裝配式建筑相關(guān)新聞近年來不斷進入大家視野，武漢火神山、雷神山醫(yī)院更是采用裝配式集裝箱結(jié)構(gòu)快速建造為大家熟知。大家印象中，裝配式建筑就像搭積木一樣把房子拼搭起來。那么，積木有多少種搭法？每塊積木都長什么樣子？積木和積木間如何連接起來？每種搭法有什么優(yōu)缺點？為此，我們總結(jié)了現(xiàn)有裝配式10種主流結(jié)構(gòu)體系，把每種體系的主要預制構(gòu)件、連接方式、優(yōu)缺點做了通俗的說明。
裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)包括裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)及其他裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)。前者是指全部或部分框架梁、柱采用預制構(gòu)件通過可靠的連接方式裝配而成。后者主要指各類干式連接的框架結(jié)構(gòu)，主要與剪力墻、抗震支撐等配合使用。預制樓板（含預制實心板、預制空心板等）、預制梁（含預制實心梁、預制疊合梁等）、預制墻（含預制實心剪力墻、預制空心墻等）、預制柱（含預制實心柱、預制空心柱）、預制樓梯（預制樓梯段、預制休息平臺）、其他復雜異形構(gòu)件（預制飄窗、預制帶飄窗外墻、預制轉(zhuǎn)角外墻等）。
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濕連接：預制梁、柱或T形構(gòu)件在結(jié)合部利用鋼筋連接或錨固的同時，通過現(xiàn)澆混凝土連接成整體框架的連接方式。干連接：主要分為預應(yīng)力連接和混合連接。預應(yīng)力連接通過張拉預應(yīng)力筋施加預應(yīng)力把預制梁和柱連接成整體?；旌线B接在預應(yīng)力連接的基礎(chǔ)上增加普通鋼筋，利用其屈服來耗能，形成了預應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋混合配筋的連接。裝配整體式框架主要包括框架節(jié)點后澆和框架節(jié)點預制兩大類，前者的預制構(gòu)件在梁柱節(jié)點處通過后澆混凝土連接，預制構(gòu)件為一字形；而后者的連接節(jié)點位于框架柱、框架梁中部，由于預制框架節(jié)點制作、運輸、現(xiàn)場安裝難度較大，現(xiàn)階段住宅工程較少采用。裝配式鋼結(jié)構(gòu)是由鋼制材料組成的結(jié)構(gòu)。目前高層裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)體系傳統(tǒng)的有純框架、框架-支撐體系，新型的有集裝箱、鋼管束、鋼異形柱等。裝配式鋼結(jié)構(gòu)主要由型鋼和鋼板等制成的梁鋼、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成，并采用硅烷化、純錳磷化、水洗烘干、鍍鋅等除銹防銹工藝。
預制樓板、外墻板、樓梯等。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑提倡采用非砌筑墻體，采用工廠預制墻板。裝配式鋼結(jié)構(gòu)中樓板所用的類型主要有鋼筋桁架樓承板組合樓板和桁架鋼筋混凝土疊合板等，樓梯可采用預制鋼樓梯或預制混凝土樓梯。鋼框架柱、鋼梁等。“工業(yè)化住宅”體系主要采用鋼框架結(jié)構(gòu)對建筑主體模型進行配置，需結(jié)合“鋼管束組合”模式進行設(shè)計構(gòu)件。焊縫連接：主要采用電弧焊，即在構(gòu)件連接處，借電弧產(chǎn)生的高溫，將置于焊縫部位的焊條或焊絲金屬熔化，而使構(gòu)件連接在一起。螺栓連接：連接件包括螺栓桿、螺母和墊圈，高強度螺栓連接用特殊扳手擰緊高強度螺栓，對其施加規(guī)定的預拉力。鉚接：除輕型鋼結(jié)構(gòu)外，現(xiàn)在基本上已經(jīng)不再采用。鋼結(jié)構(gòu)建筑具有施工周期短、節(jié)能環(huán)保的獨特優(yōu)勢，是理想的綠色建筑用材，因此在住宅建筑上具有很大的優(yōu)越性。但現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)住宅占比卻很低，一是規(guī)模經(jīng)濟尚未達到等種種原因造成鋼結(jié)構(gòu)住宅的造價要高于混凝土建筑結(jié)構(gòu)；二是對于處在鋼結(jié)構(gòu)制造行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中間的鋼結(jié)構(gòu)制造行業(yè)處于分包的弱勢地位，導致鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)至今沒有形成太大的規(guī)模。裝配式木結(jié)構(gòu)建筑是指主要的木結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件、木組件和部品在工廠預制生產(chǎn)，并通過現(xiàn)場安裝而成的木結(jié)構(gòu)建筑。裝配式木結(jié)構(gòu)建筑在建筑全壽命周期中應(yīng)符合可持續(xù)性原則，且應(yīng)滿足裝配式建筑標準化設(shè)計、工廠化制作、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理和智能化應(yīng)用的“六化”要求。預制梁柱式構(gòu)件與木桁架：裝配式木結(jié)構(gòu)建筑中最靈活的組件，需要在現(xiàn)場進行二次加工。木桁架是指由木構(gòu)件組成的桁架，是木屋蓋、木塔架的主要承重結(jié)構(gòu)。預制板式組件（墻體，樓蓋、屋蓋）：板式預制是通過結(jié)構(gòu)分解，將整棟建筑的墻體、樓面和屋面分解成不同功能的平面板塊，也就是分解成預制板式組件，并在工廠預制完成后運輸?shù)浆F(xiàn)場吊裝組合而成。預制空間模塊式組件：空間模塊式組件一般都是三維單元，其中包括墻、樓蓋和屋蓋，是預制程度最/高的組件，包括防水保溫、外飾內(nèi)裝和水電穿管。板銷連接：用板片狀硬木銷阻止被拼合構(gòu)件的相對移動，板銷主要在順紋受彎條件下傳力，具有較高的承載能力，故應(yīng)注意使其木紋垂直于拼合縫。裂環(huán)連接：應(yīng)用最早，連接點對木材受力面積削弱較小，具有較高的承載能力，但連接主要靠木材受剪傳力，韌性較差。剪盤連接：用成對的鋼盤（剪盤和齒盤）分別嵌入連接縫兩側(cè)構(gòu)件的環(huán)槽中，通過系緊螺栓受剪傳力，木構(gòu)件主要受剪和承壓。
由于國內(nèi)木材缺乏且生長周期長，從設(shè)計深化、工業(yè)拆分到施工建設(shè)技術(shù)要求都相對較高，木結(jié)構(gòu)單位造價遠高于混凝土。而且沒有大梁承重，木結(jié)構(gòu)適合做一些低層建筑，因而國內(nèi)木結(jié)構(gòu)的住宅較少。裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)是將豎向結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件剪刀墻、梁、板等由預制混凝土構(gòu)件組成的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)。裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系，是高層住宅建筑的首/選結(jié)構(gòu)體系。剪力墻：剪力墻命名來自于受力角度，可分為鋼筋混凝土剪力墻、鋼板剪力墻、內(nèi)藏鋼板支撐剪力墻。剪力墻一般為承重墻（承重墻是支撐上部樓層的墻體）。疊合板：樓板指的是一座建筑物的承重結(jié)構(gòu)，可根據(jù)使用材料的不同分為：木樓板、磚拱樓板、鋼筋混凝土樓板、鋼襯板樓板。疊合梁：長度較短的梁采用現(xiàn)澆，其余梁采用預制。門窗上方的連梁與剪力墻一起預制。預制梁與后澆混凝土疊合層之間的結(jié)合面應(yīng)設(shè)置粗糙面，且梁的端面設(shè)置鍵槽以增加抗震強度。干式連接：在施工現(xiàn)場無需澆筑混凝土，全部預制構(gòu)件、預埋件、連接件都在工廠預制，通過螺栓或焊接等方式實現(xiàn)連接。濕式連接：將兩個承重構(gòu)件之間鋼筋互相連接后通過澆筑節(jié)點實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體連接，以達到節(jié)點等同現(xiàn)澆。混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是目前高層住宅的主要結(jié)構(gòu)形式，盡管裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的鋼筋模板安裝工作量大，預制構(gòu)件的成本相對較高，但由于其在高層住宅的應(yīng)用和飽滿的建設(shè)需求量，近幾年來，成為集房地產(chǎn)、工程設(shè)計、預制構(gòu)件生產(chǎn)和施工體化綜合企業(yè)的研究與開發(fā)焦點。整個建筑是由密柱支撐框架結(jié)構(gòu)體系與集裝箱式模塊相結(jié)合，若干個類似于集裝箱的模塊組合而成。首先在工廠預制集成，然后打包為集裝箱形式，采用標準車輛運送至施工現(xiàn)場，在現(xiàn)場以裝配化形式施工。基礎(chǔ)體系：主要采用簡易樁基礎(chǔ)和基礎(chǔ)梁的基礎(chǔ)型式。樁基礎(chǔ)采用預制樁或鋼樁，基礎(chǔ)梁采用預制混凝土梁。以此來減少現(xiàn)場濕作業(yè)，提高裝配化程度，加快施工進度。結(jié)構(gòu)體系：采用方鋼、H型鋼、薄壁輕鋼龍骨等輕型鋼框架結(jié)構(gòu)，板材之間、板梁之間連接采用全高強螺栓節(jié)點連接。圍護體系：擬采用高分子發(fā)泡水泥板材、硅鎂輕質(zhì)條板、GRC輕質(zhì)條板等圍護墻板材料，外加保溫裝飾一體化板的三明治結(jié)構(gòu)形式。內(nèi)墻采用壁紙、涂料和裝飾板等內(nèi)裝材料。設(shè)備體系包括能源體系、排水系統(tǒng)、廚衛(wèi)系統(tǒng)、新風系統(tǒng)、地暖系統(tǒng)（電暖、水暖）、太陽能系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)等。由于農(nóng)村地價相對便宜，且交通不便，因而輕便、安裝便捷的全裝配式低層住宅體系在農(nóng)村和郊區(qū)比較流行。預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受外力荷載作用前，先人為地對它施加壓力，由此產(chǎn)生的預應(yīng)力狀態(tài)用以減小或抵消外荷載所引起的拉應(yīng)力，即借助于混凝土較高的抗壓強度來彌補其抗拉強度的不足，達到推遲受拉區(qū)混凝土開裂的目的。先張法：在構(gòu)件的混凝土澆筑之前將預應(yīng)力筋張拉到設(shè)計控制應(yīng)力，待混凝土強度達到一定程度后，將預應(yīng)力筋釋放，使得預應(yīng)力施加到混凝土構(gòu)架上。后張法：在構(gòu)件的混凝土澆筑之前，在預應(yīng)力筋相應(yīng)的位置上預先埋設(shè)孔道或埋設(shè)無粘結(jié)預應(yīng)力筋，待混凝土強度達到一定程度后，將預應(yīng)力筋張拉到設(shè)計張拉應(yīng)力，并利用專用錨具將預應(yīng)力筋固定在混凝土構(gòu)件端部，有粘結(jié)預應(yīng)力筋需要在預留孔道中灌入灌漿材料使預應(yīng)力筋與混凝土粘結(jié)成整體。體外預應(yīng)力技術(shù)：預應(yīng)力筋位于構(gòu)件的外部，或者說結(jié)構(gòu)構(gòu)件是由預應(yīng)力筋與由其它材料形成的構(gòu)件共同組成。預應(yīng)力混凝土的制作工藝較復雜，對產(chǎn)品本身質(zhì)量、制作人員及機器的要求較高，且價格比較昂貴，我國現(xiàn)階段住宅項目使用較少。模塊化建筑即將傳統(tǒng)房屋以單個房間或一定的三維建筑空間為建筑模塊單元進行劃分，并在工廠對模塊單元樓板、天花板、墻體進行提前預制安裝，完成后將這些建筑模塊單元輸至現(xiàn)場，使用起重裝備像“搭建積木”一樣將其堆疊、連接在一起，組成一個完整的建筑。
模塊內(nèi)連接：模塊化組件的單榀桁架與傳統(tǒng)桁架做法一致，各構(gòu)件通過齒板連接或接長。與外墻連接：屋架組件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后，經(jīng)吊裝到位后通過金屬連接件將桁架固定在建筑墻體的雙層頂梁板或墻骨柱上。優(yōu)點：施工速度快，同搭板建筑相比可縮短施工周期。節(jié)約人力物力裝配化程度高，修建的大部分工作，包括水、暖、電、衛(wèi)等設(shè)施安裝和房屋裝修都移到工廠完成，施工現(xiàn)場只余下構(gòu)件吊裝、節(jié)點處理，接通管線就能使用。對環(huán)境污染極少，施工過程綠色環(huán)保。方便后期擴建。缺點：模塊化構(gòu)件的預制工廠投資大。運輸、安裝需要大型設(shè)備。造價較高。單模塊面積受限，建筑適用范圍低。亦稱為巨型框架結(jié)構(gòu)。主次框架結(jié)構(gòu)是由大型構(gòu)件巨型梁、巨型柱等組成的主結(jié)構(gòu)與由常規(guī)梁、柱構(gòu)件組成的次結(jié)構(gòu)共同工作的結(jié)構(gòu)體系。主框架為巨型框架，結(jié)構(gòu)截面幾何尺度、面積、慣性矩等很大；次框架為普通框架，構(gòu)件截面幾何尺度、面積、慣性矩等相對很小，兩者不是同一數(shù)量級。巨柱通常由樓、電梯井或大截面實體柱組成，巨梁一般每隔幾個或者十幾個樓層設(shè)置一道，梁高一般占一個或者幾個樓層高。主框架梁柱材料為混凝土，而次框架采用鋼結(jié)構(gòu)時，主次框架的連接方式主要有剛接、半剛性連接和鉸接。剛接是指構(gòu)件之間是一個整體，在破壞以后，梁柱之間的夾角為零，所受的內(nèi)力全部由柱子傳給巨型梁。鉸接是指在結(jié)構(gòu)受力以后，梁柱之間可以自由的轉(zhuǎn)動，不受其他約束，各節(jié)點相互獨立，梁不能將上部彎矩傳遞到柱上。半剛性連接是介于鋼接和鉸接之間的一種新型連接方式。主次框架結(jié)構(gòu)可以加大建筑物的空間和高度，更適用于展廳等大空間建筑，在國內(nèi)很少應(yīng)用于住宅。是指以預制鋼筋混凝土柱或鋼柱、鋼桁架、預制樓板等預制構(gòu)件組成的大跨度空間結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)采用裝配式交錯桁架結(jié)構(gòu)，配置外墻、內(nèi)隔墻和樓蓋系統(tǒng)的建筑。建筑物橫向的每個軸線上，平面桁架隔層設(shè)置，而在相鄰軸線上交錯布置。在相鄰桁架間，樓層板一端支撐在下一層平面桁架的上弦上，另一端支撐在上一層桁架的下弦上，實現(xiàn)施工少支撐甚至免支撐。桁架與柱連接方式：先將鋼桁架置于牛腿上，鋪設(shè)預制樓板，擰緊節(jié)點板與柱子的螺栓，此階段牛腿承擔全部豎向剪力；然后現(xiàn)澆混凝土，新增荷載產(chǎn)生的豎向剪力由牛腿和節(jié)點板共同承擔，水平拉力由節(jié)點板螺栓傳遞。
交錯桁架結(jié)構(gòu)以木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)為主，我國目前用于較多用于公共建筑，住宅項目較少。雙面疊合剪力墻結(jié)構(gòu)是新型裝配式結(jié)構(gòu)體系，由雙面疊合剪力墻、預制疊合梁、預制疊合樓板、預制外掛凸窗、預制帶凸窗非承重墻、預制樓梯、預制陽臺、輕質(zhì)條板等預制構(gòu)件，以及現(xiàn)澆剪力墻、現(xiàn)澆混凝土節(jié)點、現(xiàn)澆樓板等現(xiàn)澆部分共同組成。雙面疊合剪力墻是由工廠化生產(chǎn)的兩片預制混凝土墻板通過桁架鋼筋連接成內(nèi)部帶空腔的預制剪力墻板，在形成的空腔中現(xiàn)場澆筑混凝土形成整體受力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。普通預制剪力墻是在工廠預制好墻體，現(xiàn)場通過向預留的注漿孔灌注混凝土，相當于用“粘合劑”將已經(jīng)建好的墻體和工廠預制的墻體固定在一起。而疊合板式剪力墻的豎向則是通過在空腔內(nèi)插筋，然后向空腔內(nèi)澆筑混凝土，將上下墻體連接成整體，結(jié)合面更大。疊合墻由于其空腔的尺寸比插筋所需要的空間尺寸大很多，因此在安裝過程中，疊合墻更便于施工。由于普通預制墻體的套筒直徑較小，調(diào)整空間相對有限。疊合剪力墻不需要套筒或漿錨連接，疊合剪力墻上下、左右連接均為利用現(xiàn)澆層和現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件等，采用插筋連接，施工便捷，無鋼筋與套筒精準定位的困難，施工質(zhì)量便于保證；同時也規(guī)避了專用套筒和灌漿料的高額成本。雙面疊合墻有不同的厚度規(guī)格，由于有空腔的存在，同樣寬度和高度的墻體重量要比普通墻輕一半左右。由于普通預制剪力墻豎向鋼筋連接的施工速度較慢，因而疊合墻能發(fā)揮獨特作用，但目前國內(nèi)可借鑒的工程經(jīng)驗不多。-END-
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