（1) 装配式建筑定义
装配式建筑是指把传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行，在工厂加工制作好建筑用构件和配件（如楼板、墙板、楼梯、阳台等），运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配安装而成的建筑。当前装配式建筑通过打通设计、制作、安装与后期运维管理，实现了建筑全寿命周期控制和管理，所以装配式建筑是以构件工厂预制化生产，现场装配式安装为模式，以标准化设计、工厂化生产、装配化施工，一体化装修和信息化管理为特征，整合从研发设计、生产制造、现场装配等各个业务领域，实现建筑产品节能、环保、全周期价值最大化的可持续发展的新型建筑生产方式。 
图1 “512地震”中仍能看到预制楼板因缺乏和主体框架的可能连接而失效（都江堰某学校）
我国建筑工业化起步较晚，建国后从苏联引进装配式大板体系开启了我国装配式建筑之路，但是碍于设备和技术原因，装配式建筑推进乏力，在六七十年代出现了大量的预制楼板建筑，期间由于未考虑结构整性、抗震性和防水性等性能，导致在多次地震灾害中的大量人身伤亡和经济损失，同时也严重影响到建筑的使用。九十年代随着国家开放商品房市场，原有装配式建造技术条件已不能满足大量的商品房建造需求，加上国内富裕的劳动力，现浇钢筋混凝土结构体系不断推进，装配式建筑几乎消失。随着日益严重的建筑施工环保、安全、职业健康问题，以及国内人口红利的消失、建筑原材料产能过剩、人居环境矛盾凸显，2016年2月6日，中共中央国务院发布《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中提出大力推广装配式建筑，加大政策支持力度，力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。随后从中央到各地方政府，大量政策性文件密集出台，给新型装配式建筑建造指明了方向。1）装配式建筑的优势
传统的现场施工受限于工人素质参差不齐，质量事故时有发生；装配式建筑构件在预制工厂生产，生产过程中可对温度、湿度等条件进行控制，构件的质量更容易得到保证。传统施工大部分是在露天作业、高空作业，存在极大的安全隐患；装配式建筑的构件运输到现场后，由专业安装队伍严格遵循流程进行装配，大大提高了工程质量并降低了安全隐患。装配式建筑的构件由预制工厂批量采用钢模生产，减少脚手架和模板数量，因此生产成本相对较低，尤其是生产形式较复杂的构件时，优势更为明显；同时省掉了相应的施工流程，大大提高了时间利用率。目前我国建筑行业劳动力不足、技术人员缺乏、工人整体年龄偏大，导致传统施工方式建设成本不断增加。装配式建筑由于采用预制工厂施工，现场装配施工，机械化程度高，减少现场施工及管理人员数量，节省了可观的人工费，提高了劳动生产率。装配式建筑循环经济特征显著，由于采用的钢模板可循环使用，节省了大量脚手架和模板作业，节约了木材资源；建筑材料（钢筋、混凝土等）在工厂内按量制作使用，相对现场减少了大量浪费。此外，由于构件在工厂生产，现场湿作业少，大大减少了噪音。2）装配式建筑的劣势
国内建筑构件没有标准化，各种规格千变万化，等于是个性化定制，不能进行批量生产，重复利用率低，从而没法降低成本。由于缺少工匠精神，习惯了粗制滥造，适应不了也达不到装配式建筑所要求的精准化要求。例如：预制墙体结构之间的连接采用灌浆套筒连接，施工质量要求高，增加了施工难度，现场管理难度大。较大、较重构件的运输安装成本与风险。构件采用工厂预制，预制厂距离施工现场不能过远，构件工厂化生产因模具限制及运输（水平垂直）限制，构件尺寸不能过大，对现场垂直运输机械要求较高，需使用较大型的吊装机械（塔吊起重量不够）。装配式建筑的安全度与抗震性能不及现浇结构，所以装配式建筑使用受到限制，高层建筑1到5层和地下建筑就不能使用装配式建筑构件。装配式建筑有很多分类方式，按照建筑材料不同，可分为钢筋混凝土结构体系、钢结构体系、木结构体系以及其他新型材料结构体系。1）装配式钢筋混凝土结构
目前国内推广最宽，相关国家标准、图集相对较完善的是装配式钢筋混凝土结构（主要为装配式混凝土框架结构、装配式混凝土剪力墙结构）。装配式混凝土框架结构主要用于需要开敞大空间的厂房、仓库、商场、停车场、商业办公、学校、医院等建筑；装配式混凝土剪力墙结构主要用于住宅等高层建筑。装配式混凝土建筑以主要受力的预制构件（预制柱、预制梁、预制剪力墙、预制楼板）在工厂制作，运输至现场经吊装、连接（主要以预留外伸钢筋、灌浆套筒实现），部分位置设置现浇区。构成了国内最常见的装配整体式混凝土建筑（“整体”二字说明现场需要后浇混凝土）。
图2 装配式建筑基本构件
图3 装配式钢筋混凝土剪力墙结构（能看到现场需要通过后浇混凝土）
图4 装配式钢筋混凝土框架结构（柱子和梁通过现浇节点连接）
图5 装配式钢筋混凝土框架结构（梁和楼板上面需叠浇一层混凝土）
另外，国外个别国家由于所处地质构造原因很少有地震带，对建筑结构抗震要求不高，所以多采用了干连接的方式（即主体结构在现场没有后浇混凝土施工）进行预制构件的现场拼装，例如德国。但是随着理论研究的深入，各类新型节点不断出现（钢-混凝土节点、耗能节点、预应力钢筋节点等），使得新型干式装配式连接具备了更好的抗震性。图6 德国的装配式钢筋混凝土框架结构（干连接）
常见的装配式混凝土体系还包括：“外挂内浇”（预制装配式外挂墙板）剪力墙体系、双面叠合板式剪力墙体系、全装配整体式剪力墙体系、装配式框架-现浇剪力墙体系、全装配整体式框架体系、提拔体系。装配式混凝土结构具备良好的抗震、保温、隔音等优点，但是构件规格多、重量大、吊装难度大、回收利用不便，不是很适合小型建筑（尤其是当前新农村建设）轻便、灵活、临时的特性和部分功能置换、拆卸回收的使用要求。同时构件的标准化、重复量等等因素其造价相对传统现浇结构高了不少。2）装配式钢结构
钢结构体系在我国曾长期应用于工业建筑、市政桥梁、大跨结构中，出现了轻钢门式刚架、钢框架、钢管桁架、网架结构等多种体系，其受力表现不尽相同所以适用于多种情况，尤其是对体量、跨度、抗震等有特殊要求的构筑物。随着对建筑科学的研究和实践应用的推进，出现了更丰富的钢+混凝土结构形式，如型钢混凝土结构、钢管混凝土结构等混合结构体系，在超高层、大跨结构中广泛应用，展示出超出单独钢结构、混凝土结构体系的优点之和的特点。加上钢结构本身就是工厂加工，现场安装，使得天然具备装配式属性。而近年来所提出的新型装配式钢结构建筑更是希望在原有基础上，增进钢结构在设计、制造、施工等环节上的模数化、机械化、信息化，将构件的加工智能化提升，现场人工操作量进一步简化、统一，尽量以螺栓连接为主，实现工作任务工厂转移的任务。相对于装配式混凝土建筑而言，装配式钢结构建筑具有以下优点:
①没有现场现浇节点，安装速度更快，施质量更容易得到保证；③相对于混凝土结构，钢结构自重更轻，基础造价更低；⑤精心设计的钢结构装配式建筑，比装配式混凝土建筑具有更好的经济性。3）装配式木结构
现代装配式木结构建筑指的是木结构构件如墙体、屋顶、楼板在工厂预制，现场装配而成的木结构建筑，而现场的连接主要以金属连接为主（螺栓、型钢），形成钢-木结构。装配式木结构建筑的最主要的特点是：大量现场施工转移到工厂生产；计算机辅助制造；房屋质量控制由工地前移到工厂，满足严格的质量认证管理要求。装配式木结构建筑在欧洲与北美地区较为发达，这与其丰富的森林资源、完善的木结构标准化体系、商品化的建筑部品库、有效的木加工技术等有关。图7 The Virtuoso多层木结构公寓（加拿大木业协会）
在很长一段时间，我国由于木资源匮乏、现代化的木结构加工与预制装配技术落后，难以保证相应的产能、安装质量、使用功能，现阶段而言装配式木结构建筑目前条件下很还未实现规模化发展。近年来国内部分专家已研究装配式木结构，认为国内已具备试点装配式木结构的基础了。2、装配式建筑全过程
（1）装配式设计
装配式建筑的设计遵循等同原理，等同原理是指装配整体式混凝土结构应基本达到或接近与现浇混凝土结构等同的效果，尤其是指连接方式的等同效果。第二部、考虑建筑和设备专业要求、构件制作、吊装等因素对整体式的结构进行拆分形成构件生产图纸。所以相对传统建筑。装配式建筑设计增加了第二部图纸深化设计环节。下图为某高层住宅（剪力墙结构），在结构计算完毕后确定了构件的尺寸与钢筋配置，之后进行结构构件的拆分，获得不同构件的具体信息（材料、尺寸、钢筋配置以及在结构体系中的位置）。构件拆分得到的便是构件生产图，见图。图8 某装配式剪力墙结构高层住宅拆分示意图
图9 某构件加工图纸
（2）预制构件制作
装配式建筑在经过深化设计之后，相应图纸会送到预制构件厂进行构件生产。以常见的预制钢筋混凝土为例，其制作工艺有两种方式：固定方式和流动方式。固定方式是模台在固定的位置，各种辅助设备工具、构件原材料通过机械或人工运送到模台上操作。流动方式是模台在流水线上移动，也称为流水线工艺，包括手控流水线、半自动流水线和全自动流水线。图10 德国威克曼（Weckenmann）固定模台（固定方式）
图11 德国艾巴维（Ebawe）流动模台（流动方式）
这里简单介绍预制构件主要生产环节，下图为最简单的预制楼板制作流程。图12 预制楼板制作流程
1）模板清理
使用专用清模设备或工具，主要清理台模底模，清理预埋件及其他辅助工装，整理模具及辅件，检查模具及工装，如有损坏，及时修整或更换。2）构件模板安装
模板安装主要根据构件生产图纸正确摆放模具，使用磁吸、螺栓等方式将侧模板安装固定于台模上，完成装模后检查是否合格，模具安装完后涂抹脱模剂。3）钢筋的安装
根据设计图纸要求摆放钢筋或者采用成品钢筋笼安装入模具内，一般情况下叠合楼板等简单构件可以在模台外先绑扎钢筋笼再整体吊入，而相对较复杂的构件（如预制剪力墙）可在模台上测模板就位后安装就位钢筋，，钢筋绑扎后钢筋放置保护层垫块，安装模具挡浆橡胶块。4）预留预埋
预留预埋操作工根据图纸要求安装预埋件，主要有线盒、吊环、吊钉、套筒、预埋管线等，预埋件应固定牢固，应保障在混凝土浇筑、振捣过程中不位移。5）混凝土浇筑和振捣
工厂内一般采用布料机布料，在整体振动平台上进行混凝土振捣，局部不能充分振捣部位辅以人工。6）后处理工序
墙板类构件，表面要求平整，主要工序为表面擀平、抹面、收光；叠合楼板表面需要粗糙度，在混凝土浇捣密实后，后处理操作工人将构件表面整平，再采用拉毛机或手工拉毛，对构件表面进行拉毛处理。7）构件养护
工厂内一般为提高效率，采用养护窑进行蒸汽养护，构件在完成混凝土工序之后进行养护窑，在窑内快速达到可起吊强度。当然包括自然养护，根据现场条件，气候和天气等综合考虑，采用薄膜覆盖，或覆盖洒水养护。8）拆模与起吊吊装
当构件达到可拆除模板和起吊强度之时，使用拆模工具先拆除模板固定装置（磁吸合），然后依次拆除测模板。采用专用吊架将构件从台车上吊起，经检测合格后，吊入成品库堆放。（3）装配式构件的连接
1）灌浆套筒连接
灌浆套筒是由专门加工的套筒、配套灌浆料和钢筋组装的组合体，在连接钢筋时通过注入快硬无收缩灌浆料，依靠材料之间的黏结咬合作用连接钢筋与套筒，最终实现预制构件之间的连接。套筒灌浆施工，预制剪力墙板采用全灌浆或半灌浆套筒连接方式的，所采取的灌浆工艺基本为分仓灌浆法和坐浆灌浆法。采用分仓法灌浆可采用坐浆料或封浆条进行分仓，分仓长度不应大于规定的限值，分仓时应确保密闭空腔，不应漏浆；采用坐浆法灌浆是采用坐浆料将构件与楼板之间的缝隙填充密实，然后对预制竖向构件进行逐一灌浆，坐浆料强度应大于预制墙体混凝土强度。图13 半灌浆套筒
图14 剪力墙的灌浆套筒连接示意图
2）现浇连接
①装配式剪力墙结构
预制剪力墙板之间水平方向上的连接，一般考虑为后浇暗柱连接，其整体性及抗震性能主要依靠后浇暗柱的约束作用来保证，后浇暗柱的尺寸按照受力以及装配施工的便捷性的要求确定，其内部的配筋量参照配筋砌块结构的构造柱及现浇剪力墙结构的构造边缘构件确定。图15 预制剪力墙后浇区域
②装配式框架结构
装配式钢筋混凝土框架结构一般为柱子和梁通过现浇节点连接，部分结构体系采用非节点现浇连接（即后浇区设置在预制柱、预制梁之间）。图16 柱子和梁通过现浇节点连接
图17 非节点现浇连接
3）其他连接施工
①预制叠合剪力墙连接施工
预制叠合剪力墙是指一侧或两侧均为预制混凝土墙板，在另一侧或中间部位现浇混凝土从而形成共同受力的剪力墙结构。预制叠合剪力墙的施工工艺在吊装就位阶段和预制实心剪力墙一致，只是下部预留钢筋直接插入预制叠合剪力墙的空腔内，在完成预制构件校核后、后浇区钢筋绑扎工序、模板工序之后对预制叠合剪力墙空腔进行混凝土浇筑。图18 预制叠合剪力墙
②底部预留后浇区的预制剪力墙施工
底部预留后浇区的预制剪力墙是一种在底部预留一段后浇筑区域，墙体吊装就位后，在预制墙体内预留孔洞，由顶端浇注混凝土，实现下部构件与预留钢筋的连接。图19 底部预留后浇区的预制剪力墙
（4）预制构件吊装
预制钢筋混凝土构件的吊装主要可分为竖向构件和水平构件，主要涉及预制柱、预制剪力墙、预制叠合板、预制叠合梁、预制阳台、预制楼梯等，其中预制剪力墙最为典型，这里做介绍。预制剪力墙吊装施工流程：基层清理及定位放线→封浆条及垫片安装→预制墙板吊运→预留钢筋插入就位→墙板调整校正→墙板临时固定。1）吊装准备
构件检查、编号确认。核实构件编号，确认构件吊装位置，检查构件外观质量，确保配套斜向支撑、预埋件配筋、调整工具就位。构件灌浆套筒或浆锚孔检查。用手电筒补光检查构件灌浆套筒或浆锚孔是否堵塞，当灌浆套筒、预留孔内有杂物时，及时用气体或钢筋清理干净。施工面准备。清理施工层地面，对基层初凝时用钢钎做麻面处理，吊装前用风机清理浮灰，或者进行凿毛处理。预留钢筋复核与调整。吊装预制墙体前，为了提高安装效率，应对预留钢筋位置、长度进行复核。使用特制钢模具检查竖向预留钢筋是否偏位，针对偏位钢筋用校正器（钢管）等工具进行校正。图20 特制钢模具检查竖向预留钢筋是否偏位
2）定位放线
将连接部位浮灰清扫干净，在安装平面上弹出构件安装边线、控制线、分仓线，可在地面标注构件编号；同时对预制构件完成弹线（构件中线、水平控制线、水平构件搁置定位线等）。3）垫块与封边压条放置
垫块放置。现场通过预置钢垫块完成对预制构件的标高和水平接缝厚度的控制，安放好钢垫块后，用水准仪对其标高进行统一调节满足设计要求。图21 标高控制垫块
4）预制剪力墙吊装
根据预制构件形状、尺寸及重量要求选择适宜的吊具。在吊装过程中采用两点起吊，吊索与构件水平夹角不宜小于60°，不应小于45°；尺寸较大或形状复杂的预制剪力墙应选择设置横吊梁等吊具，采用专用横吊梁确保墙体构件整体受力均匀，避免出现内压力和附加弯矩，同时保证构件吊装平稳。吊装过程中保证吊车主钩位置、吊具及构件重心在竖直方向重合。起吊构件吊装采用慢起、快升、缓放的操作方式。起重机缓缓持力，将构件吊离存放架，然后快速运至安装施工层。预制墙体对中安装位置下放，距楼板面1000mm处减缓下落速度，由操作人员引导墙体降落，操作人员观察连接钢筋是否对孔，直至确认下方连接钢筋均准确插入构件的灌浆套筒内。图22平稳就位
5）预制剪力墙校核与固定
安装斜向支撑及底部限位装置。预制墙体吊装就位后，先安装斜向支撑，斜向支撑用于固定调节预制墙体安装垂直度；在预制墙板上部2/3高度处，用斜支撑通过连接对预制构件进行固定，斜撑底部与楼面用地脚螺栓锚固连接，其与楼面的水平夹角不应小于60°，墙体构件用不少于2根斜支撑进行固定（临时斜撑宜设置调节装置，支撑点位置距离底板不宜大于板高的2/3，且不应小于板高的1/2）。预制构件下部可安装限位装置七字码（底部限位装置不少于2个，间距不宜大于4m）或安装2根短斜支撑，用于加固墙体与主体结构的连接，确保后续灌浆与暗柱混凝土浇筑时预制墙体不发生位移。在确保两个墙板斜撑安装牢固后方可解除吊钩。完成初步固定之后，进行预制构件校核与调整。预制墙体通过靠尺校核其垂直度，通过靠尺+塞尺校核墙体之间平整体，如有偏位，通过调整两个斜撑上的螺纹套管来实现，调整时两边要同时调整；通过水准仪观测墙身500mm水平控制线校核标高。最终确保构件的水平位置、垂直度均及标高，最后固定斜向支撑。图23 垂直检查
图24 固定完成
图文来源|土木工程系
排版|大学生记者团 邓雨虹
指导老师|严欢
审核|裴玮
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