裝配式混凝土框架結構設計要點分析

袁崢嶸

摘要： 近年來，裝配式建筑及建筑產業現代化在我國快速發展，推進建筑產業現代化是建筑業適應經濟發展的新常態。裝配式建筑的工程質量和經濟成本成為行業關注的重點，設計是控制工程項目質量和成本的源頭，本文從此視角，對裝配式混凝土框架結構的設計要點做一些探討。

關鍵詞：裝配式混凝土框架結構;設計要點;預制構件;連接節點

裝配式混凝土結構是由預制混凝土構件通過可靠的連接方式裝配而成，具有提高生產效率，節約資源，保護環境等優點。當前，各地政府紛紛出臺政策推動裝配式建筑的發展，發展建筑工業化是推動建筑行業轉型升級與高質量發展的重要手段。裝配式建筑具有多種結構形式，裝配式混凝土框架結構是最常見的結構形式之一，其廣泛應用于多高層的公共建筑中，比如公寓，學校等，本文對裝配式混凝土框架結構設計要點做一些探討。

一、裝配式混凝土框架結構計算分析

裝配式混凝土框架結構設計的基本原則是等同現澆，需采取有效措施加強結構的整體性，應避免平面和豎向不規則，使各節點和接縫受力明確，確保結構可靠。在結構整體計算時，現澆樓蓋和疊合樓蓋，均可假定樓蓋在其自身平面內為無限剛性，樓層梁的剛度增大系數可根據翼緣情況近似取1.3～2.0，框架梁端彎矩調幅系數為0.7～0.8，次梁支座根據主次梁連接節點考慮鉸接或剛接，疊合樓板的傳力路徑根據疊合板的具體設計進行判斷，必要時進行包絡設計。

二、預制構件拆分設計要點

裝配式混凝土框架結構的經濟性很大程度取決于預制構件的拆分。拆分一般以受力構件為單位進行拆分，比如預制柱、疊合梁、疊合板。在保證結構安全的情況下，預制構件的拆分需考慮工廠生產臺模的尺寸、運輸車輛的長寬以及運輸過程中道路涵洞的高度以及施工吊裝機械的限重等方面，遵循少規格，多組合的原則，確定構件的最優尺寸，提高預制構件的標準化。以疊合樓板為例，在臺模寬度為3.6米的生產線上生產，疊合板的短邊最小尺寸不能超過3.2米，疊合板的運輸一般為水平疊放，受運輸車輛寬度的限制，其短邊寬度不宜超過2.4米。不同建筑物之間也可以實現構件的通用性，從而降低構件生產的模具成本。

三、預制構件設計要點

預制構件與后澆混凝土、灌漿料、坐漿材料的結合面應設置粗糙面、鍵槽，增強構件間的粘結性，有利于結構的整體性。裝配式混凝土框架結構中，常見的預制構件有預制柱、疊合梁、疊合板、預制樓梯、預制外掛墻板等。

（一） 預制柱

預制框架柱作為豎向抗側力構件，其布置應該連續，均勻，應避免結構的側向剛度和承載力沿豎向突變。預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，增大間距，便于柱鋼筋連接及節點區鋼筋布置。目前，工程中常見的預制柱連接方式是套筒灌漿，套筒連接區域以上500mm高度區域內柱箍筋需加密，上下預制柱間同一套筒連接處鋼筋大小不宜相差2個等級以上。在高層裝配式混凝土框架結構中，首層柱不宜預制。

（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，預制梁截面可采用矩形和凹口截面。為避免梁柱節點處鋼筋過多發生碰撞，施工安裝不便利，疊合梁配筋宜采用大直徑鋼筋，以減少預制梁外伸鋼筋的根數，必要時在工廠澆筑時進行彎折。主次梁都采用疊合形式時，可采用牛擔板連接節點，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埋、施工等方面的因素，疊合板后澆層的最小厚度不應小于60mm;考慮脫模、吊裝運輸等因素，疊合板的預制板厚度不宜小于60mm，也可采取可靠的構造措施，如設置桁架鋼筋或板肋，增加其剛度。根據預制板接縫構造、支座構造和長寬比，疊合板可按單向板或雙向板設計。按單向板設計時，考慮生產和施工方便，長邊支座可采用附加鋼筋的方式代替不伸出的構造鋼筋，保證樓板的整體性和連續性。高層裝配式混凝土框架結構中，頂層宜采用現澆樓蓋結構。

（四）預制混凝土樓梯

板式樓梯和梁板式樓梯均可采用預制混凝土樓梯，一般與支承構件間采用簡支連接，一般設置固定鉸，另一端設置滑動鉸，其轉動和變形能力需滿足結構層間位移要求。6度區，預制樓梯端部在支承構件上的最小擱置長度為75mm。預制混凝土樓梯要滿足吊裝運輸等短暫狀況下的設計要求，宜設置雙層雙向鋼筋，鋼筋保護層厚度不應小于15mm。建筑層高一定時，預制樓梯的規格尺寸一致，便于批量生產，降低成本，可以解決現澆樓梯模板復雜，施工速度慢的問題。

（五）預制外掛墻板

預制外掛墻板安裝在裝配式混凝土框架結構上，起圍護、裝飾作用，與主體結構的連接應采用柔性連接，適應其變形能力。預制外掛墻板一般以一個層高作為高度，安裝、規格都便于統一。由于外掛墻板受到平面外風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，配筋率應大于等于0.15%，鋼筋直徑不宜小于5mm，間距不宜大于200mm。在預制外掛墻板要在應力集中位置設置加強鋼筋，如門窗洞口周邊、角部。預制外掛墻板接縫間在滿足防火防水隔聲等建筑功能外，還需要考慮主體結構變形、施工誤差以及溫度變形的要求，不應小于15mm。

四、連接節點設計要點

裝配式混凝土框架結構中，節點和接縫是影響結構受力性能的關鍵部位，是結構等同現澆的根本。預制構件節點及接縫處后澆混凝土強度等級不應低于預制構件的混凝土強度等級。預制柱水平接縫，疊合板水平結合面接縫，疊合梁端結合面接縫等均要實現強連接，保證不在接縫處發生破壞，要求接縫的承載力設計值大于被連接的承載力設計值乘以強連接系數。

在框架的節點核心區，梁柱鋼筋在節點中錨固及連接方式要滿足強節點弱接縫，保證節點的受力性能和施工可行性。預制柱疊合梁構件應盡量采用較粗直徑、較大間距的鋼筋布置方式，節點區的主梁鋼筋較少，有利于節點的裝配施工，保證施工質量。

目前，預制外掛墻板與主體結構的連接方式主要有點支承和線支承兩種方式。點支承采用的柔性連接，一般設置4個支承點，上部設置兩個承重節點，下部設置兩個非承重節點，或是上部設置兩個非承重節點，下部設置兩個承重節點。線支承要保證節點在多遇地震和設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，連接區段要避開樓面梁塑性鉸區域。

五、結語

當前，裝配式混凝土結構發展迅速，在滿足建筑設計安全，經濟，適用的的基本原則上，結構設計需探索可靠的連接節點和合理的拆分方案，方便施工，降低造價成本，來推動裝配式混凝土結構的發展，從而實現經濟建設和環境保護雙贏。除此之外，裝配式建筑可利用BIM技術等進行建筑建設項目全過程的監控、管理和優化。

參考文獻：

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