布的绿色建筑行动方案（国办发20131号）中关于“推动建筑工业化”主题。 符合科技部“十二五”绿色建筑科技发展专项规划 “绿色建造与施工关键技术研发”重点任务,10,10,二、应用情况,近10年来，尤其是最近5年，地方政府和实力企业积极性空前高涨 开发、施工、构件工厂：万科集团、南通中南建设集团、黑龙江宇辉集团、长沙远大住工、二十二冶集团、中国建筑、上海城建集团、合肥西伟德、安徽丹霞房地产公司、江苏大地建设集团、浙江宝业集团、山东万斯达集团、北京金隅集团、北京城建集团、北京住总集团、四川华构住工、吉林亚泰集团、北京榆构等,11,11,
6、二、应用情况,万科集团2012年完成工业化住宅270万平米,苏州金域缇香项目,12,12,二、应用情况,万科集团北京中粮万科假日风景 预制墙板、叠合楼板、楼梯等,13,13,二、应用情况,2011年技术应用的突破沈阳春河里17#楼公寓（框架-核心筒）,预制柱,叠合梁,叠合板,预制楼梯,装配整体式钢筋混凝土结构 实现竖向构件框架柱预制,15层框架核心筒结构,总建筑面积9454平米,2012年竣工,项目目前处于主体吊装施工阶段,14,14,二、应用情况,预制混凝土结构效益统计:万科项目统计,2012年完成工业化住宅272万平米。第三方评估显示，结构建造阶段节能20%，节水63%，节材81%，减少建
7、筑垃圾91%。 清华大学跟踪评测：长阳半岛试点项目与传统建造方式相比（构件生产、运输、安装、装修），节约木材71%，节水26%，节约砂浆和粘接材料83%，节能18%。,15,15,二、应用情况,黑龙江宇辉集团预制剪力墙结构 预制墙、叠合楼板,16,16,二、应用情况,南通中南建设集团集团、东南大学预制剪力墙结构,17,17,二、应用情况,二十二冶集团实验楼,18,三、现有技术体系总结,装配式混凝土结构，是指由预制混凝土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。 湿式连接；干式连接 装配整体式混凝土结构；全装配式结构 在进行合理准确的设计计算的前提下，这两种连接方式并没有受力性能包括
8、抗震性能的优劣之分。实际工程中，需要根据设计要求、加工及安装的可行性和便捷性、成本、施工周期等方面综合考虑选用；结构中也可以根据需要，两种连接方式结合使用。,19,三、现有技术体系总结,装配式混凝土结构技术体系 框架结构 剪力墙结构 框架-剪力墙结构 楼盖体系,综述,20,三、现有技术体系总结,框架结构,预制混凝土框架一般由预制柱、预制梁、预制楼板、预制楼梯等结构构件组成。结构传力路径明确，装配效率高，现浇湿作业少是最适合进行预制装配化的结构形式。 主要用于需要开敞大空间的厂房、仓库、商场、停车场、办公楼、教学楼、医务楼、商务楼等建筑，近年来也逐渐应用于居民住宅等民用建筑。,预制混凝土框架结构
9、按连接方式分为两类： 等同现浇结构（刚性连接） 不等同现浇结构（柔性连接）,21,三、现有技术体系总结,框架结构：刚性连接,基于一维构件 把梁、柱预制成一维构件，通过一定的方法连接而成,预制构件端部伸出的预留钢筋焊接或用钢套筒连接，然后现场浇筑混凝土,优点：构件生产及施工方便，结构整体性较好，可做到等同现浇结构 缺点：接缝位于受力关键部位，连接要求高,22,三、现有技术体系总结,框架结构：刚性连接,三、现有技术体系总结,基于二维构件，采用平面T型和十字型或一字型构件通过一定的方法连接,优点：节点性能较好，接头位于受力较小部分 缺点：生产、运输、堆放以及安装施工不方便,框架结构：刚性连接,三、现
10、有技术体系总结,框架结构：刚性连接,25,三、现有技术体系总结,基于三维构件 采用三维双T型和双十字型构件通过一定的方法连接,能减少施工现场布筋、浇筑混凝土等工作，接头数量较少； 缺点是构件是三维构件，重量大不便于生产、运输、堆放以及安装施工。该种框架体系应用较少,框架结构：刚性连接,26,三、现有技术体系总结,节点采用柔性连接。连接部位抗弯能力比预制构件低，地震作用下弹塑性变形通常发生在连接处。既可以用于预制混凝士框架体系，又可以用于预制混凝土板柱结构。,变形在弹性范围内，因此结构恢复性能好，震后只需对连接部位进行修复就可以继续使用，具有较好的经济性能。 柔性连接的预制混凝土结构设计原则与现
11、浇结构有很大的不同，符合 “基于性能”的抗震设计思想。,框架结构：柔性连接,27,三、现有技术体系总结,框架结构：柔性连接,28,三、现有技术体系总结,预制装配式混凝土框架-支撑结构,框架-支撑结构可以增加框架结构的刚度、延性、承载力以及耗能能力。支撑能消耗地震能量，使主体结构免于倒塌，甚至仅经过轻微修复便可继续使用。易于实现了整个结构的全部预制装配化。 提高框架结构的适用高度。,中心支撑,29,三、现有技术体系总结,中心支撑,框架结构,30,三、现有技术体系总结,剪力墙结构,预制剪力墙体系 现浇剪力墙配外挂板体系 叠合剪力墙体系 多层剪力墙体系,31,三、现有技术体系总结,叠合剪力墙结构,多
12、层剪力墙结构,32,三、现有技术体系总结,预制剪力墙体系,套筒灌浆连接的预制剪力墙 浆锚搭接连接的预制剪力墙 底部预留后浇区的预制剪力墙,部分预制的套筒灌浆连接的预制剪力墙,浆锚搭接连接的的预制剪力墙,底部预留后浇区的预制剪力墙,以竖向钢筋连接技术为主要区别,33,三、现有技术体系总结,钢筋连接技术：套筒灌浆连接,中心支撑,34,三、现有技术体系总结,钢筋连接技术：套筒灌浆连接,中心支撑,东京塔58层,台湾高层住宅38层,浦江住宅14层,35,三、现有技术体系总结,浆锚搭接连接包括螺旋箍筋约束浆锚搭接连接、金属波纹管浆锚搭接连接以及其它采用预留孔洞插筋后灌浆的间接搭接连接方式,浆锚搭接连接,螺
13、旋箍筋约束浆锚搭接连接,金属波纹管浆锚搭接连接,36,三、现有技术体系总结,全预制、部分预制,全预制,两侧预制,中部预制,预制墙连接段,边缘构件现浇,预制部位对剪力墙破坏形态影响较小，主要与截面竖向钢筋连接方式有关,套筒灌浆连接,研究表明，约束浆锚搭接连接是一种较为可靠的钢筋连接技术，可以应用于装配整体式剪力墙的竖向钢筋连接。,装配式混凝土结构技术规程JGJ1-2014：竖向钢筋连接相关规定 使用前对接头进行力学性能及适用性试验验证 边缘构件竖向钢筋逐根连接 竖向分布钢筋允许间隔连接,全预制,部分预制,三、现有技术体系总结,38,三、现有技术体系总结,分布区竖向钢筋间隔连接,分布区竖向钢筋间接
14、连接,规程未禁止，间接连接的方式与现浇剪力墙相比较为接近，但变形、破坏形态以及承载力、延性等指标与设计人员的布置密切相关，需要进一步研究以证明其可靠性。,规程允许，但间隔的间距、被连接钢筋最小直径有要求，且当计算水平剪力和配筋率时未连接钢筋不得计入。,边缘构件竖向钢筋间接连接,有待于进一步研究,降低了套筒的使用数量，仅在 “预制腿”处应用套筒灌浆连接，降低了综合成本,在预制墙体内预留孔洞，由顶端浇注混凝土，自上而下的灌注产生了强大的压力确保了后浇区内混凝土的密实程度,底部预留后浇区的预制剪力墙,三、现有技术体系总结,预制（叠合）板、预制（叠合）梁、预制外墙、预制楼梯等构件 现浇剪力墙、柱等,核
15、心仍是现浇剪力墙体系 注重外挂墙板的设计以及安装施工（线连接、点连接）,现浇剪力墙配外挂板体系,三、现有技术体系总结,叠合板式预制剪力墙,双板剪力墙,沿厚度方向分为三层，外层预制，中间层现浇。通过桁架钢筋连接。但预制混凝土板及其内的钢筋网与上下层不相连接,叠合剪力墙体系,三、现有技术体系总结,适用于抗震设防烈度为7度及6度以下抗震区和非抗震区，房屋高度不超过60米，层数在18层以内的多层、高层住宅结构,我国城镇化进程的步伐加快，将会建设大量的以6-7层为主的剪力墙居住建筑。对抗震的需求并不大。此种结构体系构造简单，施工方便，可在广大城镇地区多层住宅中推广使用。,装配式混凝土结构技术规程JGJ1
16、-2014 简化了暗柱设置及水平接缝的连接，降低了剪力墙及暗柱配筋率、配箍率要求 连接方式多样、简便，可采用干连接 可将叠合剪力墙应用于多层剪力墙结构体系，真正做到工业化生产、施工,多层剪力墙体系,三、现有技术体系总结,剪力墙体系,三、现有技术体系总结,预制框架-现浇剪力墙 预制框架-现浇核心筒 预制框架-预制剪力墙,南科大厦,三、现有技术体系总结,框架-剪力墙,预制框架-现浇剪力墙,梁柱节点现浇,梁柱节点处连接,搭接连接后弯锚钢筋排列较紧密，吊装时存在梁筋与柱筋碰撞的问题,梁柱节点预制,梁外侧连接,可形成单节点梁或双节点梁，尽量避免双节点梁，特别是较大跨度的梁，易造成吊装下落困难，在跨度较小的梁可以适当应用。在边柱或角柱的位置，也可将梁柱节点与柱一体化预制，形成带节点柱。,三、现有技术体系总结,预制框架-现浇核心筒,框筒结构平面布置,框架-核心筒结构是在建筑的中央部分，由电梯井道、楼梯、通风井、电缆井、公共卫生间、部分设备间围护形成中央核心筒，与外围框架形成一个外框内筒结构。 抗震性较好，是国际上超高层建筑广泛采用的结构形式 这种结构能够获得尽量宽敞的使用空间，使各种辅助服务性空间向平面的中央集中 主功能空间占据最佳的采光位置，并达到视线良好、内部交通便捷的效果。,
