国内:国务院印发了多项与装配式建筑相关的红头文件,提出要以珠三角、京津冀、长三角三大城市群为重点推进地区,常住人口超过300万的其他城市为积极推进地区,其余城市为鼓励推进地区,因地制宜的发展各类装配式建筑。制定了推广装配式建筑的长远规划,力争在10年内,使装配式建筑与新建 建筑的占比达到30%。近几年,装配式结构建筑在我国建筑行业的应用和推广还较为缓慢,现阶段应用预制装配式技术的建筑占新建建筑的比例还不高,同时由于装配式建筑在我国属于新型技术,还存在诸多待解决的问题。例如:建造成本高、专业技术人才、规范标准缺少、相关政策、配套、制度不完善等。[5]
在过去的40年里,中国的城镇化率从70年代的不到20%提升到如今已超过60%。建筑行业在迅猛发展的同时,若不改变严重依赖人工作业、生产效率低下、质量可控度不高、环境污染严重等问题,势必会被新时代所淘汰。而装配式建筑的出现正是对传统建筑行业提出一个质的飞跃,若我国接下来在建造成本管控、专业技术人才培养、规范标准的完善和政策制度的扶持等方面再加大推进力度、加大扶持效果,装配式建筑在接下来的很长时间里势必将会撑起我国建筑行业的一面大旗。
目前我国装配式剪力墙结构体系主要适用于抗震设防等级及抗震烈度要求较低地区的多层居住建筑,要严格控制全装配剪力墙结构体系的应用,主要原因是由于预制墙板水平连接构造较难处理,很难达到与现浇混凝土结构完全等同的效果。在现阶段,我国剪力墙体系结构设计仍应贯彻以现浇为主导,预制为辅助的指导思想,外墙板、叠合板、楼梯、阳台等构件可设计为预制,内墙及山墙等主要传力构件宜采用现浇,这样可将其设计为装配整体式混凝土剪力墙结构,其性能可等同于现浇结构。
周国[1](自密实混凝土收缩抗裂性能研究):通过试验对比SCC与普通振捣混凝土的自由收缩及抗裂性能,得出以下结论。(1)SCC的总自由收缩值、自收缩值均低于对比普通振捣混凝土,这表明SCC的干燥收缩值小于对比普通振捣混凝土[8];SCC裂缝宽度于对比普通振捣混凝土,初裂时间晚于对比普通振捣混凝土,这表明SCC的抗裂性能均强于对比普通振捣混凝土。(2)混凝土的开裂受不同养护条件影响明显,塑料薄膜包裹或尽量减少混凝土表面与空气的接触,可有效减少混凝土的开裂。(3)高强度等级混凝土的总自由收缩值、自收缩值、开裂宽度均高于低强度等级混凝土,表明提高混凝土强度不能提高混凝土抗裂性能,甚至适得其反,影响条件主要为混凝土本身性能、养护条件及外部环境变化;施工现场应用高强度等级混凝土时更要重视混凝土自身的抗裂性能和养护条件。
郜尚文[2](装配式绿色建筑多功能墙体分析):(1)预制夹心保温外墙板结构
外墙保温。多功能外墙可以采用预制夹心保温外墙板进行保温,其形式如图所示。该保温外墙主要包括连接件、外层板、保温层、内层板等。其中,内层板主要用于支撑受力,应按照力学规律设置配筋。而外层板的作用在于保温和基层装饰,外层板主要通过连接件穿过保温层向内层板进行力传递。
首先,内浇外挂预制外墙板。最主要的方式是采取外侧排水空腔并进行打胶,对于内侧来说,应按照混凝土自防水形式进行。其次,外挂式预制外墙板封闭式线防水。该防水方式主要采取 3 层防水措施:外层应采用高弹力防水硅胶方式;中间层采用物理空腔方式,建立起减压空间;而内层主要是利用对混凝土内防水橡胶条挤压进行防水。将橡胶止水胶带涂到相应的墙面十字接头的位置并进行聚氨酯覆膜,可以通过聚氨酯具有的弹性形成密封的效果。
鹿鑫等人[3](装配式建筑防渗水措施及重难点研究);结合实际的装配式建筑工程,对其装配施工过程中的防渗水工艺进行分析, 探究了工程面临的渗水问题,并提出了相应的应对措施,具体研究结果如下:1)装配式建筑连接处发生渗水故障概率较大,可以使用遇水膨胀止水条对裂缝区域和连接处进行封堵处理, 提高连接处的施工效率,减少裂缝的发生,提高防渗效果;2)门窗结构设计和施工过程中,为提高防水效果,应根据建筑受到的压力情况进行设计,通过计算水密性设计取值,明确建筑门窗设计安装标准,有利于提高工程防渗水平;3)装配式建筑防渗时,应加强对预留孔洞以及屋面防渗的处理,采取恰当防水措施,提高防渗效果,以延长建筑使用寿命。
冯伟凯[4](装配式钢框架与混凝土墙体节点连接设计及抗震性能研究):
对 2 种不同装配式钢框架与混凝土墙体节点设计的抗震性能进行内试验研究,得到以下几个结论:(1)钩头螺栓连接试件的滞回曲线出现反“S”形展和“捏拢”现象,而对拉高强螺栓连接试件的滞回曲线饱满圆润,具有稳定的规律,能量耗散系数和等效黏滞阻尼系数是前者的 1.19倍。(2)2种连接方式的试件骨架曲线均可划分为3个阶段但钩头螺栓连接试件的第Ⅱ阶段为弹塑性阶段,对拉高强螺栓连接试的第Ⅱ阶段为屈服阶段;拉高强螺栓连接试件的屈服荷载、峰值荷载、限荷载均比钩头螺栓连接试件提升了 20% 以上。(3)2 种工况的割线刚度曲线形状基本相同,呈反“S”形,对拉高强螺栓连接试件始刚度远大于钩头螺栓连接试件,且位移延性系数也大幅度提升。
咸亮亮[5](医疗建筑病房装配式隔墙隔声设计研究):对房装配式隔墙隔声设计研究,利用墙体隔声基本原理和龙骨双层墙Sharp 隔声理论模型;针对装配式隔墙隔声性能的影响因素:墙体的面密度、空腔、设备底盒位置、缝隙,可以用板叠合、空腔填充吸声材料、接缝处理和错缝安装、设备 底盒错位布置同时用石膏盒封堵的措施。为医疗建筑病房装配式隔墙工程实践提供隔声优化设计措施。
刘红波[6]等人(新型装配式混凝土格栅复合墙体结构力学性能研究):提出装配式混凝土格栅复合墙体结构,采用有限元软件 ABAQUS 对格栅墙体构件进行了模拟,并验证格栅墙体采用壳单元建模的正确性,主要结论如下:
1)装配式混凝土格栅复合墙体结构构造简单,各构件之间全干式连接,该墙体与现浇墙体相比较材料用量减少了 35%,大大降低了构件自重。2)通过 ABAQUS 有限元拟发现开有六边形 洞口的格栅墙体具有良好的承载能力,且力的传递 路径清晰合理,可作为类剪力墙构件使用。 3)提出了壳单元简化模型,为格栅墙体结构有限元分析提供了计算方式,墙体和结点均进行了简 化,避免了建模过程中的烦琐操作,有效地提高了计算新型装配式混凝土格栅复合墙体结构力学性能研究效率,与实体模型的计算结果吻合度较高。
张丽娟[7]等人(纤维自密实再生混凝土力学性能及早期抗裂性能研究):实验研究了钢纤维、聚丙烯纤维对自密实再生混凝土工作性能、抗压性能、劈拉性能和早期开裂性能的影响,结论:1)纤维的掺入降低了 SCRC 的坍落扩展度,降低幅度随纤维掺量的增加而增加;当纤维掺量最高(钢纤维 50 kg/m3、聚丙烯纤维 1.8 kg/m3)时,与未掺纤维时相比,坍落扩展度降幅分别达到 19.4%、22.3%;本文掺量范围内的两种纤维自密实再生混凝土的流动性虽有所降低,但仍满足规范要求。2) 钢纤维和聚丙烯纤维的掺入对 SCRC抗压强度的增强不明显,增幅在 1%~13%之间;钢纤维显著提高了劈拉强度,掺量为 50 kg/m3 时增幅达到了 127%;聚丙烯纤维掺量为 0.6 kg/m3 时,劈拉强度反而有所降低,随着掺量达到 1.2 和 1.8 kg/m3 时,劈拉强度分别增长了 0.6%和 26%。对比分析了两种纤维对 SCC 和 SCRC 抗压和劈拉强度的作用效果,给出了 FSCC 强度随纤维掺量和素混凝土强度之间的经验公式。3) 改进的早期开裂装置开裂敏感性较好,且对混凝土材料的用量小。再生骨料对自密实混凝土早期开裂影响较大,SCRC 相较于同配比下的 SCC,平均裂缝宽度增加了15.9%,裂缝变异系数增加了 37%。两种纤维的掺入显著降低了自密实再生混凝土的裂缝宽度,以及裂缝宽度的离散性。钢纤维的裂缝降低系数随纤维掺量增加而线性增加,纤维掺量每增加 15 kg/m3 时,裂缝降低系数降低约 20%;聚丙烯纤维在掺量较低时便能达到优秀的抗裂效果,当纤维掺量为 1.2 kg/m3时,裂缝降低系数为 52.7%而裂缝变异系数降低了81.5%,但当纤维掺量增加到1.8 kg/m3时,因纤维分散不均匀而使其抗裂效果有所降低。考虑经济性和实用性,建议自密实再生混凝土中钢纤维和聚丙烯纤维的掺量为 50kg/m3 和 1.2 kg/m3,裂缝降低系数限定值为50%,钢纤维裂缝变异系数降低值限定为50%,聚丙烯纤维裂缝变异系数降低值限定为 60%。
孟永东[8]等人(纤维增强微生物混凝土抗裂性能及自修复试验):研究了掺入 PAN 纤维后微生物混凝土的力学性能和自修复效果。通过测试不同纤维掺量下微生物混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度,修复28 d 后混凝土试件的透水性降低情况,以及不同修复龄期下无纤维和掺纤维混凝土的裂缝闭合情况,评价了 PAN 纤维在恢复微生物混凝土力学性能和增强裂缝修复效果中的作用。(1)纤维掺量在 0.6~1.5 kg/m3 时,微生物混凝土的劈裂抗拉强度随着纤维掺量增加而增大,当纤维掺量为 1.5 kg/m3 时,劈裂抗拉强度可以恢复至无载体混凝土的 95.1%,但纤维对抗压强度增强效果不明显。(2)随着纤维掺量的增加,微生物混凝土裂缝的修复效果显著提高。当纤维掺量为 1.5 kg/m3时,可完全闭合的最大裂缝宽度为 0.82 mm,总体裂缝修复率为 68%,平均裂缝宽度为 0.43 mm 的试件透水性系数降幅达到 89.9%。微生物混凝土中PAN 纤维的最佳掺量为 1.5 kg/m3。(3)微观观测和透水性试验结果表明,裂缝内的纤维可以为微生物诱导沉积的碳酸钙提供附着位点,促进碳酸钙对裂缝中透水通道的封堵效果。
赵远庆[9]等人(聚丙烯纤维混凝土梁受弯抗裂试验研究):通过分析聚丙烯纤维掺量水平与钢筋混凝土梁开裂应力和开裂能的关系。1)聚丙烯纤维的桥接作用能够牵制混凝土的局部裂缝,使得裂缝的分布更加均匀,裂缝的数量增加,裂 缝 的宽度减小,2)聚丙烯纤维的加入提高了同一荷载水平下混凝土的应变,增加了梁 的延性,延缓了初裂缝出现的时间。3)聚丙烯纤维的加入提高了梁的开裂 应力,但并非正相关关系。4)混凝土中的纤维转移了一部分导致混凝土开裂的能量,起到了抗裂作用,掺量水平为0.2%时提升效果最好,为受弯开裂最佳掺量。
国外:
1.北美地区装配式混凝土建筑的发展状况[4]
北美地区主要以美国和加拿大为主,由于预制/预应力混凝土协会(PCI)长期研究与推广预制建筑,预制混凝土的相关标准规范也很完善,所以其装配式混凝土建筑应用非常普遍。北美的预制建筑主要包括建筑预制外墙和结构预制构件两大系列,预制构件的共同特点是大型化和预应力相结合,可优化结构配筋和连接构造,减少制作和安装工作量,缩短施工工期,充分体现工业化、标准化和技术经济性特征。
在20世纪,北美的预制建筑主要用于低层非抗震设防地区。由于加州地区的地震影响,近年来非常重视抗震和中高层预制结构的工程应用技术研究。PCI最近出版了《预制混凝土结构抗震设计》一书,从理论和实践角度系统地分析了预制建筑的抗震设计问题,总结了许多预制结构抗震设计的最新科研成果,对指导预制结构设计和工程应用推广具有很强的指导意义。
2.欧洲装配式混凝土建筑的发展状况
欧洲是预制建筑的发源地,早在17世纪就开始了建筑工业化之路。第二次世界大战后,由于劳动力资源短缺,欧洲更进一步研究探索建筑工业化模式。无论是经济发达的北欧、西欧,还是经济欠发达的东欧,一直都在积极推行预制装配混凝土建筑的设计施工方式,积累了许多预制建筑的设计施工经验,形成了各种专用预制建筑体系和标准化的通用预制产品系列,并编制了一系列预制混凝土工程标准和应用手册,对推动预制混凝土在全世界的应用起到了非常重要的作用。
3.日本和韩国装配式混凝土建筑的发展状况
日本和韩国借鉴了欧美的成功经验,在探索预制建筑的标准化设计施工基础上,结合自身要求,在预制结构体系整体性抗震和隔震设计方面取得了突破性进展。具有代表性成就的是日本2008年采用预制装配框架结构建成的两栋58层的东京塔。同时,日本的预制混凝土建筑体系设计、制作和施工的标准规范也很完善,目前使用的预制规范有《预制混凝土工程》(JASS10)和《混凝土幕墙》(JASS14)。
Ricardo Martins'等人(预制结构混凝土墙体及连接件研究综述):体系由两个不同特点的混凝土面板组成:(A)采用轻骨料混凝土和低水泥掺量的高厚度内层(15 Cm);(B)高性能、高耐久性混凝土的较薄的外表面层(5cm厚)。轻质混凝土提供保温,减轻了结构的重量,而且便于运输和搬运。随着水泥掺量的提高,提高生态热效率是可能的。另一方面,提高耐久性是使用Superskin概念实现的,此前作者曾对此进行过研究(Ghafari等人,2016;Martins等人,2020),其中包括仅在结构单元的外部层使用超高耐久性混凝土,这是最需要保护结构的一层,允许减少水泥生产所带来的环境影响,因为最高的水泥用量是在外层薄层中使用的。超级混凝土与轻质混凝土的界面处的抗剪强度将得到解决。今后还将为这种类型的墙开发新的干螺栓连接,以便更快地装配和拆卸,使用螺栓和粗糙的板来改善板间的摩擦,主要的挑战是使装配期间所需的托勒--与结构性能所需的刚度和强度相兼容。(A review on precast structural concrete walls and connections)