装配式建筑如何“搭积木”？11种主流结构体系参数详解

1、PC框架体系

装配式混凝土框架结构包括装配整体式混凝土框架结构及其他装配式混凝土框架结构。前者是指全部或部分框架梁、柱采用预制构件通过可靠的连接方式装配而成。后者主要指各类干式连接的框架结构，主要与剪力墙、抗震支撑等配合使用。

1.1主要预制构件

预制楼板（含预制实心板、预制空心板等）、预制梁（含预制实心梁、预制叠合梁等）、预制墙（含预制实心剪力墙、预制空心墙等）、预制柱（含预制实心柱、预制空心柱）、预制楼梯（预制楼梯段、预制休息平台）、其他复杂异形构件（预制飘窗、预制带飘窗外墙、预制转角外墙等）。

预制楼梯

1.2连接方式

湿连接：预制梁、柱或T形构件在结合部利用钢筋连接或锚固的同时，通过现浇混凝土连接成整体框架的连接方式。

干连接：主要分为预应力连接和混合连接。预应力连接通过张拉预应力筋施加预应力把预制梁和柱连接成整体。混合连接在预应力连接的基础上增加普通钢筋，利用其屈服来耗能，形成了预应力钢筋和普通钢筋混合配筋的连接。

1.3优缺点

装配整体式框架主要包括框架节点后浇和框架节点预制两大类，前者的预制构件在梁柱节点处通过后浇混凝土连接，预制构件为一字形；而后者的连接节点位于框架柱、框架梁中部，由于预制框架节点制作、运输、现场安装难度较大，现阶段住宅工程较少采用。

2、装配式钢结构体系

装配式钢结构是由钢制材料组成的结构。目前高层装配式钢结构建筑的结构体系传统的有纯框架、框架-支撑体系，新型的有集装箱、钢管束、钢异形柱等。装配式钢结构主要由型钢和钢板等制成的梁钢、钢柱、钢桁架等构件组成，并采用硅烷化、纯锰磷化、水洗烘干、镀锌等除锈防锈工艺。

集装箱体系

2.1主要预制构件

预制楼板、外墙板、楼梯等。装配式钢结构建筑提倡采用非砌筑墙体，采用工厂预制墙板。装配式钢结构中楼板所用的类型主要有钢筋桁架楼承板组合楼板和桁架钢筋混凝土叠合板等，楼梯可采用预制钢楼梯或预制混凝土楼梯。

钢框架柱、钢梁等。“工业化住宅”体系主要采用钢框架结构对建筑主体模型进行配置，需结合“钢管束组合”模式进行设计构件。

2.2主要连接方式

焊缝连接：主要采用电弧焊，即在构件连接处，借电弧产生的高温，将置于焊缝部位的焊条或焊丝金属熔化，而使构件连接在一起。

螺栓连接：连接件包括螺栓杆、螺母和垫圈，高强度螺栓连接用特殊扳手拧紧高强度螺栓，对其施加规定的预拉力。

铆接：除轻型钢结构外，现在基本上已经不再采用。

2.3优缺点

钢结构建筑具有施工周期短、节能环保的独特优势，是理想的绿色建筑用材，因此在住宅建筑上具有很大的优越性。但现阶段钢结构住宅占比却很低，一是规模经济尚未达到等种种原因造成钢结构住宅的造价要高于混凝土建筑结构；二是对于处在钢结构制造行业产业链中间的钢结构制造行业处于分包的弱势地位，导致钢结构企业至今没有形成太大的规模。

3、木结构体系

装配式木结构建筑是指主要的木结构承重构件、木组件和部品在工厂预制生产，并通过现场安装而成的木结构建筑。装配式木结构建筑在建筑全寿命周期中应符合可持续性原则，且应满足装配式建筑标准化设计、工厂化制作、装配化施工、一体化装修、信息化管理和智能化应用的“六化”要求。

3.1主要预制构件

预制梁柱式构件与木桁架：装配式木结构建筑中最灵活的组件，需要在现场进行二次加工。木桁架是指由木构件组成的桁架，是木屋盖、木塔架的主要承重结构。

预制板式组件（墙体，楼盖、屋盖）：板式预制是通过结构分解，将整栋建筑的墙体、楼面和屋面分解成不同功能的平面板块，也就是分解成预制板式组件，并在工厂预制完成后运输到现场吊装组合而成。

预制空间模块式组件：空间模块式组件一般都是三维单元，其中包括墙、楼盖和屋盖，是预制程度最高的组件，包括防水保温、外饰内装和水电穿管。

3.2连接方式

板销连接：用板片状硬木销阻止被拼合构件的相对移动，板销主要在顺纹受弯条件下传力，具有较高的承载能力，故应注意使其木纹垂直于拼合缝。

裂环连接：应用最早，连接点对木材受力面积削弱较小，具有较高的承载能力，但连接主要靠木材受剪传力，韧性较差。

剪盘连接：用成对的钢盘（剪盘和齿盘）分别嵌入连接缝两侧构件的环槽中，通过系紧螺栓受剪传力，木构件主要受剪和承压。

销连接

3.3优缺点

由于国内木材缺乏且生长周期长，从设计深化、工业拆分到施工建设技术要求都相对较高，木结构单位造价远高于混凝土。而且没有大梁承重，木结构适合做一些低层建筑，因而国内木结构的住宅较少。

4、装配式剪力墙高层住宅体系

装配式剪力墙结构是将竖向结构主要受力构件剪刀墙、梁、板等由预制混凝土构件组成的装配式混凝土结构。装配式剪力墙结构是目前技术最成熟、应用最广泛的一种装配式混凝土结构体系，是高层住宅建筑的首选结构体系。

4.1主要预制构件

剪力墙：剪力墙命名来自于受力角度，可分为钢筋混凝土剪力墙、钢板剪力墙、内藏钢板支撑剪力墙。剪力墙一般为承重墙（承重墙是支撑上部楼层的墙体）。

叠合板：楼板指的是一座建筑物的承重结构，可根据使用材料的不同分为：木楼板、砖拱楼板、钢筋混凝土楼板、钢衬板楼板。

叠合梁：长度较短的梁采用现浇，其余梁采用预制。门窗上方的连梁与剪力墙一起预制。预制梁与后浇混凝土叠合层之间的结合面应设置粗糙面，且梁的端面设置键槽以增加抗震强度。

4.2连接方式

干式连接：在施工现场无需浇筑混凝土，全部预制构件、预埋件、连接件都在工厂预制，通过螺栓或焊接等方式实现连接。

湿式连接：将两个承重构件之间钢筋互相连接后通过浇筑节点实现结构的整体连接，以达到节点等同现浇。

4.3优缺点

混凝土剪力墙结构是目前高层住宅的主要结构形式，尽管装配式混凝土剪力墙结构的钢筋模板安装工作量大，预制构件的成本相对较高，但由于其在高层住宅的应用和饱满的建设求量，近几年来，成为集房地产、工程设计、预制构件生产和施工体化综合企业的研究与开发焦点。

5、全装配式低层住宅体系

整个建筑是由密柱支撑框架结构体系与集装箱式模块相结合，若干个类似于集装箱的模块组合而成。首先在工厂预制集成，然后打包为集装箱形式，采用标准车辆运送至施工现场，在现场以装配化形式施工。

5.1主要构成体系

基础体系：主要采用简易桩基础和基础梁的基础型式。桩基础采用预制桩或钢桩，基础梁采用预制混凝土梁。以此来减少现场湿作业，提高装配化程度，加快施工进度。

结构体系：采用方钢、H型钢、薄壁轻钢龙骨等轻型钢框架结构，板材之间、板梁之间连接采用全高强螺栓节点连接。

围护体系：拟采用高分子发泡水泥板材、硅镁轻质条板、GRC轻质条板等围护墙板材料，外加保温装饰一体化板的三明治结构形式。内墙采用壁纸、涂料和装饰板等内装材料。设备体系包括能源体系、排水系统、厨卫系统、新风系统、地暖系统（电暖、水暖）、太阳能系统、照明系统、污水处理系统等。

5.2优缺点

由于农村地价相对便宜，且交通不便，因而轻便、安装便捷的全装配式低层住宅体系在农村和郊区比较流行。

6、预应力结构体系

预应力混凝土结构是在结构构件受外力荷载作用前，先人为地对它施加压力，由此产生的预应力状态用以减小或抵消外荷载所引起的拉应力，即借助于混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度的不足，达到推迟受拉区混凝土开裂的目的。

6.1预应力技术类型

先张法：在构件的混凝土浇筑之前将预应力筋张拉到设计控制应力，待混凝土强度达到一定程度后，将预应力筋释放，使得预应力施加到混凝土构架上。

后张法：在构件的混凝土浇筑之前，在预应力筋相应的位置上预先埋设孔道或埋设无粘结预应力筋，待混凝土强度达到一定程度后，将预应力筋张拉到设计张拉应力，并利用专用锚具将预应力筋固定在混凝土构件端部，有粘结预应力筋需要在预留孔道中灌入灌浆材料使预应力筋与混凝土粘结成整体。

体外预应力技术：预应力筋位于构件的外部，或者说结构构件是由预应力筋与由其它材料形成的构件共同组成。

6.2优缺点

预应力混凝土的制作工艺较复杂，对产品本身质量、制作人员及机器的要求较高，且价格比较昂贵，我国现阶段住宅项目使用较少。

7、钢混结构体系

装配式钢和混凝土组合结构是指采用工厂生产的型钢梁和混凝土预制构件通过某种构造方式，在现场组合成为整体，兼具钢结构和混凝土结构的特性，共同承受荷载的一种结构。

7.1主要构件

组合梁：由钢梁、连接件和钢筋混凝土板组成。组合梁的上翼缘有截面面积较大的钢筋混凝土板承受压力，致使钢梁上翼缘截面减小，从而节约钢材，钢梁下翼缘则承受拉力，这是组合梁的受力特点。

工字钢

组合板：在压型钢板上先焊接连接件，后灌筑钢筋混凝土板而形成组合板结构。连接件采用带头栓钉或钢筋。

组合桁架：在钢桁架上先焊接钢筋或带头栓钉的柔性连接件，然后灌筑钢筋混凝土板。

组合柱：在薄壁钢管内灌注混凝土而成，也称钢管混凝土柱。截面形式有圆形和方形。

7.2钢筋与型钢连接方式

钢筋接驳器连接：此做法是将接驳器在构件制作时焊接于钢构件上，安装时将钢筋套上与接驳器拧紧。

钢筋连接板连接：钢筋搭接板在允许的情况下需要尽量焊于钢构件上，安装时再在搭接板上焊接钢筋。

型钢穿孔连接：此种方法是工厂在钢构件上预先开设穿筋孔，现场施工时将钢筋穿过。

7.3优缺点

轻钢轻混凝土结构体系可以改进低层轻型钢住宅在农村地区应用时暴露出的成本较高、舒适感欠佳等缺点。型钢混凝土组合结构技术应用还处于探索阶段，在我国的运用还不是很广泛，施工技术上还不是很成熟，可借鉴的施工经验相对较少。

8、模块化结构体系

模块化建筑即将传统房屋以单个房间或一定的三维建筑空间为建筑模块单元进行划分，并在工厂对模块单元楼板、天花板、墙体进行提前预制安装，完成后将这些建筑模块单元输至现场，使用起重装备像“搭建积木”一样将其堆叠、连接在一起，组成一个完整的建筑。

模块化组件示意图（木结构）

8.1连接方式

模块内连接：模块化组件的单榀桁架与传统桁架做法一致，各构件通过齿板连接或接长。

与外墙连接：屋架组件运输到施工现场后，经吊装到位后通过金属连接件将桁架固定在建筑墙体的双层顶梁板或墙骨柱上。

8.2优缺点

优点：施工速度快，同搭板建筑相比可缩短施工周期。节约人力物力装配化程度高，修建的大部分工作，包括水、暖、电、卫等设施安装和房屋装修都移到工厂完成，施工现场只余下构件吊装、节点处理，接通管线就能使用。对环境污染极少，施工过程绿色环保。方便后期扩建。

缺点：模块化构件的预制工厂投资大。运输、安装需要大型设备。造价较高。单模块面积受限，建筑适用范围低。

9、主次框架结构体系

9.1框架结构和连接方式

亦称为巨型框架结构。主次框架结构是由大型构件巨型梁、巨型柱等组成的主结构与由常规梁、柱构件组成的次结构共同工作的结构体系。主框架为巨型框架，结构截面几何尺度、面积、惯性矩等很大；次框架为普通框架，构件截面几何尺度、面积、惯性矩等相对很小，两者不是同一数量级。巨柱通常由楼、电梯井或大截面实体柱组成，巨梁一般每隔几个或者十几个楼层设置一道，梁高一般占一个或者几个楼层高。

主框架梁柱材料为混凝土，而次框架采用钢结构时，主次框架的连接方式主要有刚接、半刚性连接和铰接。刚接是指构件之间是一个整体，在破坏以后，梁柱之间的夹角为零，所受的内力全部有柱子传给巨型梁。铰接是指在结构受力以后，梁柱之间可以自由的转动，不受其他约束，各节点相互独立，梁不能将上部弯矩传递到柱上。半刚性连接是介于钢接和铰接之间的一种新型连接方式。

9.2优缺点

主次框架结构可以加大建筑物的空间和高度，更适用于展厅等大空间建筑，在国内很少应用于住宅。

10、交错桁架结构体系

是指以预制钢筋混凝土柱或钢柱、钢桁架、预制楼板等预制构件组成的大跨度空间结构，主体结构采用装配式交错桁架结构，配置外墙、内隔墙和楼盖系统的建筑。

建筑物横向的每个轴线上，平面桁架隔层设置，而在相邻轴线上交错布置。在相邻桁架间，楼层板一端支撑在下一层平面桁架的上弦上，另一端支撑在上一层桁架的下弦上，实现施工少支撑甚至免支撑。

10.1主要构件及连接方式

主要构件：柱子、桁架、楼板、斜杆

桁架与柱连接方式：先将钢桁架置于牛腿上，铺设预制楼板，拧紧节点板与柱子的螺栓，此阶段牛腿承担全部竖向剪力；然后现浇混凝土，新增荷载产生的竖向剪力由牛腿和节点板共同承担，水平拉力由节点板螺栓传递。

交错桁架和预制楼板

10.2优缺点

交错桁架结构以木结构、钢结构为主，我国目前用于较多用于公共建筑，住宅项目较少。

11、双面叠合剪力墙结构体系

双面叠合剪力墙结构是新型装配式结构体系，由双面叠合剪力墙、预制叠合梁、预制叠合楼板、预制外挂凸窗、预制带凸窗非承重墙、预制楼梯、预制阳台、轻质条板等预制构件，以及现浇剪力墙、现浇混凝土节点、现浇楼板等现浇部分共同组成。

11.1主要构件和连接方式

双面叠合剪力墙是由工厂化生产的两片预制混凝土墙板通过桁架钢筋连接成内部带空腔的预制剪力墙板，在形成的空腔中现场浇筑混凝土形成整体受力的结构构件。

普通预制剪力墙是在工厂预制好墙体，现场通过向预留的注浆孔灌注混凝土，相当于用“粘合剂”将已经建好的墙体和工厂预制的墙体固定在一起。而叠合板式剪力墙的竖向则是通过在空腔内插筋，然后向空腔内浇筑混凝土，将上下墙体连接成整体，结合面更大。叠合墙由于其空腔的尺寸比插筋所需要的空间尺寸大很多，因此在安装过程中，叠合墙更便于施工。由于普通预制墙体的套筒直径较小，调整空间相对有限。

叠合剪力墙不需要套筒或浆锚连接，叠合剪力墙上下、左右连接均为利用现浇层和现浇边缘构件等，采用插筋连接，施工便捷，无钢筋与套筒精准定位的困难，施工质量便于保证；同时也规避了专用套筒和灌浆料的高额成本。

11.2优缺点

双面叠合墙有不同的厚度规格，由于有空腔的存在，同样宽度和高度的墙体重量要比普通墙轻一半左右。由于普通预制剪力墙竖向钢筋连接的施工速度较慢，因而叠合墙能发挥独特作用，但目前国内可借鉴的工程经验不多。