日本预制住宅结构技术体系概述

打印 0条评论来源：中外建筑作者：李峰

1 引言
　　住宅工业化通过预制技术实现住宅建设的高效率、高品质、低资源消耗和低环境影响，具有显著的经济效益和社会效益，是当前住宅建设的发展趋势。日本于20世纪50年代开始将预制混凝土结构应用于建筑领域，至今已形了比较多种完善预制住宅结构技术体系，在住宅产业化方面走在世界的前列。目前，日本预制建筑中所采用的主要的结构体系有壁式预制钢筋混凝土结构（W-PC结构）、壁式预制框架钢筋混凝土结构（WR-PC结构）、预制框架钢筋混凝土结构（R-PC结构）、预制型钢框架钢筋混凝土结构（SR-PC结构）。不同的结构体系对应不同的施工方法，不同的施工方法反过来影响对应结构体系的设计方法，即形成了不同的结构技术体系。本文首先介绍了日本目前主要采用的预制工法，然后总结了相应结构技术体系的特点与接合部的设计原则，以供我国住宅建筑设计与建造从业人员参考。

　　2 W-PC结构技术[1]
　　2.1 W-PC工法的发展
　　W-PC工法开始于1965年，日本住宅公团（即现在的都市基础配备公团）首次利用该工法在日本千叶县建设了4层的住宅楼。同年，日本建筑学会编写了《壁式钢筋混凝土预制结构设计及解说》以及《JASS10混凝土预制结构工程》。1970年SPH（公共住宅用中层大规模建设住宅标准设计）的开发与1971年日本建筑中心《壁式钢筋混凝土预制结构5层公共住宅设计指南及解说》的出版使W-PC工法开始广泛地应用于实际建设，并成为日本经济高速增长时期住宅大规模建设的主要工法。到目前为止，W-PC工法仍然是日本5层以下公共住宅的代表性工法。

　　2.2 W-PC结构技术的特点
　　W-PC工法是将预制的构件在现场吊装连接形成整体结构，因此在设计时需要将W-PC结构分割并预制。W-PC结构主要有三种预制构件：①剪力墙板：连接正交剪力墙的大型钢筋混凝土预制板；②楼面板、屋顶板：连接平行剪力墙的钢筋混凝土预制板；③楼梯板：连接平行剪力墙的钢筋混凝土预制楼梯平台板及连接楼梯平台之间的钢筋混凝土预制板。

　　W-PC结构技术的优点主要有：①将外墙或隔墙作为剪力墙来使用，既合理又经济；②柱或梁不暴露在室内，能够有效利用居住空间；③预制率越高，越能大幅度缩短工期；④施工器具、外部装饰、各种配管等可以事先准备，可以节约现场工作量，弥补技工数量不足的问题；⑤通过减少噪声、振动、粉尘等施工公害和废弃物，大幅度削减木模板的使用量，有利于保护环境。

　　2.3 接合部设计
　　W-PC结构接合部大致有墙-墙接合部、楼板-楼板接合部、墙-楼板接合部。剪力墙竖向接合部需采用混凝土湿接缝连接方式，如果通过计算接缝部分能够满足承载力的要求，也可以采用其它连接方式。剪力墙、预制板和墙梁的接合部必须能够有效传递应力。接合部连接所采用的钢筋、钢材及填充混凝土或砂浆应具备防锈和耐火性能。
　　
　　3 WR-PC结构技术[2]
　　3.1 WR-PC工法的发展
　　WR-PC工法是将用于高层集体住宅的壁式框架钢筋混凝土进行预制的工法。1988年，日本住宅公团首次采用该方法在日本多摩新城地区建造了2栋11层的集体住宅。此后，住宅都市配备公团、九段建筑研究所及预制建筑协会众多资深专家共同进行研究开发，依据实际工程的设计与施工编写了《高层壁式框架钢筋混凝土预制设计、施工指南》。现在，这种工法已成为15层以下的高层集体住宅楼的主要工法之一。

　　3.2 WR-PC结构技术的特点
　　本工法的预制率高，可以与W-PC相比。WR-PC结构主要的钢筋混凝土预制构件有：①壁柱：楼板上端与梁下端之间的扁平矩形钢筋混凝土预制构件；②梁：使相邻壁柱之间的楼板钢筋向外突出的钢筋混凝土半预制构件；③剪力墙板：没有梁的上下层楼板之间的大型钢筋混凝土预制构件；④楼面板：不使用次梁的、大型叠合楼板用钢筋混凝土半预制板。除此之外，外廊、阳台等的悬臂构件、楼梯、填充墙等构件也可以进行预制。

　　WR-PC结构技术的优点主要有：①与壁式构造相同，分户墙没有设置梁，能够有效利用居住空间；②扁平壁柱上面留有设备备用孔，业主可以比较自由地利用自己的房间；③可以缩短工期，有利用环境保护，可以节约劳动力，结构主体质量高，寿命长。

　　3.3 接合部设计
　　WR-PC结构接合部主要有预制柱的水平连接、预制剪力墙的水平连接、半预制梁的叠合面、预制柱与预制剪力墙的竖向连接、半预制梁的竖向连接。设计的基本原则为：①预制构件的水平连接和竖向连接，作为主要结构承载部分，在正常使用时不允许影响使用的裂缝或变形，在设防烈度下不会出现需要修复的损坏，在罕遇地震时不能先于构件破坏；②各个接合部，应根据构件与接合部的位置进行具体设计；③对各接合面应根据接合面的类型设定合适的摩擦系数。

　　4 R-PC结构技术[3]
　　4.1 R-PC工法的发展
　　R-PC工法是将钢筋混凝土框架结构进行预制的工法。从20世纪70年代开始，日本住宅公团和民间的建筑公司开始开发各种工法。1986年，日本建筑学会出版了《钢筋混凝土预制结构的设计与施工》，介绍了各种钢筋混凝土预制化工法。1990年，住宅、都市配备公团的民间开发的工业化住宅中首次采用高层R-PC工法。1990年到1993年实施的“日美大型抗震试验共同研究——预制抗震结构系统（PRESSS）”对包含钢筋混凝土预制构件的钢筋混凝土建筑的设计外力、结构计划、结构分析、构件及接合部设计的相关技术资料进行了汇总，并制定了指南及手册，确立了现在的钢筋混凝土预制化工法。

　　4.2 R-PC结构技术的特点
　　R-PC工法是将现浇的框架预制，与WR-PC工法相比，在建造计划和构造计划上受到的制约较小。考虑施工可行性，设计时需要考虑接合部钢筋的位置、断面尺寸和施工顺序等。混凝土预制构件的接合部设计除了要保证结构的性能外，还需要充分考虑施工可行性。

　　R-PC结构主要的钢筋混凝土预制构件有：①柱：楼板上端与梁下端之间的扁平矩形钢筋混凝土预制构件；②梁：使相邻柱之间的承受楼板等荷载的钢筋混凝土半预制构件；③楼板：不使用次梁的、钢筋混凝土半预制板。除此之外，外廊、阳台等的悬臂构件、楼梯、填充墙等构件可以与WR-PC一样进行预制。

　　4.3 接合部的设计
　　R-PC结构的接合部主要有柱端的水平接合部、梁端的竖向接合部、预制墙的水平接合部、预制墙的竖向接合部、楼板端部的竖向接合部、楼板的水平接合面、小梁端部的竖向接合部。R-PC结构接合部的设计时要求必须确保预制构件接合部具有与现浇混凝土相同的结构性能、耐久性和功能性，在出现暴风与发生旱遇地震时预制构件接合部不会产生滑脱或较大的残留裂缝，在发生旱遇地震时允许预制墙的竖向接合部和水平接合部发生滑脱，但建筑不倒塌。
　　
　　5 SR-PC结构技术[4]
　　5.1 SR-PC工法的发展
　　SR-PC工法是将型钢与钢筋混凝土结构的柱、梁、剪力墙等进行预制的技术。20世纪60年代后半叶，由于住宅建设用地状况开始紧张，日本集体住宅开始呈现高层化发展的趋势。到了70年代，日本住宅公团开始使用将型钢钢筋混凝土进行预制的H-PC工法来大量建设住宅，并迅速在日本普及该方法。H-PC工法是指在柱或梁上使用H型钢的钢筋混凝土预制化工法，需要根据结构或施工条件选择最合适的预制构件组合。H-PC结构中钢筋混凝土预制构件的连接主要为型钢焊接，结构主要依靠型钢承受荷载。后来，钢筋连接方法的发展使得钢筋混凝土能于型钢钢筋混凝土一样承受荷载。另外，钢材价格的暴涨，促进了这种工法的发展。为了区别于H-PC工法，将型钢钢筋混凝土能参与承载的工法称作SR-PC工法。SR-PC工法适用于11~15层的高层住宅，但近年来这种工法也常用于大跨度、不规则建筑及超高层建筑。

　　5.2 SR-PC结构技术的特点
　　SR-PC结构主要有内含H型钢的梁、剪力墙与半预制钢筋混凝土叠合楼板三种预制构件。钢预制型钢混凝土构件中的型钢与混凝土共同承担荷载。梁和柱可以做成“十”字形、“艹”字形或者“ ”字形的整体构件，在梁和柱的跨中央附近用高强螺栓将型钢连接起来，可以降低梁柱节点连接的施工难度。

　　5.3 接合部的设计
　　SR-PC结构中钢构件一般通过焊接或高强螺栓进行连接，钢筋通过接头连接。SR-PC结构接合部主要有柱端水平接合部、预制梁端竖向接合部、预制墙-预制墙竖向接合部、预制墙-预制柱接合部、叠合板的水平叠合面、叠合板-叠合板水平接合部等。预制柱与预制梁的接合部可以设在层高的中部或者梁跨的中部。

　　6 结语
　　预制建筑具有工期短、有助于环境保护、节约劳动力、主体质量高、寿命长等优点，已成为当前世界建筑发展的趋势。日本在预制建筑领域起步较早，已经形成了比较完善的结构技术体系，其中的W-PC、WR-PC、R-PC、SR-PC结构技术体系是目前日本最广泛采用的几种技术体系。日本预制结构技术理论与经验值得我国住宅建筑设计与建造从业人员的学习与借鉴。

　　参考文献：
　　[1] 社団法人プレハブ建築協会. プレキャスト建築技術集成.第2編.W-PCの設計. 社団法人プレハブ建築協，2003.1.
　　[2] 社団法人プレハブ建築協会. プレキャスト建築技術集成.第3編.WR-PCの設計.社団法人プレハブ建築協，2003.1.
　　[3] 社団法人プレハブ建築協会.プレキャスト建築技術集成.第4編.R-PCの設計. 社団法人プレハブ建築協，2003.1.
　　[4] 社団法人プレハブ建築協会. プレキャスト建築技術集成.第1編.プレキャスト建築総論. 社団法人プレハブ建築協，2003.1.