装配式混凝土结构关键技术浅析

装配式混凝土建筑关键技术浅析中国建筑标准设计研究院2018.12Ø1.

现代装配式混凝土建筑的应用2.

建筑设计的主要特点3.

结构设计的要点解析4.

外挂墙板设计的基本要求5.

今后发展趋势2装配式混凝土结构快速发展期-二次大战以后

建筑工业化的快速发展和预制混

凝土构件的大量应用是从第二次

世界大战以后，由于许多国家面

临着住房严重短缺和劳动力的不

足的问题，市场的大量需求迫使

他们寻求工业化的道路，以尽快

解决这一社会问题。房荒问题解

决后，开始转向公共建筑。著名的美国核桃路大桥旅馆建筑著名的悉尼歌剧院

西藏火车站

台湾9.21地震纪念馆外形特别复杂的建筑

34对混凝土强度等级要求特别高的建筑标准化程度特别高的建筑对饰面要求特别高的建筑对室内粉尘控制要求特别高的建筑1.

现代装配式混凝土建筑的发展Ø2.

建筑设计的主要特点1）策划、方案阶段的配合工作2）标准化、模数化和接口的标准化3.

结构设计的要点解析4.

外挂墙板设计的基本要求5.

今后发展趋势6新型建筑工业化的主要特征是生产方式的工业化。主要体现在以下几个方面：建筑设计标准化——以定型设计为基础(1)部品生产工厂化——以工厂制作为条件现场施工装配化——以建造工法为核心结构装修一体化——以建筑设计为前提建造过程信息化——以信息技术为手段新型建筑工业化的特征计制作方构

设建设方

施工方

方

结建筑

装修

设备装配式结构建筑设计的特点之一

策划、方案阶段做好两个密切配合1、是否适宜采用PC结构2、根据工程实际情况决定那些构件采用PC构件3、根据制作和施工条件界定所选用的PC构件的基本尺度和重量

2018-12-13

中国建筑标准设计研究院

7◆

塔吊的起吊能力◆

塔吊伸臂的长度◆从PC工厂到现场的运输条件来决定的◆人行道和桥的等级以上要求包括国道、省道

PC构件的尺度主要是根据：

PC构件的重量主要是根据：◆高度（桥、隧道和地下通道的净高，）◆长度（车辆的机动性和相关法律）◆宽度（许可、护航要求和相关法律）和一般道路

的

件重量和对建筑师和结构工程师都有更高

PCa构

要求：尺寸考虑制作、运输、安装等条件对预制构件的重量和尺度的限制不了解施工，现场剔凿带来质量隐患2018-12-13中国建筑标准设计研究院9设备管线应进行综合设计，减少平面交叉；竖向管线宜集中布置，满足维修更换的要求。宜采用管线分离的方式。101.

现代装配式混凝土建筑的发展Ø2.

建筑设计的主要特点1）策划、方案阶段的配合工作2）标准化、模数化的设计原则3.

结构设计的要点解析4.

外挂墙板设计的基本要求5.

今后发展趋势

建筑工业化≠结构的装配化重视模数以及部品与建筑空间的模数协调

◆完善产业链

使整个产业链上的资源得到优化，并发挥

最大化的效率和效益，是产业现代化过程中

的核心任务。

◆优化产业链资源规划设计房屋开发部品生产构件制作施工装配室内装修管理维护“模数协调”意味着基于300mm基本模数的尺寸之

间的相互依赖关系。“标准化”意味着大量地重复使用这些模数，同时

在外形上并不限制建筑师的自由。

装配式结构建筑设计

应符合模数和模数协调的基本原则

满足标准化设计要求

工业化建筑是以标准化为基础的

标准化又以模数协调为中心

模数协调是建筑工业化过程中的必备规则模数协调”和“标准化”

的含义有明显的区别：毛坯房的卫生间14装配式建筑经精细化

设计的卫生间装配式结构的建筑设计，应在满足建筑功能的前提下，实现基本单元的模数化、标准化定型，以提高定型的标准化建筑构配件的重复使用率，这将非常有利于降低造价。装配式建筑设计应遵循少规格、多组合的原则模数协调基本概念Ø模数协调是指一组有规律的数列相互之间配合和协调的方法。Ø在生产和施工活动中应用模数协调的原理和原则方法，规范住宅建设生产各环节的行为，制定符合相互协调配合的技术要求和技术规程。装配式结构建筑设计应符合模数和模数协调的基本原则满足标准化设计要求模数的的发展：早期：欧洲以最大面积的玻璃块为基数作为基本模数日本以榻榻米的面积基数作为基本模数美国以英制的4英寸作为基本模数现代：国际标准统一为

1M=100mm向上为扩大模数2M

、3M数列，向下为分模数（M/2、M/5、M/10）数列，级差均匀，数字间协调性能比较好。我国模数协调工作的发展历史50年代开始模数协调工作的研究。

第一批建筑模数协调标准包括有：《建筑统一模数制》（标准104-55）《厂房结构统一化基本规则》（标准105-56）。

它们在在建国初期的基本建设中发挥了重要作用

。

现行主要模数协调国家标准◆◆◆◆◆◆GB

50002GBJ

101GB/T

5824GB/T

11228GB/T

11977GBJ6

建筑模数协调标准

建筑楼梯模数协调标准建筑门窗洞口尺寸系列

住宅厨房及相关设备基本参数

住宅卫生间功能和尺寸系列厂房建筑模数协调标准◆《工业化住宅尺寸协调标准》（在编）◆《装配式整体卫生间应用技术规程》（在编）上世纪80、90年代几经修改

建筑模数协调统一标准住宅建筑模数协调标准厂房建筑模数协调标准建筑楼梯模数协调标准建筑门窗洞口尺寸系列住宅厨房及相关设备基本参数住宅卫生间功能和尺寸系列建筑构配件、零部件标准建筑构件在工厂无法实标准化、系列化的生产住宅建筑中的剪刀楼梯，在室内净宽2500mm的情况下，尽量通过精细化设计，将防火隔墙搁置在楼板上，或是基础上，使两跑梯段板统一，实现标准化。楼板的边模需要标准化

21导致的后果：◆模板的使用周转次数大大减少，不得不报废，按废铁价格处理；而模板的价格6000～16000元/吨不等，大大提高了建造成本◆模板的平整度不够：免去现场抹灰后增加了一倍的腻子用量

22◆并尽量采用标准化接口，增加部品的通用性和可置换性。这是建23厨房台面板材规格：2440（长度）x760（宽度）45+600+45+32+19=741导致的后果：◆本来应该在工厂生产线上大规模工业化生产的部品，不得不逐一丈量，而成为手工业生产的产品◆产生大量非标产品，和边角废料，浪费了原材料，造成大量的资源浪费筑工业化进程中的重要环节2018-12-13中国建筑标准设计研究院241.

现代装配式混凝土建筑的发展2.

建筑设计的主要特点3.

结构设计的要点解析1）欧美日主要结构体系分析2）我国的国情与结构设计基本要求3）短暂设计状况的设计4）结构的概念设计5）预制构件的连接设计4.

外挂墙板设计的基本要求5.

今后发展趋势欧美、日本的国情与主要结构体系的关系

欧美主要的结构体系◆

框架结构：节点铰接

节点刚接◆

剪力墙结构◆

框架剪力墙◆

盒子日本主要的结构体系◆

框架结构：节点刚接◆

剪力墙结构◆

框架剪力墙2018-12-13中国建筑标准设计研究院26日本装配式结构的主要特点

日本的国情◆地震频发地区◆高烈度地震区，设防烈度

8.5级◆主要应用于：

高层、超高层集合住宅

仓储、超市等多层框架

结构的主要技术要求◆预制构件之间的连接以刚接

为主的框架◆节点以湿式连接为主◆强调预制和现浇相结合◆60米以上建筑为超高层，

必须结合隔震减震技术◆预制构件受力钢筋的连接主

要采用灌浆套筒◆

造价高于现浇结构2018-12-13中国建筑标准设计研究院2728重点使用领域和特点：◆对混凝土质量有较高的要求时，

需要使用高强、高性能混凝土

如C80～C150的混凝土◆需要使用无污染的混凝土时◆建筑设计使用年限100年以上时

现浇混凝土难以实现的，而预制构件由于在工厂生产，经过蒸汽养护，易于实现高品质。

节点区现浇2018-12-13

节点区预制叠合楼板

日本典型的湿式

连接的梁柱节点

29欧美装配式结构的主要特点

欧洲的国情◆仅部分地区是地震◆主要应用于：

6层及6层以下的低层、多

层公共建筑，如：停车场

、超市、仓储用房等。◆强大的运输能力，可达150

～350公里，用火车和海运

时，最大的经济距离可达

2000公里。

结构的主要技术要求◆预制构件之间的连接以铰接为

主的框架结构◆节点以干式连接为主◆强调结构的整体性和稳定性◆尽量采用大跨度构件◆预制构件与预应力技术相结合◆预制构件受力钢筋仅在柱底与

基础相部位进行连接◆连接方式主要采用波纹管进行

间接锚固，也称之为间接搭接

3031欧洲的主要体系装配式混凝土结构-节点铰接的框架结构美国混凝土规范

AC318典型的剪力墙和铰接节点框架321.

现代装配式混凝土建筑的发展2.

建筑设计的特点3.

结构设计的要点解析1）欧美日主要结构体系分析2）我国的国情与结构设计基本要求3）短暂设计状况的设计4）结构的概念设计5）预制构件的连接设

计4.

外挂墙板设计的基本要求5.

今后发展趋势我国的国情●由于土地的紧缺，城市建设以高层建筑为主

●按照国家抗震和高层建筑规范的要求，高层建筑以剪力墙和框架-剪力墙结构为主，框架结构的使用高度和层间位移角控制较严。

●根据我国的文化习俗，和室内空间较小的现实，民众不希望室内有露梁、露柱

●民众对日照要求较高，板式建筑较受欢迎，塔楼受到冷落

目前的选择：●高层建筑以节点刚接的剪力墙为主●高层框架结构梁柱节点以刚性连接为主。

结构设计基本原则◆

以一维构件为主，以形成刚性节点的湿式连接为主要

技术基础◆预制和现浇相结合的原则：●●预制构件与部分部位的现浇混凝土相结合预制构件与节点区后浇混凝土相结合◆◆◆◆预制构件和后浇混凝土的结合面（接缝）采用粗糙

面或抗剪键槽节点设计实现强接缝，弱构件的原则预制构件中的受力钢筋的连接以钢筋套筒灌浆连接为

主要连接技术，结合浆锚搭接、机械连接、焊接、绑

扎搭接、

期望的效果：

使装配式混凝土结构具有与现浇混凝土结构基本等同的整体性能、稳定性能、抗震性能和耐久性能二维构件

一维构件三维构件装配式整体式

基本原则之二

预制和现浇相结合的原则1、采用预制构件与部分部位的现浇混凝土相结合的方式●高层装配整体式结构中：1

宜设置地下室，地下室宜采用现浇混凝土；2

剪力墙结构底部加强部位的剪力墙宜采用现浇混凝土；3

框架结构首层柱宜采用现浇混凝土，顶层宜采用现浇楼盖结构。●带转换层的装配式整体式结构中：

1当采用部分框支剪力墙结构时，底部框支层不宜超过2层，且框支层及相邻上一层应采用现浇结构；

2

部分框支剪力墙以外的结构中，转换梁、转换柱宜现浇●抗震设防烈度为8度时，高层装配整体式剪力墙结构中

的电梯井筒宜采用现浇混凝土结构。●结构转换层、平面复杂或开洞较大的楼层、作为上部结构嵌固部

位的地下室楼层宜采用现浇楼盖。1.

现代装配式混凝土建筑的发展2.

建筑设计的特点3.

结构设计的要点解析1）欧美日主要结构体系分析2）我国的国情与结构设计基本要求3）短暂设计状况的设计4）结构的概念设计5）预制构件的连接设计4.

外挂墙板设计的基本要求5.

今后发展趋势除充分考虑持久设计状况和地震设计状况外，尚应充分考虑制作、运输、安装等短暂设计状况对设计的影响，其中包括：●脱模阶段●从构件厂到储存场地的运输阶段●储存阶段（支撑和荷载）●从储存场地到施工工地的运输阶段●吊装阶段●安装阶段

不同设计工况的验算

预制构件从制作、施工到使用过程中可能产生的各种工况的验算Ø不同的荷载Ø不同的计算简图Ø不同的混凝土实体

强度Ø不同的计算控制要

求2018-12-13中国建筑标准设计研究院411.

现代装配式混凝土建筑的发展2.

建筑设计的特点3.

结构设计的要点解析1）欧美日主要结构体系分析2）我国的国情与结构设计基本要求3）短暂设计状况的设计4）结构的概念设计5）预制构件的连接设计4.

外挂墙板设计的基本要求5.

今后发展趋势装配式结构设计的三个组成部分装配式结构不是预制构件的拼凑概念设计+计算设计+节点连接构造设计◆注重高层建筑的概念设计◆概念设计是试验室试验结果和震害调查结果的总结结构设计的目的，使结构足以抵抗：◆连续性坍塌，◆结构的失败，开裂和不可接受的变形。概念设计的之一防连续倒塌问题Ø1968年5月16日Ø星期四Ø清晨5:45Ø英国罗柰•波音

特大楼第90号公寓发生连续性倒塌人类面临的另一大灾害——偶然事故引发的爆炸2018-12-13中国建筑标准设计研究院45英国规范中连接钢筋的设置要求连接钢筋包括以下类型：1.

楼板内部水平连接钢筋；2.

楼板周边水平连接钢筋；3.

楼板与墙板水平连接钢筋；4.

内部梁水平连接钢筋；5.

周边梁水平连接钢筋；6.

角柱水平连接钢筋；7.

边柱水平连接钢筋；8.

柱垂直连接钢筋；9.

墙板垂直连接钢筋。46概念设计的之二——结构的分析计算模型的建立，应与其相应的构造相吻合◆

3.0.3

4

应根据连接节点和接缝的构造方式和性能，确定结构的整体计算模型。与现浇等同的概念不可滥用。◆

JGJ

1-2014

中的高层装配整体式框架结构和剪力墙结构采用了与现浇等同的概念和技术，其结构的整体计算模型也与现浇混凝土结构相同。◆

JGJ

1-91

中的装配式大板结构采用的连接节点和接缝的构造方式和性能不能与现浇等同，其结构的整体计算模型也与现浇混凝土结构不完全相同。JGJ

1-91

中的少筋混凝土大板结构及其主要构造47墙板的典型构造连接构造使结构不可能与现浇等同48实心墙板的计算截面空心墙板的计算截面安装在楼板上的墙体，配置钢筋时应考虑墙体可能产生的偏心。1.

现代装配式混凝土建筑的发展2.

建筑设计的特点3.

结构设计的要点解析1）欧美日主要结构体系分析2）我国的国情与结构设计基本要求3）短暂设计状况的设计4）结构的概念设计5）预制构件的连接设计4.

外挂墙板设计的基本要求5.

今后发展趋势预制和现浇相结合的原则采用预制构件与节点区的后浇混凝土相结合的方式湿式连接节点QMQM。现浇混凝土结构和装配式混凝土的区别

在于预制构件在现场的连接和安装3

结构设计的要点解析1）欧美日主要结构体系分析2）我国的国情与结构设计基本要求3）短暂设计状况的设计4）结构的概念设计5）结构的计算设计6）预制构件的连接设计①

连接接缝构造及相关验算②节点连接构造③预制构件之间混凝土和受力钢筋的连接4.

外墙板设计的基本要求5.

今后发展趋势≤30°3t≤w≤10t3t≤w≤10t≤30°52

1211t≥30

1-1≥50

1222t≥30

2-2键槽贯通面键槽不贯通截面键槽构造53露骨料粗糙面粗糙面的设置要求预制构件与后浇混凝土、灌浆料、座浆材料的结合面应设置粗糙面、键槽。1预制板顶面：粗糙面，凹凸深度>4mm2预制梁顶面：粗糙面，凹凸深度>6m端面：键槽（计算确定），宜同时设粗糙面，凹凸深度>6mm3预制柱底：键槽（考虑灌浆排气），宜同时设粗糙面凹凸深度>6mm柱顶：粗糙面，凹凸深度>6mm4预制墙顶底面：粗糙面，凹凸深度>6mm

侧面：粗糙面，凹凸深度>6mm。也可设键槽粗糙面的面积不宜小于结合面的80%55Ø第7章

框架结构设计

7.2

承载力设计穿过结合面的钢筋销栓抗剪作用键槽抗剪作用后浇层混凝土抗剪作用键槽构造按6.5.5条Ø第7章

框架结构设计7.2

承载力设计

静摩擦力

穿过结合面的钢

筋销栓抗剪作用

56柱底有合适的键槽或粗糙面，灌浆密实Ø第8章

剪力墙结构设计摩擦剪原理，按照一级抗震剪力墙施工缝验算公式符合要求的粗糙面接缝的剪力设计值按剪力墙构件底部剪力设计值；按6.5.1

条符合接缝受剪承载力是否满足要求计算单元取整个墙肢，包含预制及现浇连接段考虑了座浆料和灌浆料性能要求的不同3.

结构设计的要点解析1）欧美日主要结构体系分析2）我国的国情与结构设计基本要求3）短暂设计状况的设计4）结构的概念设计5）结构的计算设计6）预制构件的连接设计①

连接接缝构造及相关验算②节点连接构造③预制构件之间混凝土和受力钢筋的连接4.

外挂墙板设计的基本要求5.

今后发展趋势预制和现浇相结合的原则之二采用预制构件与节点区的后浇混凝土相结合的方式●装配整体式框架结构柱：预制或现浇均可梁：叠合梁梁柱节点部位后浇混凝土：梁柱连接部位主次梁连接部位叠合梁的对接部位与现浇等同的方法≥h

,250

fhfhf≥h

,250

f1234451234451234412344

采用后浇混凝土的区域——与现浇等同的方法●装配式整体式剪力墙结构

相邻预制剪力墙连接的边缘构件部位

预制剪力墙顶部设置封闭的后浇钢筋混凝土圈梁

各层楼面位置设置连续的水平后浇带3.

结构设计的要点解析1）欧美日主要结构体系分析2）我国的国情与结构设计基本要求3）短暂设计状况的设计4）结构的概念设计5）结构的计算设计6）预制构件的连接设计①

连接接缝构造及相关验算②节点连接构造③预制构件之间混凝土和受力钢筋的连接4.

外挂墙板设计的基本要求5.

今后发展趋势受力钢筋之间力的传递装配整体式结构中，节点及接缝处的纵向钢筋连接宜根据接头受力、施工工艺等要求选用：套筒灌浆连接浆锚搭接连接机械连接焊接连接绑扎搭接连接等连接方式钢筋连接技术之一

——

钢筋套筒灌浆连接◆美国结构工程师，Yee博士◆在1970年研发了现在为大家熟知的NMB连结套筒，并获得专利。◆第一个使用的工程是在檀香山（火奴鲁鲁）的一个38层的Ala

Moana旅馆建筑中，用于连结框架结构中的预制混凝土柱。全灌浆套筒接头半灌浆套筒接头为什麽主要推荐套筒灌浆技术◆在国外有大量的试验研究的成果，有成熟的基础理论研究和工作机理分析的基础◆有四十多年大量的、在高烈度地震区的高层建筑中的、成功的运用的工程案例和经验◆在我国电力和冶金部门也有过二十余年的成功应用◆在日本和台湾经历了多次实际大地震的考验◆国外文献有允许100%的接头在同一截面的结论◆接头的破坏模式只允许发生在被连接钢筋中受力钢筋的连接技术是我们的生命67钢筋灌浆套筒连接接头成套的应用技术抗震等级最大间距（mm）最小直径（mm）一、二级1008三、四级150868竖向钢筋采用套筒灌浆连接构造表8.2.4

加密区水平分布钢筋的要求加强钢筋连接区域，应对塑性铰区上移。691.

现代装配式混凝土建筑的发2.

建筑设计的特3.

结构设计的要点解析Ø

4.

外挂墙板设计的基本要求

1）预制外挂墙板的应用及分类2）非承重预制外挂墙板节点的物理性能要求3）非承重预制外挂墙板节点的力学性能要求4）夹心保温外墙板的性能要求5.

今后发展趋势2018-12-13中国建筑标准设计研究院71采用预制外墙板的的优越性

◆施工中节省了外脚手架72便于做成各种复杂的外形◆饰面层可以安全使用石材或面砖石材饰面PC板瓷砖饰面PC板2018-12-13中国建筑标准设计研究院74◆各种饰面层丰富了立面2018-12-1375◆门窗洞口的施工精度

提高，便于门窗部品

的工厂化工业化5O年代初，在工业发达国家开始发展起来的建筑工业化，它的背景是大量的住房需求。6O年代，住宅生产的工业化逐渐从幼稚走向成熟，形成了社会经济的新兴行业，为解决当时住宅不足的问题做出了巨大贡献。至7O年代，工业发达国家的住宅建设由量向质转换，部品生产的规模趋向大型化和集成化。至80年代，随着社会整体富裕程度的提高，住宅以及部品的需求变得多样化，部品也趋向于系统化。90年代以后工业发达国家的住宅部品生产，在质量要求提高的前提下，更加注重节能环保、适应社会的高龄化需求。随着数字技术的发展，现代的住宅部品正在向多功能和智能化发展。墙型预制外墙板的分类2018-12-13中国建筑标准设计研究院78点支承的墙型外墙板2018-12-13中国建筑标准设计研究院79线支承的墙型外墙板1.

现代装配式混凝土建筑的发2.

建筑设计的特3.

结构设计的要点解析Ø

4.

外挂墙板设计的基本要求

1）预制外挂墙板的应用及分类2）非承重预制外挂墙板节点的物理性能要求（7）3）非承重预制外挂墙板节点的力学性能要求4）夹心保温外墙板的性能要求5.

今后发展趋势81外墙板处在严酷的自然条件

下，要同时关注其建筑物理

性能及力学性能地震作用影响物理性能的因素

日晒雨淋

热胀冷缩

湿胀干缩

冻融循环

冻胀热缩

风吹雨打

温度梯度

水蒸气的迁移影响力学性能的因素

自重

模板吸附力

正负风压

偏心力

运输吊装1.

现代装配式混凝土建筑的发2.

建筑设计的特3.

结构设计的要点解析Ø

4.

外挂墙板设计的基本要求

1）预制外挂墙板的应用及分类2）非承重预制外挂墙板节点的物理性能要求3）非承重预制外挂墙板节点的力学性能要求（8）4）夹心保温外墙板的性能要求5.

今后发展趋势我国抗震规范对非结构构件的基本要求GB

500113.7.1

非结构构件,包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接，应进行抗震设计（强制性条文）JGJ

110.1.1

外挂墙板应采用合理的连接节点并与主体结构可靠连接。有抗震设防要求时，外挂墙板及其与主体结构的连