某辦公綜合樓裝配式框架結構設計

張樹傳 郭黎明 肖偉 何庸 匡子佑 范慶祥 蘇坤河 邱德瑜

(1.廈門合立道工程設計集團股份有限公司 福建廈門 361004; 2.福建省瀧澄建筑工業有限公司 福建漳州 363104)

某辦公綜合樓裝配式框架結構設計

張樹傳1郭黎明2肖偉1何庸2匡子佑1范慶祥2蘇坤河1邱德瑜2

(1.廈門合立道工程設計集團股份有限公司 福建廈門 361004; 2.福建省瀧澄建筑工業有限公司 福建漳州 363104)

文章通過對某辦公綜合樓裝配式框架結構整體設計、平面拆分、外掛墻板設計、節點連接等裝配式關鍵做法進行論述，探討裝配式框架的設計方法。

裝配式框架；拆分；外掛墻板；辦公綜合樓

0 引言

裝配整體式混凝土結構由預制混凝土構件通過可靠的方式進行連接，并與現場澆筑的混凝土、水泥基灌漿料形成整體的裝配式混凝土結構。其優點是質量好、生產效率高、工人勞動強度低、保護環境、有利于社會可持續發展。采用裝配整體式混凝土結構，可以有效節約資源和能源，提高材料在現實建筑節能和結構性能方面的效率，減少現場施工對場地等條件的要求，減少建筑垃圾和對環境的不良影響，提高建筑功能和結構性能，實現“四節一環保”的綠色發展要求，實現低能耗、低排放的建造過程，促進我國建筑業的整體發展，實現預定的節能減排目標。裝配整體式混凝土框架結構是裝配式建筑中結構整體性能、抗震性能較好且研究與應用較廣泛的一種結構體系。

1 工程概況

該辦公綜合樓位于龍海市浮宮鎮。地塊形狀規則平整，西北側輕工東路往省道208線，南側規劃道路往疏港公路。辦公樓占地面積約812.7m2，建筑面積5793m2，地上7層，無地下室，建筑高度為23.30m，如圖1所示。場地的地震基本烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g，設計地震分組為第二組。抗震設防類別為丙類，建筑場地類別為Ⅲ類場地。基本風壓為 0.70kN/m2，地面粗糙度為B類。結構體系采用裝配整體式混凝土框架結構體系，預制率達56%。框架抗震等級為三級，抗震構造措施為二級。基礎形式為樁基礎。

圖1 辦公綜合樓整體效果圖

2 結構設計

辦公綜合樓3～5層為辦公區，6～7層為宿舍，結構平面長度為47m，寬度為17m，主要建筑平面如圖2所示。在方案階段，根據建筑功能需求以滿足裝配式建筑“少規格、多組合”的特點，框架柱僅收縮一次斷面。結構平面X方向僅設置框架梁，Y向在跨中位置設置一道次梁，框架梁和次梁分別確定為一種截面尺寸。因X方向軸距均為6.6m，樓板采用單向板。經過結構計算分析，結構平面布置示意如圖3所示。

圖2 建筑三～五層平面圖

3 平面拆分

預制構件拆分是否科學，將直接影響到建筑功能、建筑平立面、結構受力狀況、預制構件承載能力、工程造價等的好壞。該工程作為業主單位的辦公樓，也是試驗裝配式技術的實驗樓，一方面要滿足預制構件種類的多樣化，業主可進行各種預制構件的生產、存儲、吊運、安裝、施工等環節技術。另一方面也要做到每種預制構件的規格少，重復率高，降低成本，提高構件制作的效率和質量穩定性。

二層建筑設置廚房、餐廳、大會議室，并于一層大堂上空樓板開洞，相較其他層，荷載較大，平面較不規則，導致樓面梁截面尺寸較大且與其他標準層不同，不利于標準構件的設計，單獨生產用于此樓層的預制構件，則將增加建造成本。基此，二層樓面及以下均為現澆結構。

3～5層為辦公用房，在結構方案階段對平面規則性與構件統一進行把控，保證了后續拆分設計的順利進行。3～5層結構拆分平面如圖4所示，除樓梯、電梯間周圈梁板，平面右上角衛生間采用現澆外，其余區域均采用預制柱、預制梁及疊合樓板。

6～7層為宿舍，結構平面布置與3～5層差別不大，除衛生間現澆外，框架柱、框架梁、次梁、樓板均采用預制。

屋面層結構原建造方案同3～5層結構，后考慮到疊合樓板防水抗滲性能不如現澆樓板，因此最后屋面層梁及樓板采用現澆形式，而框架柱保留預制裝配式形式，如圖5所示。

綜上所述，該工程預制范圍包含框架柱、框架梁、次梁、樓板、樓梯、外墻等，預制率達56%。主要預制構件尺寸如表1所示。

表1 結構構件尺寸表

圖4 3～5層結構拆分平面圖

圖5 屋面層結構拆分平面圖

4 節點連接

裝配整體式建筑能夠達到等同現澆的性能，節點連接是關鍵，該工程采用符合國家及福建省現行相關標準、規范規定的連接形式。

(1)預制柱與預制梁節點做法

預制梁柱節點核心區后澆混凝土，上下柱縱向鋼筋采用套筒灌漿連接，梁與柱的連接采用梁下部縱筋交錯式整澆節點。預制梁底筋水平錯開，節點兩側反對稱布置。如箍筋角部沒有縱向受力鋼筋，在該角落設置輔助縱向鋼筋，輔助縱向鋼筋不伸入梁柱節點。預制中間層中柱及預制梁的裝配整體式框架節點做法如圖6所示，預制中間層邊柱及預制梁的裝配整體式框架節點做法如圖7所示。

圖6 預制中間層中柱及預制梁的裝配整體式框架節點

圖7 預制中間層邊柱及預制梁的裝配整體式框架節點

(2)主次梁牛擔板連接做法

為了方便施工安裝，該工程主次梁采用牛擔板連接做法，該做法優勢是預制主梁與次梁連接處不需要混凝土斷開，避免了吊裝時容易彎折預制主梁主筋的風險。具體做法如圖8所示。

圖8 主次梁牛擔板連接節點

(3)疊合樓板端部及接縫處構造做法

該工程疊合樓板采用單向板設計，預制部分厚60mm，后澆部分厚80mm。疊合板構造措施參考15G310-1《裝配式混凝土連接節點構造》。

5 外掛墻板設計

該工程南北立面預制外掛墻板通過對墻板單體，如圖9所示。進行對稱、鏡像，再進行有規律地排列組合，形成豐富立體的空間效果。

預制外掛墻板作為非承重結構，本工程墻板根據生產、施工安排，建議采用“后安裝法”施工方式，即待主體結構施工后，再將預制好的墻板安裝在主體結構上。設計時經過方案比選后確定采用點支承連接方式，墻板與主體結構之間的連接形式為下端兩個承重節點，上端兩個轉動節點。保證在使用階段各工況下，墻板與主體結構連接安全可靠，并可使墻板在平面內有變位調整能力，節點做法如圖10所示。

該預制墻外掛墻板單體結構造型復雜，重量較大，重心位置均不在水平和豎向的中心位置，結構設計時通過有限元軟件進行脫模吊點、吊裝吊點比較分析得出合理的吊點，并通過有限元分析得出各工況內力和支承節點反力，具體內容另詳見論文細述。

圖9 外掛墻板排列組合

圖10 外掛墻板干式連接節點

6 BIM貫穿全流程設計

BIM技術的優點是整合信息，提高效率，通過把建筑業務流程和表達建筑物本身的信息更好地集成起來，使傳統的建筑信息模型延伸至動態的建筑信息模型。在裝配式精細化設計中，BIM技術尤為重要。該工程從方案設計到深化設計全流程運用BIM技術，在方案階段，通過BIM參數化技術形成豐富的立面，在施工圖設計階段，通過BIM軟件直接出施工圖，設備管線與土建之間的所有碰撞問題消滅在虛擬的電腦之中。

在裝配式深化設計階段，將鋼筋納入模型中，對鋼筋的排布進行校核，完成鋼筋的深化。在預制結構的連接區域，如梁柱節點，進行鋼筋碰撞校核，方便、準確地尋找出碰撞問題。有效地提高圖紙質量，減少后期施工問題。

該工程由于預制外掛墻板造型復雜，外掛墻板模板圖和配筋深化圖均通過BIM軟件繪制，解決了二維軟件無法實現的空間構件深化圖繪制問題。

7 結語

本文以一框架結構辦公樓為例，對裝配整體式混凝土框架結構設計過程做了詳細的論述，對以后類似項目的設計施工具有一定的參考價值。

圖11 現場施工照片

目前該辦公樓正在施工中，如圖11所示，得益于精細化的深化設計及BIM技術，現場預制構件的安裝快速有序，節約了現場人工成本，同時提高了建造效率，是一項成功的裝配式建筑實施案例。

[1] DBJ 13-216-2015 福建省預制裝配式混凝土結構技術規程[S].福建：海峽出版發行集團，2015.

[2] JGJ 1-2014裝配式混凝土結構技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2014.

[3] 中國建筑標準設計研究院.裝配式建筑系列標準應用實施指南(裝配式混凝土結構建筑)[M].北京：中國建筑標準設計研究院，2016.

TheDesignofaPrefabricatedFrameStructureofanOfficeBuilding

ZHANGShuchuan1GUOLiming2XIAOWei1HEYong2KUANGZiyou1FANQingxiang2SUKunhe1QIUDeyu2

(1.Xiamen Hordor Architecture & Engineering Design Group Co.LTD,Xiamen 361004; 2.Longcheng Construction Industry,Zhangzhou 361004)

In this paper,the design method of prefabricated frame is discussed by means of the prefabricated frame design,plane distribution,facade panel design and connections of an office building.

Prefabricated frame; Distributed design; Facade panel ;Office building

TU3

A

1004-6135(2017)11-0040-05

張樹傳(1971.7- )，教授級高工。

E-mail:zhangsc@hordor.com

2017-08-23