中国建筑标准设计研究院顾问

中国建筑标准设计研究院顾问、总工程师李晓明：装配式钢筋混凝土结构发展
现状与关键技术
各位领导、各位嘉宾，下午好！刚才文主任非常精辟的解析了住宅产业化发展的现状和未来的主要任务，给住宅产业化未来的发展指明了方向，我这里作为装配式混凝土结构，这是整个住宅产业化当中一个重要的环节，我这里从技术的层面讲一下装配式混凝土结构技术的发展现状和关键技术。

我们国家的装配式混凝土结构是从50年代起步，当时在50-60年代这是一个起步和发展的阶段，虽然是一个起步，但是从工业建筑体系和民用建筑体系都开始在同时发展，50年代我们国家标准院编了一整套以国家标准设计为技术引导的全装配单层工业厂房，这张图纸也沿用到现在。

50年代的民用建筑体系是1959年引入苏联的技术。

这个技术在70年代、80年代迅速发展，当时出现了装配式建筑的第二次发展高峰，在第二次发展高峰当中是以全装配的大板装配体系为代表，相关的标准开始配套。

可能在座的都比较年轻，大概只有55岁以上的会有记忆，当时主要的结构类型包括高层的钢筋混凝土大板建筑，少筋的大板混凝土建筑等主要的类型。

就以大板当时的北京地区为例，在当时大板建筑曾经确实辉煌过一时。

当时在北京的建设平台上，在成片建设的居住小区中，据不完全统计大概有1000多万平方米。

仅北京市年设计任务量达到30-50万平方米，占北京市住宅总任务量的8%-10%，最高的建筑层数达到18层，当时18层的建筑是获得了国家奖的。

我们的装配式建筑到90-21世纪初处于停滞状态，几乎全中国可以说是为零的状态，从2005年后开始起步，并以全新的技术进入新的发展阶段。

进入本世纪以后，我们国家借鉴了欧、美、日先进国家的成熟经验，特别是在地震区建造装配式结构式的经验，相关科研和企业单位根据我们国家的国情，开展了很多研发和实验研究工作，研发了适应我们国家国情的建筑结构体系和相关技术，推动了装配式混凝土结构的技术进步，并且不断的在向国际先进水平靠拢。

目前在我们现编的最近编织的装配式混凝土结构规程当中，主要推荐的结构体系是框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构，框筒结构尚未进入规程及新的结构体系比如水平构件与竖向构件没有进入规程，但有个别单位在用这个体系。

这里我专门对剪力墙结构多说几句，剪力墙结构在日本允许盖到5层，在美国是分类两类结构，一类只能盖到30几米，还有一类盖到48米，这是根据采用的连接技术不同设计的。

在我们国家大规范的框架下，还有我们国家大量建造的居住建筑，我们不对剪力墙结构做研究是不可能的，所以我们在这一板花了很大的力气做了研究。

目前在我们国家编制的规范当中，剪力墙框架结构的限搞和现浇混凝土是一样的，虽然我们认为可以做到和现浇混凝土一样，但目前没有经历真正的地震考验，所以没有盖得那么高，所以我们降低了大概10米。

说起现阶段新时期的装配式混凝土结构跟过去七八十年代的装配式混凝土有很多的技术进步，这个进步我归纳为三个方面：一是设计概念的进步。

80年代的设计概念认为接缝对刚度有影响，计算当中有很多的折减。

现阶段的设计概念是要把装配式混凝土结构强调等同现浇混
凝土结构，它的计算简图和现浇混凝土基本相同。

80年代的设计概念是强调尽量采取现场式作业，现在更加注重装配式结构的整体性能。

80年代的设计通过墙体的规则布置来实现结构的整体性能，建筑多样化受到很大限制，那么它的提醒和理念非常单一化。

现阶段的设计是在标准化的基础上通过合理的结构构造和市面材料质感的变化，实现了多样化。

80年代的时间仅用于小开间的居住建筑，目前我们的设计适用于居住建筑和公共建筑。

在80年代建设中没有强调部品的工艺化，目前现阶段强调了部品的工艺化。

这是我们在设计概念上的一个进步。

第二个进步体现在建造技术的进步。

80年代的主要技术采用了少筋混凝土墙板，现阶段全部采用钢筋混凝土墙板，高度基本和现浇混凝土相同。

80年代的墙板竖向连接主要靠销键，现在我们推荐主要用灌浆套筒。

80年代的墙板的水平连接依靠销键和钢筋锚环，仅接缝处有少量现浇混凝土，无边缘构件的要求。

第三是材料和施工机具的进步。

80年代夹心墙板保温材料是用加气混凝土。

现在夹心墙板保温材料采用高效保温材料，XPS。

80年代夹心墙板内外叶墙体的连接采用假期混凝土块材之间的混凝土，形成大量冷桥。

而现在夹心墙板内外叶墙的连接采用新型连接件，连接可靠，避免了冷桥。

80年代外墙板之间的密封材料及防水构造技术落后，易于老化，产生漏水。

而现在外墙板之间采用新型密封材料，防水构造作了大量改建，阻断了漏水。

在80年代的一些吊装机具紧紧依靠吊钩，技术落后，现在吊装机具多样化，技术现金，入采用吊杆等等。

80年代的预制构件的支撑系统技术落后，我们现在现阶段预制构件的支撑系统
得到非常大的改进。

在80年代大型吊车和运输用拖车的载重量是非常有限的，现阶段在我们国家大型的吊车和大型的运输性拖车已经开始进入施工现场。

由于这样的一些进步，所以现阶段的装配式混凝土在结构性能和物理性能方面都得到了非常大的改善，刚才文主任也提到我这个数据也是来自万科的，万科在没有采用装配式混凝土之前投诉率最高的是外墙和排水，外墙刚才文主任也提到渗水，这是在客户中引起大量的投诉，当他采用了装配式混凝土外墙来了，门窗框的制作偏差现在可以小到1毫米，过去门窗框的制作偏差最大的甚至人的一个拳头可以伸进去，所以这样门窗无法做到标准化生产。

现在由于施工公差大量减少，现在门窗可以标准化生产，整个建筑的物理性能也得到了很大改善。

下面再简短讲一下新时期装配式结构一些关键的技术，概括起来说，新时期的装配式混凝土结构我们期望的效果，就是使装配式混凝土结构具有跟现浇混凝土结构完全等同的整体性、稳定性和延性。

其中当然也牵扯到很多技术，但是最关键的两个技术个人认为一个是受力钢筋的连接和主要的构造技术，就是预制构件的受力钢筋采用机械连接的技术。

第二个就是采购现浇混凝土跟预制构件相结合的技术。

先解释一下设计概念，跟现浇等同的设计概念，在许多强地震的国家都得到了设计实践，例如新西兰和日本，他们所采取的设计规范就是强调用预制混凝土要等同现浇混凝土，这样的一些节点和相关的构造在日本经过大量的试验，已经被广泛的接受。

日本曾经做过调查，根据91年以前的日本建筑规范要求现浇混凝土框架结构在地震当中损伤非常严重，或者是倒
塌、或者是损伤严重。

91年日本对建筑规范进行了重大修改，大家知道95年的地震是非常强烈的，凡是遵守91年设计规范的建筑没有一例倒塌，但是损害严重，混凝土保护层或者是破碎、或者是开裂。

损坏严重有的时候不得不拆除了，这样所带来的经济效益也不是太好。

由日本建筑学会编制的现浇同等型预制解说中强调了这样一个概念，强调预制混凝土需要跟有现浇混凝土相同的强度、钢度和恢复率特征，也就是它的延性。

日本曾经做过一个更深层的调查，在阪神大地震中做了这样一个调查，共计是10952栋楼，其中对普通的混凝土结构大概是判定危险的传统普通混凝土楼占总数的2.6%；钢混结构是22栋，比例是4.7；预制混凝土结构只有2栋，占总数的2%。

单把混凝土结构拿出来做比较，钢筋混凝土是220栋楼，占总数的3.7%，在钢混结构当中是21栋，占6.1%，预制构件结构只有1栋，占1.9%。

所以从这些数字来看，只要是遵守这样一个设计概念，就是我们要把预制混凝土结构设计成跟现浇混凝土具有相同的稳定性、延性，可以经历大地震的考验，可以做成和现浇混凝土完全等同的效能。

在这里面我提到有两个关键技术，一个是钢筋套筒的连接技术，这个技术是1970年美国的一个Yee博士工程师，他发明了NMB的连接套筒。

1972年日本把这个专利权购买以后，经过几代的改进，现在大部分用这样一个套筒，他们称为X型，这里面灌上高强的灌浆料来进行受力钢筋的连接。

最新的套筒连接技术是套筒的一端在钢筋预制通过螺纹完成机械连接，另一端钢筋在施工现场通过灌浆进行连接。

这是我们国家在借鉴国外经验的基础上研发的套筒，我们国家比如中冶集团，他
们用这样的套筒也有20年的历史，虽然他们当时没有用在建筑工程当中，但是他们在铁路电力工程中得到大量的应用，这个技术是完全可以过关的，我认为可以跟国外技术比美，而且质量非常好的这样一些技术。

这样的一些钢筋灌浆套筒连接在日本和美国得到了大量的实践，其中包括套筒应力-应变曲线、循环张拉疲劳试验，这样一个技术经过长期实验，而且经过了地震考验，美国和日本的结论都认为它可以在高层建筑中安全使用。

这是在美国使用的各种各样的钢筋连接接头，我们国家也是对各种钢筋接头进行了很多的研究，我认为这个技术在我们国家也是一个非常成熟的技术。

第二个关键的技术是预制和现浇相结合的技术。

由于我们不再强调全装配，在预制构件当中，在适当的部位增加一些现浇混凝土，这样使整个装配式混凝土具有很好的延性。

这是在日本一个非常典型的节点，虽然日本的剪力墙结构不能盖得太高，但是他采用了实际上就像我们国家所说的边缘构件的概念。

各种各样的构件，包括梁板都是这样的概念。

又以这个楼为例，在这个工地上只有B3、B4楼用了预制装配式方式，传统建造用了187天，工业化是用了162天，因为是第一栋楼时间还比较长，到第二个阶段从结构封顶到全装修完全传统建筑用了290天，工业化只用了190天。

我们跟日本人进行交流，也是结构封顶到全装修完成大部分国家需要一年的时间，但是在日本从结构封顶到全住修大概只有两个月，这就是他采用一些标准化部件所带来的受益。

同时在主体结构完成时，下部结构由于工业化墙板质量非常好，下部就已经可以做装修了，这样就大大缩短了施工工期。

从这些数据可以看出工业化
给我们带来各方面的效率。

下面再简短讲一下新时期装配式结构一些关键的技术，概括起来说，新时期的装配式混凝土结构我们期望的效果，就是使装配式混凝土结构具有跟现浇混凝土结构完全等同的整体性、稳定性和延性。

其中当然也牵扯到很多技术，但是最关键的两个技术个人认为一个是受力钢筋的连接和主要的构造技术，就是预制构件的受力钢筋采用机械连接的技术。

第二个就是采购现浇混凝土跟预制构件相结合的技术。

先解释一下设计概念，跟现浇等同的设计概念，在许多强地震的国家都得到了设计实践，例如新西兰和日本，他们所采取的设计规范就是强调用预制混凝土要等同现浇混凝土，这样的一些节点和相关的构造在日本经过大量的试验，已经被广泛的接受。

日本曾经做过调查，就是根据1991年的日本建筑规范，91年以前的关注规范没有强调这样一个概念，根据91年以前的日本建筑规范要求现浇混凝土框架结构在地震当中，就是损伤非常严重，或者是倒塌、或者是损伤严重。

91年日本对建筑规范进行了重大修改，在95年神户强烈地震之间，大家知道95年的地震是非常强烈的，凡是遵守91年设计规范的建筑没有一例倒塌，但是损害严重，混凝土保护层或者是破碎、或者是开裂。

损坏严重有的时候不得不拆除了，这样所带来的经济效益也不是太好。

所以1981年日本又对建筑规范进行了重大修改，它引进了在梁柱节点部位，在梁中可以地设置塑性铰的要求。

这个做法保证了塑性铰发生在梁，并发生在设计者预期的、希望发生的部位。

在95年神户如此强烈的大地震期间，在如此强烈的地面运动的区域中，凡是遵守日本81年标准的没有受到大的损坏。

由日本建筑学会编制的现浇同等型预制解说中强调了这样一个概念，强调预制混凝土需要跟有现浇混凝土相同的强度、钢度和恢复率特征，也就是它的延性。

日本曾经做过一个更深层的调查，在阪神大地震中做了这样一个调查，共计是10952栋楼，其中对普通的混凝土结构大概是判定危险的传统普通混凝土楼占总数的2.6%；钢混结构是22栋，比例是4.7；预制混凝土结构只有2栋，占总数的2%。

单把混凝土结构拿出来做比较，钢筋混凝土是220栋楼，占总数的3.7%，在钢混结构当中是21栋，占6.1%，预制构件结构只有1栋，占1.9%。

所以从这些数字来看，只要是遵守这样一个设计概念，就是我们要把预制混凝土结构设计成跟现浇混凝土具有相同的稳定性、延性，可以经历大地震的考验，可以做成和现浇混凝土完全等同的效能。

在这里面我提到有两个关键技术，一个是钢筋套筒的连接技术，这个技术是1970年美国的一个Yee博士工程师，他发明了NMB的连接套筒。

1972年日本把这个专利权购买以后，经过几代的改进，现在大部分用这样一个套筒，他们称为X型，这里面灌上高强的灌浆料来进行受力钢筋的连接。

最新的套筒连接技术是套筒的一端在钢筋预制通过螺纹完成机械连接，另一端钢筋在施工现场通过灌浆进行连接。

这是我们国家在借鉴国外经验的基础上研发的套筒，我们国家比如中冶集团，他们用这样的套筒也有20年的历史，虽然他们当时没有用在建筑工程当中，但是他们在铁路电力工程中得到大量的应用，这个技术是完全可以过关的，我认为可以跟国外技术比美，而且质量非常好的这样一些技术。

这样的一些钢筋灌浆套筒连接在日本和美国得到了大量的实践，其
中包括套筒应力-应变曲线、循环张拉疲劳试验，这样一个技术经过长期实验，而且经过了地震考验，美国和日本的结论都认为它可以在高层建筑中安全使用。

这是在美国使用的各种各样的钢筋连接接头，我们国家也是对各种钢筋接头进行了很多的研究，我认为这个技术在我们国家也是一个非常成熟的技术。

第二个关键的技术是预制和现浇相结合的技术。

由于我们不再强调全装配，在预制构件当中，在适当的部位增加一些现浇混凝土，这样使整个装配式混凝土具有很好的延性。

这是在日本一个非常典型的节点，虽然日本的剪力墙结构不能盖得太高，但是他采用了实际上就像我们国家所说的边缘构件的概念。

各种各样的构件，包括梁板都是这样的概念。

我还是拿万科的例子为例，他们也是采用了预制和现浇相结合的技术来完成的，我们所做的各项试验也表现它的性能是非常完好的。

这是目前装配式混凝土结构所说的两个最关键技术，当然它的技术还有很多，今天由于时间关系，我只能把最关键的两个技术在这里给大家介绍一下。

最后说一下我们跟国外之间还是有差距，这是我们值得深思的一个问题，就是我刚才提到我们国家到90年代末基本上装配式建筑走到最低谷，到2000年基本走到零。

但是在我们走向低谷的这个阶段，可以看到欧洲在高速发展，日本在高速发展，这里我没有美国的曲线，实际上美国也是在高速发展。

由于这样的两个情景，形成我们的技术跟美国和欧洲的技术之间还是有很大的差距，虽然我们这两年发展得非常快，我们不断的在迎头赶上，但是差距还是存在。

在这里面实际上最后体现
到，由于我们各种的质量通病，最后影响的是住宅建筑的寿命。

日本人在大力推进住宅产业化之前，他们也把日本的住宅寿命跟美国的住宅寿命做过一个比较，当时的一个统计，比如在34-54年以上的建筑，他的比例数也不是太大。

美国如果要从34年开始，一直到75年以上，大家可以看到这个所占的比例是非常大，也就是说实际上一个建筑延续着一个寿命，我认为是最重要的绿色建筑。

比如我们在100年当中只盖一次跟在100年当中要盖三次或者两次，它所消耗的社会资源、能源各方面是有很大差距的，所以我们要提高建筑寿命，一定要提高它的质量。

日本人也是在这样的一个概念上开始他的住宅产业化进程。

因此虽然现在我们技术上有了很大的提升，我们有了很大的进步，但是前面还有很多的路要走、还有很多工作要做。

这里我简单的说今后从技术上还需要做的工作：一是建筑结构体系还需要完善。

要有适应超高层的公共建筑结构体系；还要有适应中小城市的多层建筑结构体系，就是一高一低现在目前研究得还比较少，昨天杨主任在吃饭的时候还提到，实际上我们不仅可以占据国内市场，我们还可以占据国外市场，我觉得说得非常好，如果要同时占据国内外市场，那么我们的结构体系还有待于进一步完善。

二是连接方式还需要做一些补充研究，现有套筒灌浆连接技术还需要做深化研究，连接技术的多样化还需要做研究。

三是双向叠合板的研究。

四是外挂墙板的研究。

五是公差体系的建立。

六是部品体系的建立。

七是标准体系的完善。

八是进一步降低造价。

在编制规范的过程中我们看了很多国外资料，无论是美国资料还是欧洲资料，他们用装配式混凝土资料没有一个说因为它贵而用，都是比较便宜。

他
们的人工比我们贵，现在我们的人工也在不断的涨价，在整个制作、施工、设计的环节当中还有很多潜力可以挖掘来降低造价，我想只有降低它的造价，它才有一定的生命力，而且造价不是没有潜力可挖，从我个人来看，只要我们做到像刚才文主任所提到的标准化、模数化、通用化、可置换性。

简单的举一个例子，如果我们的模板可以重复使用100次以上，我们的成本就可以大大降低，所以我们的造价还是大有潜力可挖。

今天由于时间关系我就讲这么多，有不当之处请大家批评指正，希望大家共同努力把建筑工业化的技术不断的提高、升华，谢谢！。