下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
装配式混凝土建筑是指建筑的结构系统由混凝土部件（预制构件）构成的装配式建筑。
装配式混凝土建筑由结构主材、连接材料、预埋件以及辅助材料等组成。
结构主材有混凝土、钢材等。
混凝土是由胶凝材料、粗骨料、细骨料、水（必要时可加入外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌、浇筑、养护硬化而成的具有一定强度的人造石材。在装配式混凝土结构中，混凝土主要用于制作预制混凝土构件和现场后浇。根据《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ 1—2014）的要求，预制构件的混凝土强度等级不宜低于C30；预应力混凝土预制构件的强度等级不宜低于C40，且不得低于C30；现浇混凝土的强度等级不得低于C25。
在装配式混凝土结构建筑中，用到的钢材主要有钢筋、型钢、钢丝和钢绞线等。钢筋主要是指钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土的钢材。钢筋种类见表 2.5。型钢是一种有一定截面形状和尺寸的条形钢材。需要注意的是，在装配式混凝土建筑结构设计时，考虑到连接套筒、浆锚螺旋筋、钢筋连接和预埋件相对现浇结构拥挤，宜选用大直径高强度钢筋，以减少钢筋根数，避免间距过小对混凝土浇筑的不利影响。钢筋的力学性能指标应符合行业标准《混凝土结构设计规范（2015 年版）》（GB 50010—2010）。在预应力装配式混凝土构件中会用到预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋，其中预应力钢绞线较常见。当预制构件的吊环用钢筋制作时，按照《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ 1—2014）的要求，应采用未经冷加工的HPB300 级钢筋制作。
表 2.5 钢筋种类
续表
连接材料包括灌浆套筒、注胶套筒、机械套筒、套筒灌浆料、浆锚孔波纹管、浆锚搭接灌浆料、浆锚孔螺旋筋、灌浆导管、灌浆孔塞、灌浆堵缝材料、夹芯保温构件拉结件、钢筋锚固板等。
套筒灌浆为预制构件主要连接方式之一。材料主要有灌浆套筒、套筒灌浆料等。灌浆套筒常见的材质有碳素结构钢、合金结构钢、球墨铸铁。
灌浆套筒可分为全灌浆套筒和半灌浆套筒。全灌浆套筒是指接头两端均采用灌浆方式连接钢筋的灌浆套筒；半灌浆套筒是指接头一端采用灌浆方式连接，另一端采用非灌浆方式连接钢筋的灌浆套筒，通常另一端采用螺纹连接，如图 2.7 所示。
图 2.7 灌浆套筒
钢筋连接用套筒灌浆料是以水泥为基本材料，配以细骨料，以及混凝土外加剂和其他材料组成的干混料，加水搅拌后具有良好的流动性、早强、高强、微膨胀等性能，填充于套筒和带肋钢筋间隙内的干粉料，简称套筒灌浆料。钢筋连接用套筒灌浆料多采用预拌成品灌浆料。产品运输和贮存时不应受潮和混入杂物；产品应贮存在通风、干燥、阴凉处，运输过程中应注意避免阳光长时间照射。
灌浆堵缝材料以水泥为胶结材料，配以复合外加剂和高强骨料，现场加水搅拌后即可使用，具有无收缩、高强、易施工等特性。灌浆堵缝料可以进行分仓。根据灌浆工艺确定分仓部位。分仓在构件安装固定后进行。分仓用封堵料宽度≥20 mm，封堵高度为接缝高度。
钢筋机械套筒又称为钢筋接头，是用于传递钢筋轴向拉力或压力的钢套管。套筒按钢筋机械连接接头类型可分为直螺纹套筒、锥螺纹套筒和挤压套筒，如图 2.8 所示。直螺纹套筒又可分为镦粗直螺纹套筒、剥肋滚轧直螺纹套筒和直接滚轧直螺纹套筒。
图 2.8 机械套筒
钢筋浆锚连接是在预制构件中预留孔洞，受力钢筋分别在孔洞内外通过间接搭接实现钢筋之间应力的传递。钢筋浆锚连接需要用到的材料主要有浆锚孔波纹管（图 2.9）、螺旋箍筋。
图 2.9 预埋金属波纹管
外墙保温拉结件是用于连接预制保温墙体内、外层混凝土墙板，传递墙板剪力，以使内、外层墙板形成整体的连接器。拉结件宜选用纤维增强复合材料或不锈钢薄钢板加工制作。如图 2.10 所示为预制夹心保温墙断面及拉结件示意图。
图 2.10 预制夹心保温墙断面及拉结件示意图
钢筋锚固板是设置在钢筋端部，用于锚固钢筋的承压板，如图 2.11 所示。锚固板分类见表 2.6。其中，按受力性能主要分为部分锚固板和全锚固板。部分锚固板是依靠锚固长度范围内钢筋与混凝土的黏结作用和锚固板承压面的承压作用共同承担钢筋规定锚固力的锚固板。全锚固板是指全部依靠锚固板承压面的承压作用承担钢筋规定锚固力的锚固板。
图 2.11 混凝土预制柱上的钢筋锚固板
表 2.6 锚固板分类
辅助材料主要包括内埋式材料、防水密封材料、保温材料、表面装饰材料等。
内埋式材料常见的有内埋式金属螺母[图 2.12（a）]、内埋式吊钉[图 2.12（b）]、内埋式吊环[图 2.12（c）]、内埋式塑料螺母、内埋式螺栓、预埋线盒[图 2.12（d）]等。
图 2.12 常见内埋式材料
PC建筑是由构配件拼装组成的，会留下大量的拼装接缝，这些接缝很容易成为水流渗透的通道，因此防水密封材料是PC外墙拼接缝防水的第一道防线，其选择至关重要。防水密封材料主要包括建筑密封胶、密封胶条。其中，以建筑密封胶为主。常用的建筑密封胶包括聚氨酯密封胶（PU）、硅烷改性聚醚密封胶（MS）（图 2.13）、硅酮密封胶（SR）等。建筑密封胶应具有以下特点：
①建筑密封胶应与混凝土具有相容性。
②应具有较好的弹性，可压缩比率大。
③具有较好的耐候性、环保性和可涂装性。
④接缝中的背衬可采用发泡氯丁橡胶或聚乙烯塑料棒。
图 2.13 常用硅烷改性聚醚密封胶
PC外墙拼接缝分为水平缝和垂直缝，常用的防水密封方法有两种，即结构防水和材料防水。
结构防水是在拼接缝的背水面，根据墙板的构造、功能的不同，采用密封条或现浇混凝土形成二次密封，两道密封之间形成空腔，起防水作用。
材料防水是在接缝的迎水面，主要是在墙板上预留形成的高低缝、企口等部位，填充密封材料进行防水密封。
外墙保温材料依据材料的性质分，可分为有机材料、无机材料和复合材料。不同的保温材料性能各异，材料的导热系数的数值大小是衡量保温材料的重要指标。
装配式混凝土建筑中，夹心外墙板中的保温材料，其导热系数不宜大于 0.040 W/（m·K），体积比吸水率不宜大于 0.3%。如图 2.14 所示，常用的夹心外墙板保温材料有聚苯板（EPS板）、挤塑板（XPS板）、石墨聚苯板、泡沫混凝土板、发泡聚氨酯板、真空绝热板等。
当装配式建筑采用全装修方式建造时，还可用到面层装饰材料。面层装饰材料应符合以下要求：
①石材、面砖、饰面砂浆及真石漆等外装饰材料应有产品合格证和出厂检验报告，质量应满足现行相关标准要求。装饰材料进厂后应按规范的要求进行复检。
②石材和面砖应按照预制构件设计图编号、品种、规格、颜色、尺寸等分类标识存放。
③当采用石材或瓷砖饰面时，其抗拔力应满足相关规范及安全使用要求。当采用石材饰面时，应进行防返碱处理。厚度在 25 mm以上的石材宜采用卡件连接。瓷砖背沟深度应满足相关规范要求。面砖采用反打法时，使用黏结材料应满足现行相关标准的要求。
图 2.14 常用的夹心外墙板保温材料
装配整体式混凝土剪力墙结构的主要预制构件有预制外墙板[图 2.15（a）]、预制叠合楼板[（图 2.15（b）]、预制阳台板[图 2.15（c）]、预制内墙板[图 2.15（d）]、预制连梁、预制楼梯[图 2.15（e）]、预制空调板[图 2.15（f）]等。
图 2.15 装配整体式混凝土的主要预制构件
装配整体式混凝土框架结构的主要预制构件有预制柱[图 2.15（g）]、预制梁[图 2.15（h）、（i）]、叠合楼板、预制外挂墙板[图 2.15（j）]、预制楼梯等。
从制造工艺上看，预制混凝土柱包括预制混凝土实心柱和预制混凝土空壳柱两种形式。预制混凝土柱在工厂预制完成，为了结构连接的需要，需在端部留置插筋。
预制混凝土梁在工厂预制完成，有预制实心梁和预制叠合梁两种。为了结构连接的需要，预制梁在端部需要留置锚筋，如图 2.15（h）、（i）所示。叠合梁箍筋可采用整体封闭箍或组合式封闭箍筋。组合式封闭箍筋是指U形上开口箍筋和U形下开口箍筋，共同组合形成的封闭箍筋。
预制混凝土楼板包括预制实心混凝土板、预制混凝土叠合板。叠合楼板是由预制底板和后浇钢筋混凝土层叠合而成的装配整体式楼板。常见的叠合楼板形式有桁架钢筋混凝土叠合板和预制预应力混凝土叠合板两种。桁架钢筋混凝土叠合板[图 2.15（b）]下部为预制混凝土底板，上露桁架钢筋。桁架钢筋和预制混凝土底板的粗糙表面保证预制底板与后浇叠合层混凝土的有效黏结。预制预应力混凝土叠合板包括预制实心平底板混凝土叠合板、预制带肋底板混凝土叠合板和预制空心底板混凝土叠合板等。
预制混凝土剪力墙外墙板按照构造形式分，可分为单叶外墙板、夹心保温外墙板、装饰一体化外墙板等。
现有图集中针对的多为常用的夹心保温外墙板，由内叶墙板保温层和外叶墙板组成，是非组合式承重预制混凝土夹心保温外墙板，简称预制外墙板，通常称为“三明治板”[图 2.15（a）]。外叶墙板作为荷载通过拉结件与承重内叶墙板相连。一般内叶墙板侧面预留钢筋与其他墙板或现浇边缘构件连接，底部通过钢筋灌浆套筒与下层剪力墙外伸钢筋相连。
按照墙体上门窗洞口形式的不同，预制外墙板又可分为无洞口外墙板、高窗台外墙板、矮窗台外墙板、两窗洞外墙板和门洞外墙板等几种形式。根据断面结构形式，剪力墙外墙板可分为实心墙外墙板、双面叠合外墙板和圆孔板外墙板等。
预制混凝土剪力墙内墙板一般为单叶板，实心墙板形式，其侧面留筋方式与预制混凝土剪力墙外墙板基本相同。
按照墙体上门洞口形式的不同，预制内墙板又可分为无洞口内墙板、固定门垛内墙板、中间门洞内墙板和刀把式内墙板等几种形式。
预制混凝土双T板是板、梁结合的预制钢筋混凝土承载构件，由宽大的面板和两根窄而高的肋组成。其面板既是横向承重结构，又是纵向承重肋的受压区。双T板屋盖有等截面和双坡变截面两种，双T板屋盖也可用于墙板。在单层、多层和高层建筑中，双T板可以直接搁置在框架、梁或承重墙上，作为楼层或屋盖结构，如图 2.16 所示。
图 2.16 预制构件
预制混凝土楼梯按其构造方式可分为梁承式、墙承式和墙悬臂式等类型。目前，常用的预制楼梯为预制钢筋混凝土板式双跑楼梯和剪刀楼梯，其在工厂预制完成，在现场进行吊装。
预制楼梯具有以下优点：
①预制楼梯安装后可作为施工通道。
②预制楼梯受力明确，地震时支座不会受弯破坏，保证了逃生通道，同时楼梯不会对梁柱造成损坏。
预制混凝土阳台通常包括叠合板式阳台、全预制板式阳台和全预制梁式阳台。预制阳台板能克服现浇阳台的缺点，解决了阳台支模复杂，现场高空作业费时费力的问题，还能避免在施工过程中，由于工人踩踏使阳台楼板上部的受力筋被踩到下面，从而导致阳台拆模后下垂的质量通病。
根据结构设计的不同，实际应用还会有其他构件，如空调板、女儿墙、外挂板、飘窗等。预制女儿墙包括夹心保温式女儿墙和非保温式女儿墙等。
装配式混凝土结构是由预制混凝土构件通过可靠的连接方式装配而成的混凝土结构，包括装配整体式混凝土结构和全装配混凝土结构。
装配整体式混凝土结构是由预制混凝土构件通过可靠的方式进行连接并与现场后浇混凝土、水泥基灌浆料形成整体的装配式混凝土结构。全装配式混凝土结构是全部由预制构件装配形成的混凝土结构。本书中主要介绍装配整体式混凝土结构。
装配式混凝土结构体系一般可概括为装配式混凝土剪力墙结构体系、装配式混凝土框架结构体系、装配式混凝土框架-剪力墙结构体系、装配式预应力混凝土框架结构体系等。各种结构体系的选择可根据具体工程的高度、平面、体型、抗震等级、设防烈度及功能特点来确定。
装配式混凝土剪力墙结构体系是将工程主要受力构件剪力墙、梁、板部分或全部由预制混凝土构件（预制墙板、叠合梁、叠合板）组成的装配式混凝土结构。其工业化程度高，房间空间完整，几乎无梁柱外露，可选择局部或全部预制，适用于住宅、旅馆等小开间建筑。
装配式混凝土框架结构体系为混凝土结构全部或部分采用预制柱或叠合梁、叠合板、双T板等构件，竖向受力构件之间通过套筒灌浆形式连接，水平受力构件之间通过套筒灌浆或后浇混凝土形式连接，节点部位通过后浇或叠合方式形成可靠传力机制，并满足承载力和变形要求的结构形式。装配式框架结构体系工业化程度高，内部空间自由度好，可形成大空间，满足室内多功能变化的需求，适用于办公楼、酒店、商务公寓、学校、医院等建筑。
装配式混凝土框架-剪力墙结构体系是由框架与剪力墙组合而成的装配式结构体系，将预制混凝土柱、预制梁，以及预制墙体在工厂加工制作后运至施工现场，通过套筒灌浆或现浇混凝土等方法装配形成整体的混凝土结构形式。该体系工业化程度高，内部空间自由度较好，适用于高层、超高层的商用与民用建筑。
装配式预应力混凝土框架结构体系是指一种装配式、后张、有粘结预应力的混凝土框架结构形式。建筑的梁、柱、板等主要受力构件均在工厂加工完成，预制构件运至施工现场吊装就位后，将预应力筋穿过梁柱预留孔道，对其实施预应力张拉预压后灌浆，构成整体受力节点和连续受力框架。该体系在提升承载力的同时，能有效节约材料，可实现大跨度并最大限度地满足建筑功能和空间布局。预应力框架的整体性及抗震性能较佳，有良好的延性和变形恢复能力，有利于震后建筑物的修复。
在装配式预应力混凝土框架结构体系中，装配式预应力双T板结构体系应用较为广泛，其梁、板结合的预制钢筋混凝土承载构件由宽大的面板和两根窄而高的肋组成。其面板既是横向承重结构，又是纵向承重肋的受压区。在单层、多层和高层建筑中，双T板可以直接搁置在框架梁或承重墙上作为楼层或屋盖结构。预应力双T板跨度可达 20 m以上，如用高强轻质混凝土则可达 30 m以上。
装配式混凝土结构的各预制构件通过不同的连接方式装配在一起，才能形成整个建筑物的结构体系。预制构件之间的连接是保证装配式结构整体性的关键。装配式混凝土结构的连接方式分为湿连接和干连接。
湿连接是指混凝土或水泥基浆料与钢筋结合形成的连接。常用的湿连接形式有套筒灌浆、后浇混凝土连接等，主要适用于装配整体式混凝土结构的连接。干连接主要借助于金属连接件，如螺栓连接、焊接等，主要适用于全装配式混凝土结构的连接或装配整体式混凝土结构中的外挂墙板等非承重构件的连接。
套筒灌浆连接的原理是将需要连接的钢筋插入金属套筒内对接，在套筒内注入高强、早强且有微膨胀特性的灌浆料，灌浆料在套筒筒壁与钢筋之间形成较大的正向应力，在钢筋带肋的粗糙表面产生较大的摩擦力，由此得以传递钢筋的轴向力。
钢筋套筒灌浆连接技术在欧美、日本等国家的应用已有 40 多年的历史，经历了大地震的考验，编制有成熟的标准，得到了普遍应用。国内也已有大量的试验数据支持，主要用于柱、剪力墙等竖向构件中、《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ 1—2014）对套筒灌浆连接的设计、施工和验收提出了要求。另外，《钢筋连接用套筒灌浆料》（JG/ T 408—2019）、《钢筋连接用灌浆套筒》（JG/ T 398—2019）、《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》（JGJ 355—2015）等行业标准，也都为改性连接技术的推广应用提供了技术依据。
套筒灌浆连接包括全灌浆套筒连接和半灌浆套筒连接两种形式。全灌浆套筒两端均采用灌浆方式与钢筋连接，如图 2.17 所示，常用于水平钢筋连接；半灌浆套筒一端采用灌浆方式与钢筋连接，另一端采用非灌浆方式与钢筋连接，通常采用螺纹连接。
图 2.17 全灌浆套筒常用于水平钢筋连接
装配整体式混凝土剪力墙结构中，墙体竖向钢筋的连接多采用半灌浆套筒连接方式，如图 2.18 所示，即上层墙体底部预埋半灌浆套筒（上层墙体竖向钢筋与半灌浆套筒机械连接），对应下层墙体竖向钢筋插入并灌入水泥基灌浆料，从而实现上下层墙体竖向钢筋的连接，如图 2.19 所示。
后浇混凝土是指预制构件安装后在预制构件连接区域或叠合层现场浇注的混凝土。将需要连接的预制构件就位，连接的钢筋预埋件等连接完毕后，浇筑混凝土形成连接；为保证后浇混凝土与预制构件的整体性，需在接触面进行粗糙处理。
图 2.18 半灌浆套筒在剪力墙纵向受力钢筋连接中的应用
图 2.19 钢筋灌浆套筒接头
金属波纹管浆锚搭接连接，采用预埋金属波纹管成孔，在预制构件模板内波纹管与构件预埋钢筋紧贴，并通过扎丝绑扎固定；波纹管在高处向模板外弯折至构件表面，作为后续灌浆料灌注口；待不连续钢筋伸入波纹管后，从灌注口向管内灌注无收缩、高强度水泥基灌浆料；不连续钢筋通过灌浆料、金属波纹管及混凝土，与预埋钢筋形成搭接连接接头，如图 2.20所示。
图 2.20 竖向钢筋浆锚搭接示意图
约束浆锚连接在接头范围预埋螺旋箍筋，并与构件钢筋同时预埋在模板内；通过抽芯制成带肋孔道，并通过预埋PVC软管制成灌浆孔与排气孔用于后续灌浆作业；待不连续钢筋伸入孔道后，从灌浆孔压力灌注无收缩、高强度水泥基灌浆料；不连续钢筋通过灌浆料、混凝土与预埋钢筋形成搭接连接接头。
如图 2.21 所示为螺栓连接方式，通过在预制构件中预留凹槽和孔洞，用螺栓、垫片以及螺母进行连接。主要适用于楼层不高、抗震要求较低的临时性用房，如公共厕所、底层住宅等。该种连接方式有多种形式，可通过螺栓、预埋钢构件、预埋焊接件连接。
图 2.21 螺栓连接
直螺纹套筒连接接头施工，其工艺原理是将钢筋待连接部分剥肋后滚压成螺纹，利用连接套筒进行连接，使钢筋丝头与连接套筒连接为一体，从而实现等强度钢筋连接，如图 2.8（a）所示。直螺纹套筒连接的种类主要有冷镦粗直螺纹、热镦粗直螺纹、直接滚压直螺纹、挤（碾）压肋滚压直螺纹。
如图 2.8（b）所示，挤压直螺纹套筒连接是通过加压力使连接件钢套筒塑性变形并与带肋钢筋表面紧密咬合，将两根带肋钢筋连接在一起。挤压套筒连接属于干式连接，去掉技术间歇时间从而压缩安装工期，质量验收直观，接头成本低。
1.装配式建筑按结构材料分为哪几类？
2.装配式建筑按预制率分为哪几类？
3.简述装配式钢结构特点。
4.装配整体式混凝土剪力墙结构的主要预制构件有哪些？
5.简述装配式混凝土结构的构件连接方式。
6.简述套筒灌浆连接的基本原理。
7.简述浆锚搭接的基本原理。