（1）常用结构体系

一般而言，任何结构体系的钢筋混凝土建筑，框架结构、框架-剪力墙结构、筒体结构、剪力墙结构、部分框支剪力墙结构、无梁板结构等，都可以做装配式。但是，有的结构体系更适宜一些，有的结构体系则勉强一些；有的结构体系技术与经验已经成熟，有的结构体系则正在摸索之中。下面我们分别讨论各种结构体系的装配式适应性。

图1-1 框架结构平面示意图

1）框架结构。框架结构是由柱、梁为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构。框架结构是空间刚性连接的杆系结构（图1-1）。目前框架结构的柱网尺寸可做到12m，可形成较大的无柱空间，平面布置灵活，适合办公、商业、公寓和住宅。在我国，框架结构较多地用于办公楼和商业建筑，住宅用得比较少。日本多层和高层住宅大都是框架结构（日本高60m以上建筑算超高层）。笔者与日本设计师交流过，日本住宅为什么喜欢用框架结构和其他柱梁体系结构，而很少用剪力墙结构？日本设计师说主要基于以下考虑：

①他们比较信任柔性抗震，混凝土框架结构建筑经历了地震的考验。日本人把柱梁结构建筑叫作“拉面”结构，“拉面”的日语发音与汉语一样。

②框架结构布置灵活，户内布置可以改变。日本建筑寿命为65年、100年和100年以上。高层和超高层建筑的寿命大都是100年和100年以上。框架结构可以使不同年代不同年龄段的居住者根据自己的需要和偏好方便地进行户内布置改变。关于柱子与梁凸入房屋空间对布置不利问题，从日本的实践看，一方面，目前框架结构很少有6m以下的小柱网，大都是大跨度柱网，柱子间距可达12m。大柱网布置基本削弱了这个不利影响；另一方面，合理的户型设计也会削弱不利影响；还有，日本住宅都是精装修，上有吊顶、下有架空，室内布置比较多的收纳柜，自然而然地遮掩了柱梁凸出问题。

③框架结构管线布置比较方便。框架结构最主要的问题是高度受到限制，按照我国现行规范，现浇混凝土框架结构，无抗震设计最大建筑适用高度为70m，有抗震设计根据设防烈度高度为35～60m。PC框架结构的适用高度与现浇结构基本一样。只有8度（0.3g）地震设防时高度为30m，比现浇结构低5m。国外多层和小高层PC建筑大都是框架结构。框架结构的PC技术比较成熟。

装配整体式框架结构的结构构件包括柱、梁、叠合梁、柱梁一体构件和叠合楼板等。还有外墙挂板、楼梯、阳台板、挑檐板、遮阳板等。多层和低层框架结构有柱板一体化构件，板边缘是暗柱。

装配整体式框架结构的连接主要采用套筒连接，楼板一般采用叠合楼板或预应力叠合楼板。框架PC建筑的外围护结构或采用PC外墙挂板，或直接用结构柱、梁与玻璃窗组成围护结构，或用带翼缘的结构柱、带翼缘的梁与玻璃窗组成围护结构；多层建筑外墙和高层建筑凹入式阳台的外墙，也用ALC墙板。

④框架结构柱梁属于细长构件，截面形式一般都是规则的矩形，构件的种类少，适合做装配式建筑。

⑤框架结构与剪力墙结构相比，混凝土用量少，主体结构自重轻，预制构件数量和结构连接点都少，做装配式不会增加成本，只会降低成本。

⑥框架结构侧向刚度低，日本高层和超高层建筑多为框架筒体结构，也采用框架-剪力墙结构。没有全剪力墙结构。

2）框架-剪力墙结构。框架-剪力墙结构是由柱、梁和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。由于在结构框架中增加了剪力墙，弥补了框架结构侧向刚度不足的缺点；又由于只在局部设置剪力墙，不失框架结构空间布置灵活的优点（图1-2）。

框架-剪力墙结构的建筑适用高度比框架结构大大提高了。A级高层无抗震设计时最大适用高度为150m，有抗震设计根据设防烈度最大适用高度为80～130m。PC框架-剪力墙结构，在框架部分为装配式、剪力墙部分为现浇的情况下，最大适用高度与现浇框-剪结构完全一样（9度区除外）。框架-剪力墙结构适用于高层和超高层建筑。

装配整体式框架-剪力墙结构，《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ 1—2014）（以下简称《装规》）要求剪力墙部分现浇。日本的框架-剪力墙结构，剪力墙部分也是现浇。

框架-剪力墙结构框架部分的装配整体式与框架结构装配整体式一样，构件类型、连接方式和外围护做法没有区别。

图1-2 框架-剪力墙结构平面示意图

3）筒体结构。

①定义。筒体结构是由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的建筑结构。筒体结构的筒体分剪力墙围成的薄壁筒和由密柱框架或壁式框架围成的框筒等。

筒体结构还包括框架核心筒结构和筒中筒结构等。框架核心筒结构为由核心筒与外围稀疏框架组成的筒体结构。筒中筒结构是由核心筒与外围框筒组成的筒体结构。筒体结构平面示意如图1-3所示。

图1-3 筒体结构平面示意图

a）筒中筒 b）连续筒体 c）H形剪力墙核心筒 d）L形剪力墙核心筒

筒体结构相当于固定于基础的封闭箱形悬臂构件，具有良好的抗弯抗扭性，比框架结构、框架-剪力墙结构和剪力墙结构具有更高的强度和刚度，可以建更高的建筑。

②规范规定。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）（以下简称《高规》）关于A级现浇筒体结构的适用高度规定，框架核心筒结构比框架-剪力墙结构和剪力墙结构高10～20m（除8度0.2g和9度外），筒中筒结构，高出20～50m。无抗震要求时，高度可达200m，有抗震设防要求时为100～180m。

《装规》对装配式筒体结构没有规定。

《装标》提出筒体结构也适合做装配式建筑，并且给出了筒体结构的适用高度。抗震设防烈度6度、7度、8度（0.2g）、8度（0.3g）情况下最大建筑高度分别是150m、130m、100m和90m。

辽宁省地方标准《装配式混凝土结构设计规程》（DB21/T 2572—2016）（以下简称《辽标》）中给出了装配整体式“框架-现浇核心筒结构”和“密柱框架筒结构”的最大适用高度：6度抗震设防时为150m；7度抗震设防时为130m；8度抗震设防时为100m。

③国外应用。装配整体式筒体结构在日本应用较多，超高层建筑都是筒体结构，最高达208m。技术成熟，也经历了地震的考验。表1-1给出了几栋日本超高层装配整体式筒体结构建筑的示意图。

表1-1 几栋日本超高层装配式混凝土筒体结构建筑立面与平面

注：此表根据日本鹿岛建设提供的资料整理，表中建筑都是由鹿岛建设施工。

④从以下几点可以看出筒体结构是装配式建筑的发展方向：

A.节约用地，超高层建筑具有巨大的优势。日本最高的装配式建筑高208m，筒体结构，容积率高达12.58%。

B.效率高，超高层建筑标准层多，设计、制作和施工便捷。

C.成本低，构件标准化程度高，构件种类少，模具成本低，制作和施工成本低。

D.空间大，使用灵活。

⑤筒体结构的主要问题是：

A.其平面形状多是方形或接近方形，即“点式”建筑。

B.用于住宅有朝向问题和自然通风问题。

这两个问题，日本的解决方案是：

朝向问题，在背阴面布置小户型公寓。

通风问题，设置微型强制通风系统等。

装配整体式筒体结构与框架结构一样，构件类型、连接方式和外围护做法等没有区别，如果有剪力墙核心筒，则采用现浇方式。

4）剪力墙结构。

①定义。剪力墙结构是由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。剪力墙与楼盖一起组成空间体系。

剪力墙结构没有梁柱凸入室内空间的问题，但墙体的分布使空间受到限制，无法做成大空间，适宜住宅和旅馆等隔墙较多的建筑（图1-4）。

图1-4 剪力墙结构示意图（选自辽宁省装配式标准化设计图）(www.daowen.com)

现浇剪力墙结构建筑的高度，无抗震设计时最大适用高度为150m。有抗震设计时根据设防烈度最大适用高度为80～140m。与现浇框架-剪力墙结构基本一样，仅6度设防时比框架-剪力墙结构高了10m。装配整体式剪力墙结构最大适用高度比现浇结构低了10～20m。

②国外应用。剪力墙结构装配式建筑在国外非常少，高层建筑几乎没有，没有可供借鉴的装配式理论与经验。

③优势。国内多层和高层剪力墙结构住宅很多。目前装配式结构建筑大都是剪力墙结构。就装配式而言，比较现浇混凝土有以下优势：

A.构件在工厂制作，比现场浇筑质量要好很多。

B.外墙板可以实现结构保温一体化，防火性能提高，也省去了外墙保温作业环节与工期。

C.石材反打或者瓷砖反打，节省了干挂石材工艺的龙骨费用，也省去了外装修环节和工期；瓷砖的粘接力大大加强，降低了脱落概率。

D.各个环节协调得好，计划合理，调度得当，可以缩短主体结构施工以外的内外装修工期。

E.无需满堂红外架，施工现场整洁干净。

剪力墙结构还有一个优势是可以将预制构件拆分成以板式构件为主，以适于流水线制作工艺。但按照剪力墙的结构特点和国家标准、行业标准的规定，墙板3边出筋，1边是套筒或浆锚孔，制作麻烦，上了流水线也无法实现自动化。

④现存问题。

A.剪力墙结构混凝土量大，竖向构件连接面积大，钢筋连接节点多，连接点局部加强的构造钢筋也增加较多，连接作业量大。

B.边缘构件处水平现浇带、双向叠合板间现浇带、叠合板现浇等后浇混凝土比较多，工地虽然总的来说比现浇施工方式减少了混凝土现浇量，但作业环节增加，也比较麻烦。

C.剪力墙板和叠合楼板的侧边都出筋，制作环节不仅无法实现自动化，手工作业也非常麻烦，耗费工时多。

D.剪力墙竖向连接虽然采用套筒灌浆或浆锚搭接方式，但剪力墙之间都有水平现浇带（也应当有），一般在现浇带浇筑第二天，混凝土强度还很低的时候，就开始安装上一层墙板，每一层都是如此。这可能存在结构安全的隐患。如果等现浇带达到一定强度再开始安装上层构件，装配式工期将比现浇混凝土工期成倍增加，塔式起重机租金和工地窝工也会造成很大的损失。

以上问题致使剪力墙结构装配式建筑效率低，工期难以压缩，结构成本增加较多。而这些问题多是剪力墙结构自身特性带来的，不是短期内可以解决的。

笔者认为，设计人员在进行装配式建筑设计时，首先应当改变“住宅只能做剪力墙结构”的心理定式，通过综合的、定量的分析对比，选择安全可靠、合理经济的结构体系。

5）无梁板结构。

①定义。无梁板结构是由柱、柱帽和楼板组成的承受竖向与水平作用的结构。无梁板结构由于没有梁，空间通畅，适用于多层公共建筑和厂房、仓库等。我国20世纪80年代前就有装配整体式无梁板结构建筑的成功实践。

②结构。装配整体式无梁板结构示意图如图1-5所示。

A.先安装预制杯形基础。

B.柱子通长预制，也就是说5层楼高的建筑，柱子就做成5层楼高，柱子由于是整根的，就不存在结构连接点，将柱子立起即可。

C.在柱帽位置下方插入承托柱帽的型钢横档，柱子在该位置有预留孔。

D.像插糖葫芦一样，将柱帽从柱子顶部插入。柱帽中心是方孔。落在型钢横档上。

E.将预制柱帽从柱子顶部套入柱子，下移到型钢横档处。

图1-5 装配式无梁板结构示意图

F.安装叠合楼板预制板。

G.绑扎钢筋，浇筑叠合楼板后浇筑混凝土，形成整体楼板。

H.继续安装上一层的横档、柱帽、叠合板，浇筑混凝土直到屋顶。

6）单层钢筋混凝土柱厂房。

①定义。单层钢筋混凝土柱厂房是由钢筋混凝土柱、轨道梁、钢屋架（或预应力混凝土屋架）组成的承受竖向和水平作用的结构。

②应用。单层钢筋混凝土柱厂房在中国工厂中应用较多，大多为全装配结构，干法连接。装配式单层钢筋混凝土柱厂房预制结构构件包括柱、轨道梁、屋架（双T板）、外墙板等，有的工程还包括预制杯形基础，如图1-6所示。

7）空间薄壁结构。装配式工艺不仅可以实现工业化生产，以标准化构件装配建筑，还可以建造现浇工艺难以实现的造型复杂的建筑。著名的悉尼歌剧院双曲面屋面，就是由于现浇工艺无法施工，在拖了很长工期之后，想出了用预制的叠合曲面肋板装配的办法，建造出了现代建筑史上杰出的建筑艺术作品，如图1-7所示。

8）悬索结构。悬索结构在大型公共建筑中也有较多，属于装配式建筑干式连接。华盛顿杜勒斯机场候机楼就是悬索-PC屋面板结构，如图1-8所示。

图1-6 单层厂房

图1-7 悉尼歌剧院

图1-8 华盛顿杜勒斯机场候机楼悬索结构装配式屋盖

（2）用于装配的混凝土结构体系

装配式混凝土建筑结构在多种结构体系上的应用见表1-2。

表1-2 应用过装配式混凝土建筑的结构体系

（续）

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