預制裝配式框架結構的設計與應用

上海市建工設計研究院有限公司 上海 2000235

1 工程概況

背景項目為某地塊的商業(yè)建筑，建筑面積1 695 m2，其中地上3層1 215 m2，地下1層480 m2。總建筑高度12 m，為框架結構。地下部分現(xiàn)澆，地上部分為預制結構。預制率高于70%，主要預制構件包括：預制柱、預制疊合梁、預制疊合樓板。屋面為現(xiàn)澆樓板（圖1）。

圖1 某商業(yè)樓立面示意

當住宅樓的外墻板、陽臺、飄窗等外圍護構件采用預制清水混凝土時，這些構件并不參與主體結構抗震，僅作為建筑非結構構件與主體結構連接。而此次實踐項目的主要承重構件均采用預制，即采用在工廠預制、現(xiàn)場拼裝的方式進行設計施工[1]。現(xiàn)場裝配施工相較傳統(tǒng)的施工方式，可最大程度地減少建筑垃圾的產生、建筑污水的排放、建筑噪聲的干擾、有害氣體及粉塵的排放。

2 預制構件優(yōu)點

預制構件能夠最大程度改善結構精度，減少墻體開裂等質量通病。在精確度上，以混凝土柱的垂直度誤差為例，按照傳統(tǒng)施工方法制作的混凝土構件尺寸誤差允許值為5～8 mm，而預制方式生產的混凝土柱子的誤差在2 mm以內；在結構性能上，采用工廠化制作能有效保證結構力學性，且離散性小；另外，預制構件施工速度快、產品質量好、表面光潔度高，能達到清水混凝土的裝飾效果，使結構與建筑統(tǒng)一協(xié)調；最后，工廠化生產節(jié)能，有利于環(huán)保，降低現(xiàn)場施工的噪聲，且防火性能好[2]。

本項目為預制裝配式框架結構，主要受力構件按標準化設計，根據(jù)結構及建筑特點，將柱、梁、樓板等構件拆分，在工廠進行標準化預制生產，現(xiàn)場采用塔吊等大型設備進行安裝，形成房屋建筑。工廠預制如圖2、圖3所示。

圖2 工廠預制梁

圖3 工廠預制柱

現(xiàn)場施工除基礎和構件節(jié)點等部位采用混凝土現(xiàn)澆外，主要為機械化安裝。安裝順序為：框架柱→框架梁→疊合樓板。其施工速度快、效率高，可減少操作工人。

3 連接接縫構造節(jié)點

本項目設計中需要解決的主要是預制構件的連接接頭問題，接頭包括現(xiàn)澆柱與預制柱的連接、預制柱與預制梁的連接、預制主次梁間的連接及疊合板與預制梁的擱置節(jié)點等4大方面。連接接頭根據(jù)結構的受力性能和施工條件，并能保證結構的整體性進行設計，且構造簡單、傳力直接。同時考慮到施工和使用過程中的溫差和混凝土收縮等不利影響，適當增加構造配筋，避免有構件出現(xiàn)局部削弱而引起應力集中，構件接頭接縫澆筑采用C40細石混凝土。

3.1 現(xiàn)澆柱與預制柱的連接

本項目的地下室為現(xiàn)澆，上部結構為預制，存在底部現(xiàn)澆框架柱與上部預制框架柱的連接節(jié)點。預制柱的縱向鋼筋連接可采用套筒灌漿、漿錨及焊接方式，由于本工程高度為12 m，層數(shù)為3層，屬于低層框架結構，故考慮預制柱的縱向鋼筋連接采用相對簡單、造價低的焊接方式。現(xiàn)澆柱與預制柱連接采用榫式連接（圖4）。

圖4 底層柱連接構造

3.2 預制柱與預制梁的連接

預制柱與預制梁的連接如圖5所示。

圖5 中間層中柱節(jié)點梁筋構造

3.3 預制主次梁間的連接

預制主次梁間的連接如圖6所示。

3.4 疊合板與預制梁的擱置節(jié)點

樓板為預制疊合板，采用桁架式配筋形式，采用這種配筋形式不但可以保證上部現(xiàn)澆混凝土內鋼筋位置的準確，而且還可大大提高預制與現(xiàn)澆部分結合面的強度和樓板剛度（圖7）。相對于全現(xiàn)澆樓板而言，疊合樓板的預制部分可以作為現(xiàn)澆部分的模板，不用拆模，其整體性好于全預制樓板，比較適合用于地震區(qū)[3-5]。

圖6 主次梁連接構造

圖7 疊合板擱置節(jié)點

4 工廠化制作過程

在裝配式混凝土結構設計過程中，注重為構件的工廠化制作提供便利，本項目中采取的措施有：一是將梁高控制在統(tǒng)一范圍內，這樣有利于控制預制柱的柱頂標高；二是合理配置梁柱鋼筋，這樣有利于鋼筋上下或水平搭接；三是合理減少預制疊合板的規(guī)格種類，這樣有利于工廠化制作。

項目施工過程中，原本3層高12 m的框架柱在工廠一次制作成型，但經多次深入現(xiàn)場，與施工人員積極溝通后，發(fā)現(xiàn)制作高12 m的柱子會增加構件的支護費、機械臺班費，并給吊裝構件帶來不便，從而延長施工周期。故適當調整設計，將高12 m的柱分段制作，增加柱與柱的連接節(jié)點，以滿足現(xiàn)場施工的便利性。

5 結語

本項目采用預制框架結構，較之傳統(tǒng)施工方法節(jié)約人工50%；節(jié)約常規(guī)周轉材料約80%；內外裝飾工期短，竣工時間可縮短約20%；基本避免現(xiàn)場濕作業(yè)，減少建筑垃圾70%，節(jié)約施工用水約50%，大量減少了噪聲污染，在節(jié)能環(huán)保方面優(yōu)勢明顯[6]。