長沙會展綜合配套中心裝配式結構設計

顧韻宇 GU Yun-yu

（上海城建建設實業（集團）有限公司，上海 200042）

1 工程概況

長沙會展綜合配套中心為中小型綜合建筑群，主要為長沙會展中心提供綜合配套服務。本工程由11 棟2 至4層的多層建筑組成，主要功能為餐飲、辦公及酒店，地上總建筑面積為58894 平方米，最高建筑高度為18.6 米。各單體全部為裝配式建筑，單體裝配率不低于50%。

本項目抗震設防烈度為6 度（0.05g），地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，特征周期Tg=0.35s，抗震設防類別為丙類。地面粗糙度為B 類，50 年一遇的基本風壓ω0=0.55kN/m2。

根據項目特點及使用功能，各建筑單體均采用裝配整體式混凝土框架結構。

2 裝配整體式框架結構項目設計中的問題

裝配整體式框架結構現在是各類辦公、商業類建筑中最常采用的裝配式結構形式。但由于我國在裝配式建筑方面起步較晚，行業內各相關專業對于裝配式建筑特點的認識也不盡相同，因此在裝配式項目的實施中仍存在一系列的問題。

裝配式建筑生產建造的難度與速度、項目的土建成本均與預制構件的標準化程度有著很大的關系。在滿足建筑使用性能的基礎上，應堅持多組合、少規格的預制構件設計原則，實現預制裝配式建筑設計的系統化和標準化。而現在很多的裝配式項目方案設計完全沒有考慮其自身特點，仍以常規項目的設計思路進行建筑平立面創作，往往造成預制構件的拆分不合理，標準化程度低，加大了裝配式深化設計、預制構件生產、現場安裝等工序的難度。

同樣一些項目的結構設計沒有基于預制構件生產安裝的可行性、便利性及經濟性進行考量，預制構件規格不統一，布筋形式不合理。造成構件模具重復利用率低，模具構造復雜，構件生產成本大大增加。同時也造成施工現場構件安裝困難，特別是梁柱節點核心區的鋼筋嚴重碰撞，構件無法吊裝就位，影響結構安全及施工進度。

3 平面標準化設計

基于裝配式建筑的特點，結構設計與建筑設計兩個專業對于原建筑方案進行了優化。針對本項目中三種主要使用功能餐飲、辦公、酒店進行了空間分析，將方案中較為雜亂的平面軸網、層高、立面造型等進行合理化的優化歸并,選擇了以8 米×6 米作為標準軸網，各功能區域均根據標準軸網進行布置。同樣以標準軸網作為基本空間，組合出了較豐富的平面效果。（圖1）

圖1 某樓棟平面圖

由于平面設計以標準軸網進行了靈活的組合，立面設計采用了退臺收進的方法達到建筑效果，項目中各單體的層高也因此進行了統一。最終底層層高采用5.4 米，標準層層高采用3.9 米。

通過對建筑方案的優化，既滿足了建筑的功能性及美觀性，又為后續的裝配式結構設計帶來了極大的便利。（圖2）

圖2 總平面圖

4 框架柱、框架梁設計

本項目所在場地地震烈度低，風壓較小，且各單體均為較為規則的多層建筑。因此結構設計的基本思路是在保證結構安全可靠的基礎上盡可能地進行標準化設計并簡化節點構造。

各單體均采用裝配整體式混凝土框架結構。主要的預制構件包括預制框架柱、預制框架梁及次梁、預制疊合樓板、全預制樓梯、預制外掛墻板等。

結構設計首先應根據計算結果確定框架柱的截面尺寸。以預制構件生產及施工的特點來看，框架柱的截面宜盡量上下層統一，少變規格尺寸。由于本項目底層與標準層層高差異較大，如各層采用相同截面將造成層間剛度比過小，影響抗震性能。故上下柱仍采用了不同截面，底層柱采用600×600 截面，標準層采用500×500 截面。縱筋配置上考慮到預制構件模具出筋開洞的便利性，數量及布置進行了統一，600×600 柱全截面12 根縱筋，單邊布置4 根；500×500 柱全截面8 根縱筋，單邊布置3 根。

框架梁全部按預制疊合梁設計，按國家規范的要求梁柱節點核心區采用澆注，按此做法設計時應提前考慮X向和Y 向兩方向的框架梁在節點核心區的鋼筋避讓問題。本項目采用8 米×6 米標準柱網，X 向框架梁采用300×700 截面，Y 向框架梁采用300×600 截面。在滿足了結構設計指標的前提下，錯開了梁底筋在支座處的標高，減少了生產及安裝難度。

為解決預制框架梁底縱筋在節點核心區與框架柱縱筋避讓困難影響安裝的問題，設計時考慮了減少底筋進支座的數量。本項目位于六度區，框架為四級抗震，支座處基本沒有正彎矩，且梁頂底縱筋沒有配筋比值的構造要求，故采用僅部分底筋進入支座的做法是完全可行的。但根據現行規范《裝配式混凝土結構技術規程》第6.5.1 條及7.2.2.2 條的要求，預制框架梁與現澆梁柱節點核心區的接縫應滿足下列公式：

接縫的抗剪承載力主要由穿過接縫截面全部縱筋的銷栓作用提供。為了達到減少支座底筋的目標，一要減小梁端加密區構件抗剪承載力的富余；二要增加接縫的抗剪承載力。所以框架梁的箍筋均采用HPB300 鋼筋（兩肢箍），縱筋均采用HRB400 鋼筋。經計算在按計算值配置頂筋的情況下，底筋僅兩根直徑25 進入支座即可滿足接縫計算要求。

本項目對現有的柱截面進行分析，采用了一種較為簡單的方法解決變截面柱鋼筋定位的問題。在二層柱變截面的做法上，無論角柱、邊柱、中柱均統一采用沿角部收進的做法。標準層500×500 柱的縱筋全部采用單邊3 根均分的布置，底層600×600 預制柱的單邊采用4 根縱筋（見圖3）。由于變截面柱均采用沿角部收進，故其中3 根縱筋以標準600×600 預制柱的縱筋定位為準。

圖3 框架柱的鋼筋定位圖

為解決梁柱節點核心區的鋼筋避讓問題，對于框架梁段進支座鋼筋的細部做法采用一種便于生產安裝的手段進行統一（見圖4、圖5）。

圖4 二層中柱節點核心區梁底筋布置示意圖

圖5 標準層中柱節點核心區梁底筋布置示意圖

由圖可見節點中左側與右側、上側與下側預制梁的出筋定位為旋轉180 度關系；X 向與Y 向預制梁的出筋定位為旋轉90 度關系。并且由于全樓的柱截面收進形式相同，二層梁與標準層梁雖然梁長略有不同，但出筋定位尺寸完全相同。另外本項目框架梁中的邊梁全部采用偏柱外邊50 定位，中梁均采用軸線居中，而框架柱全部以底層600×600 截面軸線居中定位即標準層500×500 柱為300、200軸線偏心定位，這樣在框架梁寬300 的情況下，邊梁、中梁與標準層柱的定位關系實際完全相同。因此二層與標準層的邊梁支座出筋做法實際也與圖3 相同。經過對框架柱、框架梁的一系列的標準化設計，整個項目中近千個梁柱節點均采用了完全相同的一種構造進行處理，且充分預留了生產及施工中可能出現的誤差，解決了現階段裝配整體式框架結構在施工中的最大難點。

5 次梁設計

次梁全部沿短跨布置，跨度約為6 米，僅中跨與邊跨由于主梁偏位的影響，梁長略有不同，梁截面尺寸全部統一。次梁按單跨簡支梁設計，預制梁底部不出筋，與主梁的連接采用了牛擔板連接做法（牛擔板詳見圖6）。由于跨度及荷載均較為接近，牛擔板規格全項目統一，便于機械化加工，次梁也僅需一套模具即可全部生產。

圖6 次梁牛擔板及主梁預埋件示意

6 總結與思考

現階段裝配式項目的建設中，建造成本高、施工難度大速度慢是較為普遍的現象。建造成本高的主要因素在于預制構件的標準化程度低，模具用量大。而施工難度大速度慢主要由于構件拆分不合理，節點設計過于復雜等因素造成的。本項目通過一系列標準化設計的手段，盡可能多地將項目中構件采用標準化預制生產的形式，預制構件生產模具的重復利用率均較高，攤薄了生產成本。同時簡化了連接節點，解決吊裝中鋼筋碰撞、構件就位困難這個施工最大難題。

由于采用了裝配式建造的手段，本項目11 棟建筑從打樁到竣工交付僅用時90 天，充分體現出了裝配式混凝土結構的優越性。經過計算，本項目各單體的裝配率按湖南省標均大于75%，竣工時為湖南省裝配率最高的混凝土結構項目。

同時本項目的設計也有著其特殊性。該項目屬于低烈度、低風壓地區的多層建筑，其結構設計、結構構造的簡化及標準化相對較為容易。對于抗震、抗風要求較高的高層裝配整體式框架結構的建設仍存在很多設計及施工難點，需要我們在現有工程經驗基礎上繼續探索。