袁崢嶸

摘要： 近年來(lái)，裝配式建筑及建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化在我國(guó)快速發(fā)展，推進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化是建筑業(yè)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新常態(tài)。裝配式建筑的工程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)成本成為行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)是控制工程項(xiàng)目質(zhì)量和成本的源頭，本文從此視角，對(duì)裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)做一些探討。

關(guān)鍵詞：裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)要點(diǎn);預(yù)制構(gòu)件;連接節(jié)點(diǎn)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是由預(yù)制混凝土構(gòu)件通過(guò)可靠的連接方式裝配而成，具有提高生產(chǎn)效率，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前，各地政府紛紛出臺(tái)政策推動(dòng)裝配式建筑的發(fā)展，發(fā)展建筑工業(yè)化是推動(dòng)建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)與高質(zhì)量發(fā)展的重要手段。裝配式建筑具有多種結(jié)構(gòu)形式，裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)是最常見的結(jié)構(gòu)形式之一，其廣泛應(yīng)用于多高層的公共建筑中，比如公寓，學(xué)校等，本文對(duì)裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)做一些探討。

一、裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則是等同現(xiàn)澆，需采取有效措施加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，應(yīng)避免平面和豎向不規(guī)則，使各節(jié)點(diǎn)和接縫受力明確，確保結(jié)構(gòu)可靠。在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，現(xiàn)澆樓蓋和疊合樓蓋，均可假定樓蓋在其自身平面內(nèi)為無(wú)限剛性，樓層梁的剛度增大系數(shù)可根據(jù)翼緣情況近似取1.3～2.0，框架梁端彎矩調(diào)幅系數(shù)為0.7～0.8，次梁支座根據(jù)主次梁連接節(jié)點(diǎn)考慮鉸接或剛接，疊合樓板的傳力路徑根據(jù)疊合板的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行判斷，必要時(shí)進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。

二、預(yù)制構(gòu)件拆分設(shè)計(jì)要點(diǎn)

裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性很大程度取決于預(yù)制構(gòu)件的拆分。拆分一般以受力構(gòu)件為單位進(jìn)行拆分，比如預(yù)制柱、疊合梁、疊合板。在保證結(jié)構(gòu)安全的情況下，預(yù)制構(gòu)件的拆分需考慮工廠生產(chǎn)臺(tái)模的尺寸、運(yùn)輸車輛的長(zhǎng)寬以及運(yùn)輸過(guò)程中道路涵洞的高度以及施工吊裝機(jī)械的限重等方面，遵循少規(guī)格，多組合的原則，確定構(gòu)件的最優(yōu)尺寸，提高預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化。以疊合樓板為例，在臺(tái)模寬度為3.6米的生產(chǎn)線上生產(chǎn)，疊合板的短邊最小尺寸不能超過(guò)3.2米，疊合板的運(yùn)輸一般為水平疊放，受運(yùn)輸車輛寬度的限制，其短邊寬度不宜超過(guò)2.4米。不同建筑物之間也可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的通用性，從而降低構(gòu)件生產(chǎn)的模具成本。

三、預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

預(yù)制構(gòu)件與后澆混凝土、灌漿料、坐漿材料的結(jié)合面應(yīng)設(shè)置粗糙面、鍵槽，增強(qiáng)構(gòu)件間的粘結(jié)性，有利于結(jié)構(gòu)的整體性。裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)中，常見的預(yù)制構(gòu)件有預(yù)制柱、疊合梁、疊合板、預(yù)制樓梯、預(yù)制外掛墻板等。

（一） 預(yù)制柱

預(yù)制框架柱作為豎向抗側(cè)力構(gòu)件，其布置應(yīng)該連續(xù)，均勻，應(yīng)避免結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力沿豎向突變。預(yù)制柱截面尺寸不宜小于400mm，且不宜小于同方向梁截面寬的1.5倍，其縱向受力鋼筋的直徑不宜小于20mm。采用大直徑鋼筋及較大的柱截面，可減少鋼筋根數(shù)，增大間距，便于柱鋼筋連接及節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋布置。目前，工程中常見的預(yù)制柱連接方式是套筒灌漿，套筒連接區(qū)域以上500mm高度區(qū)域內(nèi)柱箍筋需加密，上下預(yù)制柱間同一套筒連接處鋼筋大小不宜相差2個(gè)等級(jí)以上。在高層裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)中，首層柱不宜預(yù)制。

（二）疊合梁

疊合框架梁的后澆混凝土疊合層厚度不宜小于150mm，次梁的后澆混凝土疊合厚度不宜小于120mm，預(yù)制梁截面可采用矩形和凹口截面。為避免梁柱節(jié)點(diǎn)處鋼筋過(guò)多發(fā)生碰撞，施工安裝不便利，疊合梁配筋宜采用大直徑鋼筋，以減少預(yù)制梁外伸鋼筋的根數(shù)，必要時(shí)在工廠澆筑時(shí)進(jìn)行彎折。主次梁都采用疊合形式時(shí)，可采用牛擔(dān)板連接節(jié)點(diǎn)，相比主梁開槽連接吊裝方便、拼裝便捷。

（三）疊合板

考慮樓板的整體性要求以及管線預(yù)埋、施工等方面的因素，疊合板后澆層的最小厚度不應(yīng)小于60mm;考慮脫模、吊裝運(yùn)輸?shù)纫蛩?，疊合板的預(yù)制板厚度不宜小于60mm，也可采取可靠的構(gòu)造措施，如設(shè)置桁架鋼筋或板肋，增加其剛度。根據(jù)預(yù)制板接縫構(gòu)造、支座構(gòu)造和長(zhǎng)寬比，疊合板可按單向板或雙向板設(shè)計(jì)。按單向板設(shè)計(jì)時(shí)，考慮生產(chǎn)和施工方便，長(zhǎng)邊支座可采用附加鋼筋的方式代替不伸出的構(gòu)造鋼筋，保證樓板的整體性和連續(xù)性。高層裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)中，頂層宜采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)。

（四）預(yù)制混凝土樓梯

板式樓梯和梁板式樓梯均可采用預(yù)制混凝土樓梯，一般與支承構(gòu)件間采用簡(jiǎn)支連接，一般設(shè)置固定鉸，另一端設(shè)置滑動(dòng)鉸，其轉(zhuǎn)動(dòng)和變形能力需滿足結(jié)構(gòu)層間位移要求。6度區(qū)，預(yù)制樓梯端部在支承構(gòu)件上的最小擱置長(zhǎng)度為75mm。預(yù)制混凝土樓梯要滿足吊裝運(yùn)輸?shù)榷虝籂顩r下的設(shè)計(jì)要求，宜設(shè)置雙層雙向鋼筋，鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于15mm。建筑層高一定時(shí)，預(yù)制樓梯的規(guī)格尺寸一致，便于批量生產(chǎn)，降低成本，可以解決現(xiàn)澆樓梯模板復(fù)雜，施工速度慢的問(wèn)題。

（五）預(yù)制外掛墻板

預(yù)制外掛墻板安裝在裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)上，起圍護(hù)、裝飾作用，與主體結(jié)構(gòu)的連接應(yīng)采用柔性連接，適應(yīng)其變形能力。預(yù)制外掛墻板一般以一個(gè)層高作為高度，安裝、規(guī)格都便于統(tǒng)一。由于外掛墻板受到平面外風(fēng)荷載和地震作用的雙向作用，其厚度不宜小于100mm，宜采用雙層雙向配筋，配筋率應(yīng)大于等于0.15%，鋼筋直徑不宜小于5mm，間距不宜大于200mm。在預(yù)制外掛墻板要在應(yīng)力集中位置設(shè)置加強(qiáng)鋼筋，如門窗洞口周邊、角部。預(yù)制外掛墻板接縫間在滿足防火防水隔聲等建筑功能外，還需要考慮主體結(jié)構(gòu)變形、施工誤差以及溫度變形的要求，不應(yīng)小于15mm。

四、連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)和接縫是影響結(jié)構(gòu)受力性能的關(guān)鍵部位，是結(jié)構(gòu)等同現(xiàn)澆的根本。預(yù)制構(gòu)件節(jié)點(diǎn)及接縫處后澆混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于預(yù)制構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)。預(yù)制柱水平接縫，疊合板水平結(jié)合面接縫，疊合梁端結(jié)合面接縫等均要實(shí)現(xiàn)強(qiáng)連接，保證不在接縫處發(fā)生破壞，要求接縫的承載力設(shè)計(jì)值大于被連接的承載力設(shè)計(jì)值乘以強(qiáng)連接系數(shù)。

在框架的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，梁柱鋼筋在節(jié)點(diǎn)中錨固及連接方式要滿足強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱接縫，保證節(jié)點(diǎn)的受力性能和施工可行性。預(yù)制柱疊合梁構(gòu)件應(yīng)盡量采用較粗直徑、較大間距的鋼筋布置方式，節(jié)點(diǎn)區(qū)的主梁鋼筋較少，有利于節(jié)點(diǎn)的裝配施工，保證施工質(zhì)量。

目前，預(yù)制外掛墻板與主體結(jié)構(gòu)的連接方式主要有點(diǎn)支承和線支承兩種方式。點(diǎn)支承采用的柔性連接，一般設(shè)置4個(gè)支承點(diǎn)，上部設(shè)置兩個(gè)承重節(jié)點(diǎn)，下部設(shè)置兩個(gè)非承重節(jié)點(diǎn)，或是上部設(shè)置兩個(gè)非承重節(jié)點(diǎn)，下部設(shè)置兩個(gè)承重節(jié)點(diǎn)。線支承要保證節(jié)點(diǎn)在多遇地震和設(shè)防地震作用下的抗震性能，罕遇地震作用下外掛墻板頂部剪力鍵不破壞，連接鋼筋不屈服。外掛墻板上部與樓面梁連接時(shí)，連接區(qū)段要避開樓面梁塑性鉸區(qū)域。

五、結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，在滿足建筑設(shè)計(jì)安全，經(jīng)濟(jì)，適用的的基本原則上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需探索可靠的連接節(jié)點(diǎn)和合理的拆分方案，方便施工，降低造價(jià)成本，來(lái)推動(dòng)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)雙贏。除此之外，裝配式建筑可利用BIM技術(shù)等進(jìn)行建筑建設(shè)項(xiàng)目全過(guò)程的監(jiān)控、管理和優(yōu)化。

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