装配式混凝土建筑施工技术

第1章绪论 1.1装配式混凝土建筑概念 所谓装配式混凝土建筑（assembledbuilding with concrete structure），在建筑工程中称为装配式混凝土建筑，在结构工程中称为装配式混凝土结构，是指工厂化生产的混凝土部品部件，在施工现场通过可靠连接方式建造的建筑。装配式混凝土建筑把传统建造方式中的大量现场浇筑作业转移到工厂进行，把工厂制作好的构件和配件（如楼板、墙板、楼梯、阳台等）运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配成具有可靠传力和承载要求的建筑。这种装配式混凝土建筑的优点是建造速度快、受气候条件制约小、节约劳动力并可提高建筑质量。此外，装配式混凝土建筑环保效应突出。据有关部门统计分析，装配式混凝土建筑比传统建筑可减少建筑垃圾80%以上、节约施工用水60%、节省施工用木材80%、减少能耗70%。 装配式混凝土建筑的构件主要包含：全预制柱、全预制梁、叠合梁、全预制剪力墙、单层叠合剪力墙、双层叠合剪力墙、外挂墙板、预制混凝土夹心保温外墙板、预制叠合保温外墙板、全预制楼板、叠合楼板、全预制阳台板、叠合阳台板、预制飘窗、全预制空调板、全预制女儿墙、装饰柱等。 装配式混凝土建筑构件的连接部位一般采用钢筋、后浇混凝土、螺栓或浆锚等连接方式。其构件节点若采用钢筋连接，可用钢筋套筒灌浆连接、钢筋浆锚搭接连接、焊接、机械连接及预留孔洞搭接等方式。 在装配式混凝土建筑中，预制率和装配率是两个不同的概念。预制率是指装配式混凝土建筑室外地坪以上主体结构和围护结构中预制构件部分的材料用量占对应构件材料总用量的体积比，预制率是衡量主体结构和围护结构采用预制构件的比例。装配率是指装配式混凝土建筑中预制构件、建筑部品的数量（或面积）占同类构件或部品总数量（或面积）的比例，用以衡量工业化建筑所采用工厂生产的建筑部品的装配化程度。 1.2装配式混凝土建筑技术体系分类 国内外学者对装配式混凝土建筑做了大量的研究工作，并且开发了多种装配式混凝土建筑体系。目前，各类装配式混凝土建筑有三种不同分类方法。 1.2.1按装配程度分类 装配式混凝土建筑依据装配化程度的高低可分为全装配和部分装配。全装配式混凝土建筑一般限制为低层或抗震设防要求较低的多层建筑；部分装配则是指建筑物的主要构件采用预制构件，在现场通过后浇混凝土连接形成的装配式混凝土建筑。 1.2.2按连接方式分类 按连接方式的不同，可分为全装配式混凝土建筑和装配整体式混凝土建筑。 全装配式混凝土建筑：全装配式混凝土建筑的预制混凝土构件靠干法连接（如螺栓连接、焊接等）形成整体。预制钢筋混凝土柱单层厂房就属于全装配式混凝土建筑。国外一些低层建筑或抗震设防烈度6度及6度以下地区的多层建筑采用全装配式混凝土结构。 装配整体式混凝土建筑：由预制混凝土构件通过现场后浇混凝土、水泥灌浆形成整体的建筑。简言之，装配整体式混凝土建筑的连接多采用“湿连接”方式。随着装配式混凝土建筑技术的不断发展，装配整体式混凝土建筑的整体性和抗震性能得到很大的提高，其应用范围越来越广泛。目前，大多数多层建筑和全部高层预制混凝土建筑都是装配整体式混凝土建筑。 1.2.3按建造技术体系分类 装配式混凝土建筑按照建造技术体系可分为装配式框架结构、装配式剪力墙结构、装配式框架-剪力墙结构、装配式预制外墙-现浇剪力墙、装配式预制外墙-现浇框架等类型。下面简要介绍各种建造技术体系的特点。 （1）装配式框架结构也即预制框架结构体系，其基本特征是：主体框架结构预制，楼板采用叠合楼板，楼梯、雨篷、阳台等围护结构预制，框架结构主要采用套筒灌浆等形式连接。 （2）装配式剪力墙结构也即预制框架剪力墙体系，其基本特征是：主体结构剪力墙预制，楼板采用叠合楼板，楼梯、雨篷、阳台等围护结构预制。根据剪力墙预制形式的不同又可以分为整体预制和叠合预制两种形式。 （3）装配式框架-剪力墙结构也即预制框架现浇剪力墙结构体系，其基本特征是：主体结构框架预制、主体结构剪力墙现浇；楼板采用叠合楼板，楼梯、雨篷、阳台等围护结构预制。 （4）装配式预制外墙-现浇剪力墙也即预制外墙-现浇剪力墙体系，其基本特征是：主体结构剪力墙现浇（内浇外挂），外墙采用叠合预制外墙，门窗整体预制，楼梯、雨篷、阳台等围护结构预制。外墙质量大大提高，可以有效解决漏水、裂缝、面砖脱落和发霉等问题。 （5）装配式预制外墙-现浇框架也即预制外墙-现浇框架体系，其基本特征是：主体结构框架柱现浇，叠合梁、外墙采用预制，其中外墙采用夹心保温外墙，门窗后装，楼板采用叠合楼板，楼梯、雨篷、阳台等围护结构预制，叠合梁和内隔墙一体化设计（等宽）。 在这些建造技术体系施工过程中，当涉及预制外墙装配时，外墙接缝漏水渗水问题的解决是关键。早在20世纪80年代后期，香港地区曾引进后嵌入式预制外墙十大型铁质模板方法来建造公共房屋项目（俗称公屋），如图1-1所示。这种建筑施工方法不需要在工地现场搭脚手架、支模板，可一定程度上减少木材使用、节约施工劳动力，同时在预制工厂先安装好外墙窗户，可以解决铝窗和混凝土之间的雨水渗漏问题。但这种装配式技术体系使用一段时期后，发现其存在一些缺陷，如预制外墙吊装较为困难，吊装人员存在安全隐患问题；在外墙接缝处，时间久了会出现雨水渗漏问题，且维修困难、保养费用高等。故这种装配式建造技术逐渐被一种叫“前嵌式无缝半预制建筑方法”的施工技术所取代。所谓“前嵌式无缝半预制建筑方法”是指“预制外墙+半预制楼面板”的装配式技术体系，即装配式建筑施工过程中先安装预制外墙，然后建造结构墙，彻底解决了结构墙与预制外墙之间的渗漏问题和日后的维修保养问题。 1.3装配式建筑的优势 预制装配式施工方法现已在全世界被广泛使用。装配式建筑工地的建筑材料，完全是由工厂运来的半成品，施工单位在现场对地基做一定处理后，用半成品对地面以上的房屋进行组装。建筑工地不再把瓦工、木工、钢筋工等工种分得那么细，建筑工人由过去那种复杂的多工种角色，转变为单一的背着射钉枪、电钻等专用工具的装配工角色。房屋的装配化制造完全避免了传统建房的缺点，施工速度非常快，可在短期内建成完工；工人劳动强度大幅度降低，交叉作业方便有序；房屋装配中的每道工序都可以像设备安装那样检查其精度，以确保房屋制造的质量；施工时的粉尘和噪声大大降低，物料堆放场地减少，有利于环境的保护；工厂化的生产和现场的标准装配，使房屋制造成本降低，这完全符合我国建筑产业绿色发展的战略。因此，装配式制造房屋的许多优点是传统房屋建造方法无法比拟的。总体来说，未来装配式建筑将可以更为有效地做到以下几个点。 1.设计多样化 目前住宅设计和住房需求脱节、承重墙多、开间小、分隔死、房内空间无法灵活分割。而装配式房屋采用大开间灵活分割的方式，根据住户的需要，可分割成大厅小居室或小厅大居室。住宅采用灵活的大开间，其核心问题之一就是要具备配套的轻质隔墙，而轻钢龙骨配以石膏板或其他轻质板恰恰是隔墙和吊顶的*好材料。 2.功能现代化 过去，住房通水、通电就算“现代化”了。但进入21世纪，仅要求这点条件就显得落后和不够了。现代化的装配式住宅应具有以下功能： （1）节能，外墙有保温层，*大限度地减少冬季采暖和夏季使用空调的能耗； （2）隔声，提高墙体和门窗的密封性，保温材料既有保温功能也有吸声降噪功能，使室内有一个安静的环境，避免外来噪声的干扰； （3）防火，使用阻燃或难燃材料，防止火灾的蔓延、波及和扩散； （4）抗震，大量使用轻质材料，降低建筑物重量，增加装配式的柔性连接； （5）外观不求奢华，但立面清晰而有特色，长期使用不开裂、不变形、不褪色； （6）为厨房、厕所配备各种卫生设施提供有利条件； （7）为房屋功能改建、增加新的电气设备或通信设备创造可能性。 3.制造工厂化 传统建筑物外表面主要依靠现场施工粉刷彩色涂料等措施来实现制成多种美观的图案，但是要做到不出现色差且久不褪色是十分困难的。而装配式建筑外墙板通过模具预制和机械化喷涂、烘烤工艺就可以轻松做到这一点。木窗、钢门窗、薄壁铝门窗因其刚度不够、保温性和耐久性差日渐淘汰。塑钢门窗因具有保温、隔热、气密性能好、安全系数高等优点而被越来越广泛使用，但塑钢门窗制造技术与工艺要求更高、更复杂，生产设备更先进；建筑物的散装保温材料完全被板、毡状材料所替代；屋架、轻钢龙骨、各种金属吊挂及连接件的尺寸精确度要求更高，这都需要通过机械化生产来实现；利用预制楼板屋面板减少现场模板使用，实现快速环保施工。这些都需要在工厂生产或预制，室内材料如石膏板、铺地材料、天花吊板、涂料、壁纸等都要经过复杂的生产流水线才能被制造出来。况且在工厂生产过程中，材料的性能诸如强度、抗冻融性、防火防潮、隔声保温等指标都可随时进行控制，质量可以得到有效保证。 装配式建筑的设计施工理念是把房屋看成一个大设备，现代化的建筑材料是这台设备的零部件。这些零部件经过严格的工业化生产可以保证其质量，组装出来的房屋满足设计功能要求。相比之下，采用水泥、砖瓦、石灰、砂子、钢筋、木材等建筑材料，利用人工的方法在施工现场建造房屋，就相形见绌了。 4.施工装配化 由于装配式建筑的自重要比传统建筑自重轻一些，因此，地基的承载力要求及其加固处理也可以有所降低。工厂预制好的建筑构件运到施工现场后，现场施工技术人员按图进行组装，工地上过去那种大规模和泥、抹灰、砌墙等湿法作业将大大减少。装配化施工具有下列优点： （1）进度快，可在短期内交付使用； （2）劳动力减少，交叉作业方便有序； （3）每道工序都可以像设备安装那样检查精度，保证工程质量； （4）现场噪声小，散装物料减少，废物及废水排放变少，有利于环境保护； （5）施工成本降低。 5.管理信息化 将建筑信息模型（building information model，BIM）技术引入装配式建筑全过程工程管理，可以轻松实现建筑项目信息集成化管理。这是建设工程项目设计、施工、组织、管理和技术手段等多个方面一次系统性的革命，可以实现理想的建设工程信息积累，从根本上消除信息的流失和信息交流的障碍。BIM中含有大量的工程相关信息，可为工程提供数据后台的巨大支撑，可以使业主、设计单位、咨询公司、施工总承包、专业分包、材料供应商等众多单位在同一个平台上实现数据共享，使沟通更为便捷、协作更为紧密、管理更为有效，从而弥补传统的项目管理模式的不足。 1.4装配式建筑适用范围 就结构而言，框架结构、框架-剪力墙结构、筒体结构和剪力墙结构都适宜做装配式建筑。就建筑高度而言，高层建筑和超高层建筑比较适宜做装配式建筑。这完全突破了传统建筑设计施工的理念与认识，装配式混凝土建筑对建筑的标准化程度要求较高，同种规格的预制构件可以实现*大化的利用，带来更好的经济效益。因此，装配式混凝土建筑设计中宜选用体型较为规整、大空间的平面布局，合理布置承重墙及管井的位置。此外，预制建筑体系的发展应适应我国各地建筑功能和性能要求，遵循标准化设计、模数协调、构件工厂化加工制作。 根据《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1—2014）的规定，装配整体式结构房屋的*大适用高度如表1-1所示，*大高宽比如表1-2所示。 2017年发布的《装配式混凝土建筑技术标准》（GB/T51231—2016）对《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）的技术内容和条文进行补充完善，丰富和发展了装配式混凝土建筑的成熟新技术、新工艺。 弹塑性分析和实际震害均表明，高层建筑装配整体式剪力墙结构和部分框支剪力墙结构的底部墙肢的损伤