預制裝配式建筑結構的設計要點

（上海誠建建筑規劃設計有限公司，上海 200081）

0 前言

蘇州市虎丘C 地塊定銷房建設項目，總建筑面積約27.64 萬m2。其中包括17 棟高層，地上16～26 層，地下1 層，采用鋼筋混凝土裝配整體式剪力墻結構，抗震設防烈度7 度,設計基本地震加速度0.1g，標準設防類，抗震等級二級或三級，樓蓋采用預制桁架疊合板密拼。本工程包含的預制構件主要有：預制夾心保溫外墻板（含凸窗的墻板）、內墻板、鋼筋桁架疊合板、陽臺、空調板、樓梯等構件，根據設計計算結果，單體預制率不低于35%。采用“等同現澆”的方法進行結構分析，抗震設計時，對同一層內既有現澆墻肢也有預制墻肢時，現澆墻肢水平地震作用彎矩和剪力放大1.1 倍。下面將對預制裝配式結構各部分設計要點分別進行介紹。

1 預制桁架疊合板密拼板縫設計

當結構預制疊合板的長寬尺寸均大于3 米時，為了滿足預制構件制造、運輸條件的要求，常常要將預制板拆分成幾塊。常規做法是在疊合板的次要受力方向設置300mm 左右的后澆帶式接縫，接縫兩側板底的受力鋼筋可在后澆帶中焊接、搭接、彎折錨固或者機械連接。考慮到生產、運輸及安裝的便利性，本項目采用疊合板密拼連接。在《裝配式混凝土結構技術規程》(JGJ1-2014)中，第6.6.5 條給出了單向疊合板板側分離式拼縫構造的做法示意，但此處未給出后澆混凝土層的厚度要求，如按照6.6.2 條的要求，疊合層過小則不能很好的形成整體性。圖集15G310-1《裝配式混凝土連接節點構造》中明確了雙向疊合板整體式接縫連接構造的密拼接縫后澆疊合層厚度不小于80mm。但實際上，樓板承受荷載作用時，樓板就會發生撓度變形，接縫處預制板與現澆層之間容易剝離開裂，這樣就無法有效地提高拼縫抗剪承載力。因此，本項目采用了改進型雙向密拼連接，即在板縫拼接處每隔200mm開個小槽放置板底連接縱筋，連接縱筋達到水平段搭接錨固長度要求后向上彎折，見圖1。這樣預制板可以不出筋，不僅方便生產、運輸及安裝全過程，而且搭接筋豎向彎折也可以有效防止預制板與后澆層之間的撕裂。

圖1 改進型雙向預制桁架疊合板密拼連接示意圖

2 陽臺板、空調板降板設計

由于陽臺板、空調板一般設在半封閉、陽臺區域帶水使用，所以為避免水進入正常使用的室內空間，建筑設計者往往將陽臺板、空調器板設計得比室內低80mm。在室內和室外樓板厚度分別為140mm 和100mm 的情況下，為了達到80mm 的室內外高差，需要將陽臺板的底板比室內樓板底板降低40mm。如果設計成陽臺樓板面受力鋼筋通過梁面筋下方在室內疊合板面桁架筋上方綁扎固定，則現場結構鋼筋綁扎施工影響較大。由于一般情況下，疊合樓板的板面筋是在結構梁鋼筋固定好之后才進行的，這就意味著需要人工將板面筋90 度彎折的一端穿過梁面筋下面，再彎折到陽臺板桁架鋼筋上面，這樣會導致結構鋼筋施工效率嚴重下降。因此，在本項目中，將陽臺板面受力筋穿梁面筋底入室內板后放置于桁架筋下綁扎固定。

3 預制混凝土夾心保溫外墻板設計

建筑外墻除承重的主要功能外，往往還要實現建筑的維護、保溫、防水、防火等功能。預制夾心保溫外墻板能很好地解決以上問題，它由外葉板、保溫層和內墻板通過可靠連接預制成一體，再由局部現澆或套筒連接等方式組裝而成整體。按照《裝配式混凝土建筑技術標準》(GB/T51231-2016)第5.8.7條：“預制墻板應在水平或豎向尺寸大于800mm 的洞邊、一字墻墻體端部、縱橫墻交接處設置構造邊緣構件”。所以，當遇建筑門窗洞口時，預制外墻應與樓層梁整體預制，考慮到結構連接的要求，就需要將墻板頂部兩側的外伸梁下受力鋼筋與兩端的后澆墻肢連接。這種預制墻板設計中，應著重考慮外伸梁梁底受力縱筋與端部構造邊緣構件中豎向鋼筋的碰撞干涉問題，否則會嚴重影響到豎向墻肢的鋼筋施工定位。當梁底受力鋼筋直徑較大時，現場施工時不易扳彎，常采用現澆構造邊構件豎向鋼筋避讓的作法，因此，構造邊構件澆注成型后，造成豎向鋼筋的定位偏差±20mm。比較合適的做法是，在進行構件設計時，將梁底兩側受力縱筋筋向內收進15～20mm 外接墻板構造邊緣，這樣既能滿足梁受力鋼筋錨固要求，又能保證構造邊沿構件豎向鋼筋定位準確無偏移。

標準層的外圍護墻均采用預制混凝土夾心保溫外墻板，類似于全混凝土外墻。因此在結構設計時應考慮其帶來的剛度影響，在其與剪力墻的水平接縫處采用柔性連接，僅在預制外墻側面每隔一定距離預留抗剪螺栓埋件，以降低圍護墻與主體結構的連接剛度，從而減少預制墻板對單體結構剛度的影響。

此外，在外墻門窗開洞處，容易造成應力集中，在預制構件脫模、吊裝時容易產生裂縫或局部混凝土脫落影響觀感。因此應在其周邊和角部設置水平、豎向和角部加強鋼筋。

4 預制剪力墻套筒連接設計

裝配式預制結構中，預制構件由于在工廠生產制作，逐漸形成流水線化生產工藝，因此相比現場施工構件質量大幅提升。對于結構整體的安全可靠性，構件的連接往往成為重中之重。目前常見的預制剪力墻豎向鋼筋的連接方式主要有：套筒灌漿連接、漿錨搭接連接。在地震設計狀況下，還應根據《裝配式混凝土建筑技術標準》(GB/T51231-2016)第5.7.8 條計算剪力墻水平接縫的受剪承載力。本項目預制剪力墻邊緣構件采用逐根連接，墻身豎向分布筋采用梅花形部分灌漿套筒連接，詳見圖2。規范同時還規定了符合一定條件的厚度不大于200mm 的丙類建筑，剪力墻豎向鋼筋可采用單排連接，此方法有效解決了由于預制板端的擱置，影響墻身豎向鋼筋的連通問題。

圖2 剪力墻墻身梅花形連接平面剖面示意圖

目前，由于設計不當或者工人施工水平參差不齊，現場時常會出現下層出頭鋼筋和上層預留套管位置偏差，難以對齊，當移位偏差值超過允許誤差時，就會導致上下層剪力墻無法正確對位安裝。因此為保證結構質量安全，本項目設計邊緣構件為現澆段，剪力墻墻身分段預制。較長的墻身由現澆段分成兩段預制，并且盡量保證預制墻身的模數統一，以達到預制標準化生產。此外，由于埋入式套筒采用沉頭設計，在振動、脫模、粗糙面清理等過程中，由于泥漿進入埋入式套筒內，容易造成套筒被泥漿堵塞，一旦埋入套筒內，鋼筋就不能緊固，進而影響墻體與結構的正常連接。這兩個問題還應值得今后繼續深入研究，找到更好的解決方案。

5 結語

目前，我國正處在大力推廣預制裝配式建筑的過程中，預制裝配式設計的不斷成熟與完善，對于提高生產效率、降低工程造價有著積極的促進作用，但實際工程中任然存在許多待解決的問題。本文從實際工程出發，結合具體設計中遇到的的幾個問題加以論述，希望能起到拋磚引玉的作用，引起大家對預制裝配式設計問題的關注和思考。通過如上所論述的幾個問題，我們可以明顯地感到，預制裝配式設計需要對預制構件的制作、運輸和現場安裝等細節進行深入細致的了解，并進行全周期的設計，加以BIM 等建筑信息模型技術應用日趨成熟和廣泛，使得預制裝配式設計更加合理和科學。