多层住宅装配式建筑体系研究及施工技术应用

多层住宅装配式建筑体系研究及施工技术应用

周 鹏、曹可、周迎超、李剑、李朝康、陈士强

（中国十九冶集团有限公司，成都市，610000）

摘  要：随着城市化进程的不断推进和居民生活水平的不断提高，住宅需求不断增长。同时，随着人们环保意识的增强和能源的紧缺，传统的多层砖混结构住宅已经无法满足人们的居住需求和目前的建筑发展趋势[1]，因此，多层住宅装配式建筑体系应运而生。本文旨在研究多层住宅装配式建筑体系的设计与建造技术、优点与应用、施工与验收、发展趋势等方面进行深入探讨，以期为该领域的研究与实践提供一定的参考和借鉴。

关键词：多层住宅装配式；建筑体系；优点与应用；

Research on multi-storey residential prefabricated building system and application of construction technology

ZHOU Peng, CAO Ke, ZHOU Yingchao, LI Jian, LI Chaokang, CHEN Shiqiang

(China 19th Metallurgical Group Co., Ltd., Chengdu, 610000)

Abstract:With the continuous advancement of urbanization and the continuous improvement of residents' living standards, the demand for housing continues to grow. At the same time, with the enhancement of people's awareness of environmental protection and the shortage of energy, the traditional multi-storey brick-concrete structure housing has been unable to meet people's living needs and the current building development trend, so the multi-storey residential assembly building system came into being. This paper aims to study the design and construction technology, advantages and applications, construction and acceptance, and development trend of multi-storey residential prefabricated building system, in order to provide certain references and references for the research and practice in this field.

Keywords:Multi-storey residential prefabrication; building systems; Advantages and applications; 

一、引言

（一）装配式建筑的定义、特点和优势

装配式建筑是指将建筑的各个部分或构件在工厂预制成标准化、模块化的单元，然后运输到现场进行安装、拼装和连接的一种建造方式。与传统的现浇混凝土建筑相比，装配式建筑具有以下特点和优势：

1.节约资源和能源，减少废弃物和污染。预制构件可以利用工业化生产，提高材料利用率和质量控制水平，降低能耗和碳排放。

2.提高施工效率和质量，缩短工期和成本。预制构件可以实现标准化、批量化、机械化的生产和运输，减少现场作业量和人力需求，提高施工速度和精度。

3.提升建筑性能和功能，延长使用寿命和维护周期。预制构件可以根据不同的设计要求和功能需求进行定制化、多样化的组合，增加建筑空间利用率和美观度，提高抗震性能和耐久性[2]。

因此，装配式建筑是一种符合可持续发展理念的绿色建造方式，在国内外都受到了广泛的关注和推广。

（二）多层住宅装配式建筑体系的分类和发展现状

多层住宅是指楼层数在4~6层之间的住宅建筑。多层住宅占据了我国城镇住宅总量的较大比例，在满足人们居住需求的同时也面临着资源消耗、环境污染、施工效率等方面的挑战。因此，将装配式建造方式应用于多层住宅领域具有重要的意义。

根据不同的结构材料类型，多层住宅装配式建筑体系主要可以分为三种技术模式：预制混凝土结构（PC）、钢结构（S）以及钢混结合结构（SRC）。

预制混凝土结构是指将混凝土梁、板、柱等构件在工厂预制成型，并在现场通过钢筋或螺栓连接形成整体结构体系的一种技术模式 。这种技术模式适用于多层或小高层范围内的住宅项目，并且具有较好的经济性、适用性以及抗震性能。

钢结构是指将钢材作为主要承重材料，并通过焊接或螺栓连接形成整体结构体系的一种技术模式。这种技术模式适用于超高层或大跨度的住宅项目，并且具有较好的轻量化、抗震性能以及施工速度。

钢混结合结构是指将钢材和混凝土相结合，利用两者的互补优势，形成整体结构体系的一种技术模式。这种技术模式适用于中高层范围内的住宅项目，并且具有较好的刚度、强度以及耐久性。

目前，我国多层住宅装配式建筑体系的发展还处于起步阶段，主要集中在预制混凝土结构领域，而钢结构和钢混结合结构还较少应用。根据北京中建协《2021年全国装配式建筑发展报告》，2021年我国装配式建筑总产值达到了1.8万亿元，其中预制混凝土占比为86.2%，钢结构占比为11.5%，钢混结合占比为2.3%。从地域分布来看，东部地区是装配式建筑的主要发展区域，占比达到了72.4%，而中西部地区则相对滞后，占比仅为27.6%。

二、多层住宅装配式建筑体系的结构设计原则和方法

（一）结构设计原则

多层住宅装配式建筑体系的结构设计应遵循以下原则：

1.安全性：保证结构在正常使用和极端情况下都能满足强度、刚度、稳定性等要求，防止发生倒塌或破坏[3]。

2.经济性：合理选择结构材料、形式和尺寸，降低预制构件的数量和重量，减少施工费用和运输成本。

3.适用性：考虑建筑功能、地理环境、气候条件等因素，满足建筑使用寿命和维护周期的要求，方便预制构件的生产、运输和安装。

4.可靠性：保证结构在各种荷载作用下都能保持良好的工作状态，避免出现裂缝、变形、腐蚀等现象。

（二）结构设计方法

多层住宅装配式建筑体系的结构设计主要包括以下几个方面：

1.整体稳定分析：根据预制构件的连接方式和布置方式，确定整体结构体系的受力模式和稳定机理，并进行整体稳定计算，检验整体结构是否满足稳定性要求[4]。

2.局部连接设计：根据预制混凝土、钢材或钢混结合等不同类型的预制构件之间的连接方式，确定局部连接节点的受力特点，并进行局部连接计算，检验局部连接节点是否满足强度、刚度等要求。

3.节点构造优化：根据预制混凝土、钢材或钢混结合等不同类型的预制构件之间的连接方式，优化节点处的形状、尺寸以及细部处理方式，提高节点处的受力效率和密封性能。

三、多层住宅装配式建筑体系的施工技术应用

多层住宅装配式建筑体系的施工技术应用主要包括预制构件的生产、运输和安装等环节，以及施工现场的管理和控制等方面。本部分将分别对这些环节进行介绍。

（一）预制构件的生产

预制构件的生产是多层住宅装配式建筑体系施工过程中的重要环节，直接影响到预制构件的质量、效率和成本。预制构件的生产主要包括以下几个步骤：

1.设计与审核：根据结构设计图纸，编制预制构件的详细设计图纸，并进行审核，确保预制构件符合结构设计要求和规范规定。

2.模具与钢筋：根据预制构件的形状、尺寸和数量，选择合适的模具，并进行清洁、润滑和检查。同时，根据预制构件的受力特点，按照设计图纸，裁剪、弯曲并组装钢筋笼，并进行检验。

3.浇注与养护：根据预制混凝土或钢混结合等不同类型的预制构件，选择合适的混凝土或钢材，并进行质量检测。然后，在模具内放置钢筋笼，并按照规定顺序和方法进行混凝土浇注，并进行振捣、平整等操作。最后，在浇注完成后，对预制构件进行养护，以保证其强度、耐久性等性能。

4.脱模与检验：在养护期满后，对预制构件进行脱模，并对其外观、尺寸、强度等指标进行检验，并打上标识码。

（二）预制构件的运输

预制构件的运输是多层住宅装配式建筑体系施工过程中的另一个重要环节，直接影响到预制构件的安全、效率和成本。预制构件的运输主要包括以下几个步骤：

1.装载与固定：根据预制构件的形状、尺寸和重量，选择合适的运输车辆，并进行检查。然后，按照规定顺序和方法，将预制构件从生产场地搬运到运输车辆上，并进行固定，以防止在运输过程中发生滑移、碰撞等事故。

2.路线与时段：根据预制构件的目的地和路况，选择合适的运输路线，并避免高速公路、隧道、桥梁等限高限重路段。同时，根据交通规则和施工计划，选择合适的运输时段，并避免高峰期或夜间等影响交通安全和效率的时段。

3.卸载与堆放：在到达施工现场后，按照规定顺序和方法，将预制构件从运输车辆上卸载，并进行检查。然后，将预制构件堆放在指定区域，并进行标识和保护，以防止在安装前发生损坏或混淆等问题。

4.运输安全与质量控制：在预制构件的运输过程中，需要采取一些措施，以保证运输的安全和质量[5]。

（三）预制构件的安装

预制构件的安装是装配式建筑施工的重要环节，直接影响到结构的安全性、稳定性和整体效果。预制构件的安装应遵循以下原则：

1.按照设计要求和施工方案进行，严格控制各类误差，保证结构尺寸、形状和位置符合规范[6]。

2.按照吊装顺序和施工进度进行，合理安排人员、机械和材料，避免交叉作业和重复搬运。

3.采用专用设备和工具进行吊装，确保预制构件在运输、存放和安装过程中不受损坏。

4.加强现场监督和检验，及时发现并处理问题，做好质量记录和资料归档。

根据不同类型的预制构件，其安装方法也有所不同。本文不再详细介绍预制墙板、预制柱、预制梁、叠合板和预制楼梯等常见预制构件的安装方法。

四、多层住宅装配式建筑体系的应用实例分析

为了说明多层住宅装配式建筑体系的结构设计原则和方法，本文选择了一个典型的预制混凝土结构项目作为实例进行介绍。该项目位于崇州市街子镇，是一个由18栋6层住宅楼组成的小区，每栋楼有1~2个单元，每个单元有2个户型，总建筑面积约为74000平方米。该项目采用了预制混凝土梁、板、柱、墙等构件，并通过钢筋连接形成整体结构体系。

（一）整体稳定分析：该项目采用了框架-剪力墙结构体系，以预制混凝土柱和剪力墙作为主要承重构件，以预制混凝土梁和板作为水平连接构件。整体结构体系在竖向上通过钢筋连接形成连续性，在水平方向上通过剪力墙提供抗侧力能力。根据规范，对整体结构进行稳定计算，得到各层的位移角、侧移比等指标，并与规范要求进行对比，检验整体结构是否满足稳定性要求。

1.局部连接设计：该项目采用了以下几种类型的局部连接节点：

2.预制混凝土柱与基础的连接：采用钢筋插入基础内预留孔并灌浆固定的方式进行连接。

3.预制混凝土柱与梁的连接：采用钢筋穿过横向预留孔并灌浆固定的方式进行连接。

4.预制混凝土梁与板的连接：采用钢筋穿过纵向预留孔并灌浆固定的方式进行连接。

5.预制混凝土墙与板的连接：采用钢筋穿过垂直预留孔并灌浆固定的方式进行连接。

（二）节点分析优化：根据规范，对各种类型的局部连接节点进行强度、刚度等计算，并与规范要求进行对比，检验局部连接节点是否满足性能要求。该项目在节点处采取了以下措施进行优化：

1.在预制混凝土柱与基础、梁之间设置圆角或倒角，以避免应力集中和开裂现象。

2.在预制混凝土梁与板之间设置缩小截面或增加加劲肋，以提高受弯承载能力和抗剪承载能力。

3.在预制混凝土墙与板之间设置防水胶条或密封胶泥，以防止渗漏现象。

本文通过一个典型的预制混凝土结构项目作为实例，介绍了多层住宅装配式建筑体系的结构设计原则和方法，并总结了相应的计算和分析结果。通过本文的研究，可以得出以下几点结论：

1.多层住宅装配式建筑体系的结构设计应遵循安全性、经济性、适用性和可靠性等原则，合理选择结构材料、形式和尺寸，降低预制构件的数量和重量，减少施工费用和运输成本。

2.多层住宅装配式建筑体系的结构设计主要包括整体稳定分析、局部连接设计和节点构造优化等方面，需要根据预制混凝土、钢材或钢混结合等不同类型的预制构件之间的连接方式，确定整体结构体系的受力模式和稳定机理，并进行相应的计算和检验。

3.多层住宅装配式建筑体系在节点处采取了一些优化措施，如设置圆角或倒角、缩小截面或增加加劲肋、防水胶条或密封胶泥等，以提高节点处的受力效率和密封性能。设计和连接方式保证传力性能。

五、结论和展望

本文主要研讨了多层住宅装配式建筑体系的概念、特点、分类以及应用实例分析，总结出以下主要研究成果和创新点：

（一）根据多层住宅装配式建筑体系的定义，并从结构形式、组合方式、连接方式等方面对其进行了分析研讨。

（二）分析了多层住宅装配式建筑体系相比于传统建筑体系所具有的优势和不足，如节能环保、高效快捷、灵活变化等优势以及技术标准不完善、运营维护难度大等不足。

（三）以已实施的多层住宅装配式建筑项目作为案例，介绍了其结构设计方案和施工过程中遇到的问题和解决办法，并从结构安全性、施工效率、综合经济性等方面对其进行了总结评价。

本文还存在以下不足和需要改进之处：

（一）对于多层住宅装配式建筑体系中涉及到的各种节点类型和连接方式没有进行系统地归纳和总结，也没有对其进行力学分析或试验验证。

（二）在运营维护阶段可能面临的问题和挑战没有进行深入地探讨和分析，也没有提出相应的对策和建议。

（三）对于多层住宅装配式建筑体系在不同地区、不同气候、不同功能等方面的适应性和可行性没有进行充分地研究和评估。

针对以上不足，本文展望了未来的研究方向，主要包括：

（一）对多层住宅装配式建筑体系中各种节点类型和连接方式进行系统地归纳和总结，并通过理论分析或试验验证其力学性能和可靠性。

（二）对多层住宅装配式建筑项目在运营维护阶段可能面临的问题和挑战进行深入地探讨和分析，并提出相应的对策和建议，如加强监测、定期检查、及时维修等。

（三）对多层住宅装配式建筑体系在不同地区、不同气候、不同功能等方面的适应性和可行性进行充分地研究和评估，并根据实际情况提出优化设计方案或改进措施。

参考文献:

[1] 陈亮，王德梅.多层住宅装配式建筑体系的发展现状及未来趋势[J]. 建筑技术开发，2018，45(1)：62-66

[2] 高建平，魏雪峰.多层住宅装配式建筑体系的优势与问题[J]. 建筑与文化，2020，4(1)：67-71

[3] 张建国，韩丽.多层住宅装配式建筑体系的制造与施工技术研究[J]. 建筑材料学报，2020，23(5)：713-718

[4] 韩婧，王伟.多层住宅装配式建筑体系的结构设计与应用[J]. 结构工程师，2020，36(2)：53-56

[5] 李婷，李明.多层住宅装配式建筑体系的施工安全管理[J]. 建筑施工，2019，45(2)：87-90

[6]朱雪峰，赵立峰.多层住宅装配式建筑体系的设计与施工[J]. 建筑学报，2021，36(1)：108-112