預制預應力混凝土結構是建筑工業(yè)化發(fā)展的必然產(chǎn)物，在20世紀50年代初，預制預應力混凝土在發(fā)達國家的建筑結構體系中就已開始發(fā)展。在工業(yè)時代早期，這種結構在低抗震設防區(qū)應用較多，現(xiàn)在已廣泛應用于住宅與寫字樓建筑結構、停車場、體育場與劇院、橋梁及其它特種結構等。

  預制裝配建筑技術是目前國際建筑工業(yè)化的潮流之一，能推動建筑產(chǎn)業(yè)化、降低建筑全壽命用能的消耗、提高建筑產(chǎn)品質(zhì)量，也是國際公認的可持續(xù)發(fā)展技術，在發(fā)達國家及許多地區(qū)都獲得了廣泛推廣與應用。

  預制預應力混凝土結構（Precast and PrestressedConcrete Structures）是采用預制混凝土及預制預應力混凝土為主要構件，依據(jù)結構體系要求，進行構件與配件工廠化預制加工制作，運輸至現(xiàn)場經(jīng)過裝配、連接及現(xiàn)場部分灌注膠接材料或澆筑混凝土而成的混凝土結構。

  預制預應力混凝土建筑結構體系中的部分結構與構件可適當采用現(xiàn)澆混凝土，以滿足工程設計和施工的需要。預制預應力混凝土建筑結構的主要特點是綠色施工、節(jié)能環(huán)保，與完全現(xiàn)澆混凝土結構相比，其優(yōu)越性體現(xiàn)在：

  預制裝配工藝的運用，使勞動力資源投入相對減少；建筑產(chǎn)業(yè)化比例提高，施工效率提高；預制構件的裝配化，縮短工程施工周期；

  施工機械化程度明顯提高，操作人員勞動強度得到有效緩解；現(xiàn)場裝配、連接，可避免或減輕施工對周邊環(huán)境的影響；

  預制構件工業(yè)化程度高；建筑外形美觀、質(zhì)量一流；成型模具和生產(chǎn)設備一次性投入后可重復使用，耗材少，節(jié)約資源和費用；

  采用預應力先張法或后張法技術，提高預制構件結構性能，提高節(jié)點抗震性能，保證結構安全可靠；

  建筑結構安全可靠；建筑物防水、抗?jié)B與耐久性等效果有可靠保證；

  建筑保溫節(jié)能性能卓越，建筑用能降低。

  新型現(xiàn)代預制預應力混凝土結構體系研究

  目前新型現(xiàn)代預制預應力混凝土建筑結構體系設計與施工研究主要包括：預制預應力混凝土建筑結構體系設計與優(yōu)化；預制預應力混凝土單體構件（梁、墻、板、柱、樓梯與陽臺等）設計與優(yōu)化；預制預應力建筑結構體系抗震設計；預制預應力混凝土結構節(jié)點構造與連接方式設計與試驗研究；預制預應力混凝土材料（HPC與UHPSC材料、清水與彩色建筑混凝土、灌漿料、自密實混凝土等）開發(fā)與應用；預制先張法預應力和預制后張法預應力綜合技術開發(fā)；大型與重型構件吊裝、運輸與存放綜合技術開發(fā)；預制構件專用臨時支撐系統(tǒng)與綜合施工技術開發(fā)；其它專業(yè)配套技術（節(jié)能保溫承重與非承重墻板開發(fā)、預制構件編碼系統(tǒng)開發(fā)等）；經(jīng)濟指標與節(jié)能、降耗與減排分析、預制預應力混凝土建筑結構體系技術標準的制定等。

  預制預應力混凝土建筑結構體系設計與優(yōu)化。預制預應力混凝土結構的發(fā)展，首要解決的問題就是結構體系的設計與優(yōu)化問題。在高抗震設防區(qū)，選擇合適的預制結構體系首先應考慮其抗震性能。合理的設計準則、重視節(jié)點連接與構造措施是設計地震區(qū)預制預應力混凝土結構的基本要求。對于預制預應力混凝土結構，要特別注意連接構造措施，連接構造措施不僅是傳遞荷載，而且可使整個結構的變形協(xié)調(diào)、統(tǒng)一。在地震區(qū)，限制結構產(chǎn)生位移和轉角非常重要，因為位移或轉角能夠引起建筑物的結構損壞和非結構性的損傷，甚至導致坍塌。由于結構尺寸不規(guī)則而必須采用防震縫的話，建議防震縫通過某種拉接體系實現(xiàn)不完全約束，并在建筑各部分間加減震材料從而降低由于撞擊作用引起的可能的損壞。

  預制預應力混凝土單體構件設計與優(yōu)化。預制預應力混凝土的單體構件可能包括樓板、梁、柱、墻板、支座以及樓梯等。單體構件的設計既要考慮使用狀態(tài)的荷載，也要考慮施工運輸、吊裝階段的荷載，這與全現(xiàn)澆體系不同。目前，國內(nèi)由于預制體系的推廣仍處在起步階段，有關預制構件的設計仍需進一步完善。有關單體構件的設計與優(yōu)化，主要有以下幾方面工作需要開展：

  （1）適應結構體系的構件。預制預應力混凝土結構在國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化進程方興未艾，有關結構體系仍需開展許多重新設計與優(yōu)化分析的工作，因此，對應適用的結構體系，勢必需要對應的適用的構件。

  （2）使用階段分析與優(yōu)化。預制構件最終將裝配成整體結構，因此必須對其使用階段將承受的荷載作用準確分析，從而相應地進行截面設計與優(yōu)化。

  （3）預應力結構設計優(yōu)化。預應力的施加可能出現(xiàn)在單體構件內(nèi)部，也可作為連接構件的有效手段。當作為單體構件內(nèi)部建立的預應力時，有時是為使用階段而施加預應力，有時則是為施工階段而施加預應力。因此，預應力的施加有著相當?shù)脑O計優(yōu)化空間。

  （4）施工階段分析與優(yōu)化。預制構件不同于全現(xiàn)澆構件，在最終裝配成整體結構前，還存在一個制作、運輸、安裝階段。這個階段，構件仍是單體，就需對單體構件的施工階段進行準確分析，包括吊點位置、吊裝過程中自重以及風荷載的影響等，有時若干構件組合成一個單元同步吊裝，此時應分析該單元在施工階段的各種作用。

  預制預應力建筑結構體系抗震設計。建筑結構抗震性能的優(yōu)劣實質(zhì)上就是結構整體協(xié)同工作性能的體現(xiàn)，一般情況下，預制建筑結構的抗震性能要低于全現(xiàn)澆結構。也正是由于這個原因，預制建筑結構的抗震設計和抗震性能研究尤其重要。這至少包括如下幾個方面：

  （1）結構體系研究。預制結構的抗震性能有別于現(xiàn)澆結構，但是有關現(xiàn)澆結構抗震性能的許多成果和結論對預制結構有著重要參考價值，如不同烈度地區(qū)對結構高度和層數(shù)的限制，不同結構體系的適用范圍等。在此基礎上，應通過對預制建筑結構體系的進一步研究得到相應的研究成果。

  （2）連接節(jié)點設計。預制結構由大量單體構件在施工現(xiàn)場拼裝而成，結構整體工作性能主要取決于連接節(jié)點的工作性能，因此就要求預制結構的節(jié)點設計盡可能使其在地震作用下的工作性能接近于現(xiàn)澆結構。連接節(jié)點的設計與構造是預制結構能否提高抗震性能的關鍵，應有針對性地進行專門試驗與理論研究。

  （3）預應力技術的應用。除了采用預應力單體構件外，預制預應力建筑結構體系還可利用預應力技術提高結構的整體工作性能和抗震性能。預應力的施加提高了結構的恢復力特性，使結構在更大的荷載作用下仍處于線彈性狀態(tài)，實際上提高了小震和中震作用下結構的工作性能，如果再配以適量的非預應力鋼筋，大震作用下的耗能能力也可進一步增強，整體抗震能力將進一步提高。

  預制預應力混凝土結構節(jié)點連接設計與試驗研究。連接構造措施是預制混凝土結構設計重要的因素之一。預制建筑構件(如柱、梁、板和剪力墻體) 之間的連接必須有效地將單個結構構件互相連成統(tǒng)一整體，使得整個建筑結構協(xié)調(diào)一致。這樣，預制結構的力學性能就與現(xiàn)澆結構相同。

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  目前國內(nèi)外在預制節(jié)點連接構造方面研究較多，并已有一些推薦做法，如美國PCI推薦采用注漿鋼套管機械連接方法，并將其應用到板與墻的連接、柱與梁的連接、墻與邊緣構件的連接等。國內(nèi)柱與柱連接的方法則不同，包括榫式連接、漿錨連接、插入式連接等，梁與柱的連接包括明牛腿式連接、齒槽式、暗牛腿式、整澆式、疊壓漿錨式等多種。

  其他專業(yè)配套技術。當前建筑發(fā)展要求節(jié)能降耗，提倡可持續(xù)發(fā)展，因此，新型墻體的研發(fā)應首先保證其節(jié)能保溫效果，在此基礎上可開發(fā)出承重墻體和非承重墻體。由于建筑結構的使用周期較長，耐久性也是一個應引起廣泛關注的重要因素。

  預制預應力混凝土結構在美國的應用

  美國預制預應力混凝土協(xié)會PCI（Precast/Prestressed Concrete Institute) 成立于1954年，是美國預制預應力行業(yè)的權威學會，也是國際上公認的技術水平領先的行業(yè)內(nèi)學術機構。PCI學會的所屬企業(yè)和會員在預制預應力混凝土結構方面的研究開發(fā)工作為世界領先水平，PCI預制混凝土結構體系包括多種結構體系，可適用于各種使用要求和工程條件（見圖1～5）。此外，預制預應力混凝土結構在高地震烈度地區(qū)的高層和超高層建筑結構中也得到應用。

  預制預應力裝配建筑在我國的應用與建議

  建筑混凝土預制構件行業(yè)在我國已有50多年的歷史，曾為我國建筑工業(yè)化作出過不可磨滅的貢獻，然而唐山大地震的發(fā)生、以往我國“裝配和半裝配混凝土”建筑技術的不完善以及體制不健全等原因，使得預制預應力混凝土構件在建筑設計與施工的大舞臺中份額日益減少。

  工業(yè)建筑從上世紀50年代起就學習前蘇聯(lián)走預制裝配化的道路, 柱、吊車梁、屋架或屋面梁、屋面板、天窗架等主要結構構件均采用預制；60年代末70 年代初, 主要生產(chǎn)用于民用建筑的空心板、平板，工業(yè)建筑用的屋面板、槽形板以及工業(yè)、民用建筑均可采用的V 形折板、馬鞍形板等產(chǎn)品；70年代中期投資建起一大批混凝土大板廠和框架輕板廠；到80年代中期, 全國城鄉(xiāng)建立起了數(shù)萬個規(guī)模不同的預制構件廠(其中90%以上是規(guī)模很小的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)) 。從技術上看,預制構件的生產(chǎn)從以手工為主到機械攪拌、機械成型再到工廠的機械化程度很高的流水線生產(chǎn),經(jīng)歷了一個由低到高的發(fā)展過程，但整體上我國預制構件的生產(chǎn)還處在較低水平。由于多種原因,進入90 年代以來,預制構件企業(yè)無利可圖,城市大中型構件廠大多到了無法維持的地步,民用建筑上的小構件已讓位給鄉(xiāng)鎮(zhèn)小構件廠。隨著各地相繼規(guī)定禁止使用預制空心樓板,改用現(xiàn)澆混凝土結構,建筑工程中的預制構件生產(chǎn)企業(yè)日漸衰落。

  目前我國在建設工程中占主導地位的仍是現(xiàn)澆結構，其代價卻是引發(fā)嚴重的城市環(huán)境污染、噪聲污染等，致使城市居民生活質(zhì)量下降，現(xiàn)場濕作業(yè)不可避免的造成建筑材料資源浪費。隨著城市居民生活水準的提高，對環(huán)境污染、噪聲污染的限制越來越嚴，對建設工程的環(huán)境要求也會越來越高，同時城市建設用地（建設現(xiàn)場用地）的緊張，各種建筑資源的缺少，必然增加建設成本，因此裝配結構的優(yōu)點會越來越凸現(xiàn)，尤其在降低能源消耗、節(jié)約成本、降低污染方面，裝配結構必然可以部分或大部分取代現(xiàn)澆結構，成為建筑市場的寵兒，并帶來巨大的經(jīng)濟與社會效益，因此具有廣闊的發(fā)展前景。

  近年來，國內(nèi)推廣住宅產(chǎn)業(yè)化，以提高住宅生產(chǎn)的勞動生產(chǎn)率、質(zhì)量穩(wěn)定性并降低物耗和能耗為目標。如北京萬科中糧假日風景B3和B4號樓是北京市住宅產(chǎn)業(yè)化的第一個試點項目，該項目的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)主要體現(xiàn)在采用預制混凝土結構體系、預制混凝土外墻外保溫系統(tǒng)和全裝配方面，這種建造方式與傳統(tǒng)工藝建造的房屋相比，能夠改善墻體開裂、滲漏等質(zhì)量通病，并提高住宅整體安全等級、防火性和耐久性。B3和B4號樓的建設過程通過工廠化生產(chǎn)和現(xiàn)場裝配施工，大幅減少了建筑垃圾和建筑污水，降低了建筑噪聲和有害氣體及粉塵的排放。由于對鋼模板等材料的重復利用率提高，建筑垃圾減少，材料損耗減少，可回收材料增加，建筑節(jié)能達到50%以上。與采用全現(xiàn)澆混凝土施工工藝相比，這兩棟樓的施工周期縮短了20％左右。

  預制預應力混凝土結構體系在住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過程中有著特殊的重要意義，具有廣闊的發(fā)展前景。結合當前形勢，對預制預應力裝配建筑在我國的發(fā)展提出幾點建議：

  （1）結合國情制定長遠發(fā)展規(guī)劃，依據(jù)市場需求、國內(nèi)外預制工業(yè)化技術發(fā)展大趨勢，制定可行、高效計劃，有步驟地打好基礎。以科學發(fā)展觀、可持續(xù)發(fā)展觀推進預制預應力混凝土結構的產(chǎn)業(yè)化，同時深刻反思我國上世紀50～70年代預制工業(yè)化的興旺和80年代之后逐漸衰落的原因，制定正確、長遠的住宅產(chǎn)業(yè)化、預制工業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略，給其發(fā)育和發(fā)展以充足的時間與空間，避免“一哄而上”和急功近利等短期行為，以預制預應力混凝土建筑結構整體技術發(fā)展為契機，充分吸收國內(nèi)外已成熟的經(jīng)驗，建造精品工程，同時帶動相關科研開發(fā)、設計、預制工廠、建筑產(chǎn)品、大型運輸和吊裝、施工等一系列行業(yè)健康發(fā)展。

  （2）根據(jù)預制預應力混凝土建筑結構體系的內(nèi)在技術要求，從工程建筑方案設計開始，將建筑、結構和施工等統(tǒng)一考慮，認清預制預應力混凝土建筑結構的設計與全現(xiàn)澆混凝土結構的差異性，由具備設計施工一體化條件的企業(yè)進行試點工程。充分認識土木工程中現(xiàn)澆混凝土和預制混凝土各自的優(yōu)越性，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢互補作用，切忌將二者“對立和排斥”起來。

  （3）對于8度抗震設防烈度地區(qū)，預制預應力混凝土建筑結構設計難度加大，因此必須研究適合此類地區(qū)的建筑結構體系，不能簡單仿照國外的做法。同時應改變對預制預應力混凝土建筑結構抗震性能差的認識偏差，通過深入系統(tǒng)的預制預應力混凝土建筑結構抗震研究，解決高地震烈度地區(qū)預制預應力混凝土建筑結構抗震設計關鍵技術。充分認識預制結構體系與技術可以滿足抗震性能等全面要求，技術研究、配套裝備和實用產(chǎn)品需要加快跟上，提供可實施的全面保證。

  （4）預制混凝土和預應力技術是一對密不可分的相關技術，國內(nèi)全現(xiàn)澆混凝土結構發(fā)展迅速，預制混凝土建筑結構長期處于停滯狀態(tài)，造成預制和預應力技術發(fā)展極不平衡，應促進兩類實體加強合作，提供技術方面保證。預應力技術的綜合應用對提高預制混凝土建筑結構的整體性和抗震性能具有重要作用。

  （5）明確產(chǎn)業(yè)發(fā)展基本原則、目標和要求，提高住宅建筑內(nèi)在和外在品質(zhì)，以提高性價比為優(yōu)化目標，切忌以追求低造價或廉價為目標，切實防止20世紀70年代預制大板建筑的“速度快、成本低、質(zhì)量問題多、不節(jié)能、舒適性差”等缺陷。設計、施工等采用預制混凝土可以長期化、經(jīng)?；龠M預制混凝土成為品種齊全、標準化設計、使用方便的工業(yè)產(chǎn)品。預制工業(yè)化技術發(fā)展要求研究、設計、施工、預制廠家及相關配套企業(yè)等全面發(fā)展，以技術可持續(xù)發(fā)展帶動全行業(yè)發(fā)展，切忌“各自為政、短期行為、資源分散、重復低效”。

  （6）在當前形勢下，預制預應力混凝土建筑結構體系要想生存、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，需要整個行業(yè)從政策制定、標準的推出及完善、設計與施工等所有相關部門與人員認識到位，全面根據(jù)社會與市場發(fā)展要求，充分吸收、發(fā)展國內(nèi)外先進技術，結合國情和當?shù)貙嶋H情況，揚長避短開發(fā)預制預應力裝配和半裝配混凝土結構體系及新工藝和新產(chǎn)品。

  隨著新型現(xiàn)代預制預應力混凝土建筑結構體系的深入研究、應用與發(fā)展，可以預見，新型現(xiàn)代預制預應力混凝土建筑結構體系將產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，并能全面、系統(tǒng)和高效地支持和滿足現(xiàn)代住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展需求。