第!"卷 第#期 建 筑 结 构 "$$"年#月
［编者按］ 余占疏（%&%&’((）先生是美籍华人，美国工程院院士，预制与预应力混凝土结构的著名国际权威。他
在美国、环太平洋和中东地区设计建造了数以百计的预制与预应力混凝土迭合式多层和高层房屋建筑，这些房屋
经受了多次强烈地震，抗震性能十分良好。本文是余博士)$多年来从事迭合式结构实践经验的总结。文章深入
浅出、扼要地从理论到实践阐述了预制与现浇相结合的迭合式结构（半装配式结构）的优越性。为此，特邀请杜拱
辰教授将原文译成中文，以飨读者。承蒙*+,杂志和余博士同意在《建筑结构》发表，特此志谢！
预制与预应力混凝土的结构和经济效益
%-./(0%&’((（余占疏）
（%11-2(03(4567-789+7/17/:;276 <767-=-=，<:>:22，?@%）
［提要］ 阐述在框架结构中采用预制与预应力混凝土的结构效率和经济利益。用先张混凝土预制构件和就
位现浇面层混凝土相接合所形成的迭合式结构（半装配式结构）体系，比全现浇结构体系重量更轻、更省材料。
在现浇混凝土面层之前，先对预制先张混凝土梁、板加以支撑，然后浇灌混凝土面层，又可进一步减小构件的
截面尺寸和重量。用预制构件中的钢筋伸入并锚固于后浇混凝土中所构成的连接方法，可以代替其它一些连
接方法，或者和其它方法混合使用，例如与机械套筒连接混用。用预制构件体系装配成的房屋建筑框架，结构
的整体性好，具有足够的强度、刚度和耐久性以抵抗地震荷载。
［关键词］ 预制混凝土结构 预应力混凝土结构 迭合板 支撑 构件连接 抗震 结构体系 经济
长期以来，预制与预应力混凝土的建筑产品和结
构产品由于其高质量而受到建筑师与工程师的赞赏和
重视。预制混凝土可以浇筑成各种形状和尺寸的产
品，采用预加应力，还可以做到比现浇钢筋混凝土构件
长得多的跨度。几何形状复杂的模板，尤其是建筑装
饰混凝土构件，制作和支撑难度都很大，然而，采用预
制的方法，其制作与安装就比现浇的便宜得多。
预制混凝土产品是在工厂控制条件下生产的，预
制生产者可以把产品尺寸做到非常精确、平整，装饰和
色彩一致。预制混凝土在房屋建筑中成功应用的几个
实例示于图A!)。预制工艺及其应用的背景信息见
文献［A］!［!］。
一、迭合式的梁和板
通过几个例子就足以说明预制与预应力混凝土能
节省相当多的混凝土和钢材。在先张预应力预制板上
再现浇混凝土面层形成的迭合板就比常规现浇板节约
大量材料。表A左栏显示出在现浇混凝土面层之前就
对预制板跨中加以支撑所带来的节约情形。除节约材
料外，还大大节约了模板，因为预制板既是模板，又是
迭合板的组成部分。
对各种截面形式的梁可用最少的材料做到最大的
强度，做到高效率与经济。对先张预应力预制矩形截
面简支梁，再就地现浇混凝土面层能节约大量混凝土
和钢材。如将先张预应力梁设计成效率更高的几何截
面，尚能进一步节约材料（见表A）。
对结构效率更高的截面，其模板制作费用比矩形
截面的更贵。但在大量生产条件下由于模板的多次重
复使用，每一产品分摊的模板费用将很低，和预制构件
材料节约累计数量相比微不足道。这一好处的重要性
不只是节省当前的经济投入，也有利于节约能源和自
然资源，对环境保护具有长期效益。
图A 格构装饰与阳台 图" 预制外墙板、遮阳罩和女儿墙
二、支撑的作用与经济效益
多年来，在现场浇筑混凝土面层之前，对预制单元
要不要加以支撑，是一个长期争论不休的问题。在劳
动力昂贵的地区，例如，北美的承包商为了加快施工速
度，多避免采用支撑。然而这样做势必多用材料去制
作更大、更重的预制构件，以承受后浇混凝土迭合面层
的荷重。除多用材料对环境产生的负面效应之外，重
量较大的预制构件的搬动、运输和安装费用也更贵。
!
现浇与预制与预应力混凝土构件的材料用量对比（活荷载!"#$%&／’(） 表!
构件类型
预加支撑板（板跨度)’） 预加支撑梁（梁跨度$(’，梁中距*’）
现浇设计 迭合预制设计 现浇设计 迭合预制设计
构件剖面
混凝土
普通钢筋
预应力钢绞线
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梁、板设置与不设置支撑时的材料用量对比（活荷载!"#$%&／’(，施工荷载$"*!%&／’(） 表"
构 件 梁（跨度$(’，梁中距*’） 板（跨度)’）
支撑情况 有 无 有 无 有 无
构件剖面
混凝土
普通钢筋
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图! 火奴鲁鲁$#..年建造的!!层公寓
（预制构件：迭合预制板、阳台板和墙板）
图* 沙特阿拉伯金融中心大楼
（预制构件：楼板、梁、柱和承重墙板）
此外，支承这些构件还要用更大的柱子与基础。
对预制梁或板加以支撑可以减小后浇混凝土面层
对构件引起的弯矩，这就有利于减小构件截面和节省
相当多的材料。问题是材料的节约是否超过支撑的费
用？用不用支撑对梁、板材料用量的影响列于表(。
显而易见，采用支撑可以节约相当多的钢材与混凝土，
当然对比还需要考虑支撑的费用。
支撑还有其它一些好处，例如，对每一块预制梁或
板的跨中加以支撑，可以保持构件与构件之间的反拱
一致，因为这些预制构件是由支撑支承的，所以在后浇
混凝土面层时限制了构件的挠度与端头的转动。负弯
矩钢筋对抵抗随后增加的恒载与活载弯矩更为有效。
图, 普渡大学水平剪力试验的设备装置与荷载形式［.］
（考虑!+0的冲击荷载和$百万次的周期荷载）
图. 迭合板在一般荷载条件下的计算水平剪应力
（楼板活荷载为!"#$%&／’(）
* ????? ????
图! 迭合混凝土连接接头的典型例子
图" 为发挥连续和迭合作用配制的钢筋
此外，支撑可以将初始反拱调整到要求的水平，用以抵
消预期的长期挠度。
对桥梁而言，加支撑可能不切实际，因为支撑比较
高，用料多，同时在河道中架立支撑比较困难和危险，
而且会影响桥下的交通。在这些情况下，预制混凝土
构件都按承受后浇混凝土面层荷载设计，而不考虑采
用支撑。
三、抗剪强度
预制板与梁一般都采用与后浇混凝土面层相迭合
的做法以取得要求的抗弯与抗剪强度。对一般跨度与
荷载条件下的梁，由竖向腹板中伸出到现浇板中的箍
筋面积是按梁的抗竖向剪力设计的。这一钢筋面积一
般都能满足预制梁与就地后浇混凝土板之间的水平剪
力要求。对荷载特别大的构件，例如支承机械设备的
预制梁或板，预制构件与后浇迭合面层之间的水平剪
应力可能会很大，这一点应该注意。
各本建筑结构设计规范对这些水平抗剪拉筋的设
计都提出了各自的设计规则。#$%&’"—((［)］建筑设
计规范给出当采用剪力筋时，其数量将不低于梁式构
件要求的竖向抗剪箍筋面积。用于一般跨度和荷载条
件下的迭合板，如果预制板混凝土的表面经过扫帚刷
毛处理，则预制板与就地后浇面层之间的水平抗剪拉
筋可以省去。
普渡大学的试验研究结果［*］表明，不设抗剪拉筋
的这种毛糙接触面（如扫帚刷毛处理）的名义极限水平
抗剪应力为!(&+,-。这一数值是根据等效静力荷载
和一百万次循环荷载试验两种方法得出来的。
图)为普渡大学的试验装置和加载布置。图*为
房屋建筑一般跨度和荷载条件下迭
合板计算要求的水平剪应力。对跨
度./ 和"/ 的板，在活荷载&0(’
+1／/2的条件下，乘以分项安全系
数后计算要求的水平剪应力分别为
2)"+,-和.2&+,-。
上述要求的剪应力大大低于不
设抗剪拉筋的迭合面的极限抗剪应
力!(&+,-，所以通常认为，在一般房
屋建筑的荷载与跨度（./和"/）条件下，如果预制板
的板面经过刷毛处理，就不需要再用抗剪拉筋。
四、构件的连接方法
用预制构件连接成框架结构最灵活和实用的方法
是将预制构件中的钢筋伸入到现浇钢筋混凝土接头之
中。这种连接方法可以大大减小预制构件尺寸误差和
拼装精度的不利影响，使框架结构的所有接头都能起
到安全、连续和整体的作用。这就对构件尺寸和拼装
精度的要求可以有所降低，因为实际上这是一种“保险
（3-4567-38）”接头。
迭合连接的几个应用实例示于图!。这种现浇连
接接头对要求支承长度的少许改变，并不影响结构的
整体性。现浇混凝土很容易吸收这些尺寸的误差，并
可通过附加钢筋发挥体系的连续性和迭合整体作用。
增加的负弯矩钢筋不仅能发挥构件的连续作用，
还对支承点处预制梁或预制板的端面产生高压应力。
这种压应力有助于发挥摩擦剪应力，亦即增加接头的
竖向抗剪能力，这也就降低了预制梁或板对大梁或承
重墙支承面积要求的重要性。预制梁或板的钢筋或预
应力筋也可伸出端面以发挥附加摩擦抗剪能力。
在地震区的这些接头将承受预期的变号弯矩，从
梁或板底部伸出的水平钢筋应搭接或焊牢，以抵抗要
求的正弯矩。
图!（-）中支承在墙上的预制板，由于墙体都比较
薄，支承面积一般都很小。在这种情况下，从预制板底
部伸出的斜弯筋应交叉锚于墙上现浇面层混凝土中。
这些斜弯交叉筋的设计应按迭合板承受的全部竖向剪
力考虑，所以预制板的支座面积问题不大。
)
图! 不同预制混凝土构件中钢筋连接套筒的典型布置
图"# 钢筋用机械套筒连接的柱子足尺试验性能
图"" 弯矩重分布
这种做法形成的接点是很安全的，甚至预制板即
使不支承在墙壁上，接点仍然是安全的，因为迭合板的
全部竖向剪切荷载仍能由板底伸出的弯起钢筋承担。
此外，现浇面层混凝土中增加的负弯矩筋对预制板端
面产生的高压应力又为板提供了附加的摩擦抗剪能
力。这一概念示意于图$。图中预制板的长度不足，
不能如原设计那样支承在预制墙上，然而问题并不严
重，因为从板中伸出的交叉弯起钢筋仍能形成一个可
靠的接头。
在预制混凝土构件中，采用机械套筒（%&’()*’+,
-,&&.&）将钢筋连接成一体的做法已广泛用于连接竖向
构件，如柱与墙板，同样也可有效地用以连接水平构件
（图!）。对预制柱，机械套筒可以埋在预制构件中，再
从外面压入灰浆以形成全连接的钢筋接头。安装构件
时，也不再要预留巢穴和填补混凝土。
图"/ 可供选择的拼成框架的部件
这些连接套筒通
过了足尺预制框架模
型的试验，以及0##万
次的重复循环荷载试
验［1，$］（图"#）。试验结
果表明，使用机械套筒
连接的预制混凝土柱在强度和延性上相当于或优于通
长配筋的现浇混凝土柱，十分安全可靠。
五、弯矩重分布
从生产的经济出发，预制混凝土梁和板的设计应
尽可能考虑构件的一致性与重复性，以适应跨度和荷
注：希望大厦为面积$2!万%/的34层办公大楼，按地震烈
度$度设计。楼盖结构原设计为现浇方案，改用预制方案
后，混凝土与钢材用量大大减少，施工速度加快，楼面结构
施工进度为"层／45。
图"4 大连希望大厦
6 ????? ????
载在一定范围内的变化。这样生产的预制构件将具有
相同的正弯矩配筋，而结构总弯矩要求的其余部分，则
可根据需要用负弯矩筋面积来调整（图!!）。
这一概念是以负弯矩钢筋塑性变形引起的弯矩重
分布为依据的。除非得到进一步实验或新的分析方法
的证明，"#$规范建议的弯矩重分布的最大容许值为
%&’。如果跨度与荷载计算要求的弯矩重分布超过
%&’，则原设计的标准梁、板应重新设计，以满足对统
一的正弯矩抵抗能力的需要。
图!( )*++,-./0*1华盛顿!&&广场的一座%%层大楼，外墙面系
由水平方向和竖直方向将预制板拼成的空腹桁架式墙壁
六、预制结构体系
过去的研究与大量试验表明：预制构件的连接，采
用机械套筒和迭合预制楼面体系设计的多层建筑结构
框架，可以抵抗最严重的地震力。技术上的进步已经
达到了对任何常用的框架结构，都可以采用拼装预制
构件的做法来建造具有抗震能力的整体结构。
图!%表明一个多层房屋框架如何运用现代预制
技术生产部件再拼装连接成整体。在过去(&年中，这
些迭合式预制框架体系已经在地震区和非地震区成功
地建成了数以千计的高层和低层房屋。图!2!!3为
采用迭合式预制框架建成的一些优秀房屋实例。
经验足以信服地表明，这种体系能产生需要的强
度、刚度、延性和整体作用，地震时整座房屋结构能安
全地抵抗强大的水平与竖向的地面加速度。预制混凝
土框架体系的抗震能力已经经受了强震的检验，例如
出现于关岛的里氏45!级，菲律宾马尼拉的里氏65%
级和日本大阪的里氏758级地震。实践证明它是强震
区最适合的框架结构形式之一。
七、结束语
总之，用预制预应力混凝土构件可以快速与经济
地建造房屋建筑和其它结构。通过工厂控制的大批量
生产技术，劳动效率得以大大提高，同样，材料质量与
人工水平也都有显著提高。
将预制构件竖向和水平方向连成一体组成的迭合
式框架结构，具有良好的整体性能、足够的强度、刚度
和延性，能安全地抵抗地震力。机械套筒连接和就地
现浇钢筋混凝土是将全部预制构件连成迭合式框架的
有效连接手段。采用这些迭合框架结构体系建成的高
层和低层房屋建筑，在过去(&年的强震中，表现出很
好的抗震能力。
译自9#$杂志%&&!年第(期“:;<=>;=<-0-+?@>/A
+/B*>-0C,+,D*;1/D9<,>-1;／9<,1;<,11,?#/+><,;,#/+A
1;<=>;*/+”一文。
（杜拱辰译）
参 考 文 献
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