裝配式混凝土框架結構設計探析

葉 森 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230032）

1 引言

目前，我國建筑產業化發展迅速，進程穩步健康發展，裝配整體式框架結構體系應用越來越多。目前所采用的裝配整體式框架結構體系，完全滿足現行國家規范、行業規范、標準等相關要求，甚至比現澆結構具有更好的安全性、適用性和耐久性。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主尺度誤差為例，按照傳統施工方法制作的混凝土構件尺寸誤差允許值范圍為5～8mm，而預制構件尺寸誤差在2mm以內。由于裝配式結構中的預制構件是將結構拆分成模數化的構件單元先在預制廠澆筑生產養護成型，因此可不受施工現場的條件限制，從而大大減少了現場施工的強度，節省了大量的模板，有的分項工程還省去了砌筑和抹灰工序，從而極大的縮短了現場施工的時間，降低了施工成本，而且安裝過程降低了現場施工的噪音，減少了施工過程對環境和大氣的污染，有利于保護生態環境和可持續發展。

2 整體設計

裝配整體式框架結構體系的房屋最大使用高度、最大高寬比和結構抗震等級應按《裝配式混凝土結構技術規程》（JGJ 1-2014）中表6.1.1、表6.1.2和表6.1.3確定，并應符合《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2010）的相關規定和要求。

國家行業標準《裝配式混凝土結構技術規程》（JGJ 1-2014）中規定，配整體式框架結構設計應滿足“等同現澆”的設計原則，可采用與混凝土結構相同的方法進行結構設計和分析。結構樓層梁的剛度增大系數可根據具體情況近似取1.30～2.00。在豎向荷載作用下，應考慮塑性變形內力重分布，框架梁彎矩系數可取0.80～0.85。次梁支座需根據與主梁的連接節點考慮是否按鉸接考慮，結構整體計算時，疊合樓板的荷載傳遞方式可以與現澆板相同。

3 預制構件設計

3.1 預制桁架疊合樓板

預制桁架疊合樓板的厚度不宜小于60mm，現澆層厚度不宜小于60mm，疊合板總厚度不小于120mm。桁架鋼筋應沿著主受力方向布置，距板邊不應大于300mm，間距不應大于600mm，弦桿鋼筋直徑不宜小于8mm，腹桿鋼筋直徑不應小于4mm，弦桿保護層不小于15mm；下弦間距100mm，腹桿焊接點間距200mm，端頭距板端15mm。

疊合板應滿足使用期間及施工過程的承載力及變形要求。設計按施工階段有可靠支撐的疊合受彎構件進行按整體受彎構件設計計算，但其斜截面受剪承載力和疊合面受剪承載力應按混凝土規范附錄H計算。當預制板間按分離式接縫，按單向板設計；長寬比不大于3的四邊支承疊合板，當預制板采用整體式接縫或不接縫時，按雙向板設計。整體分析中荷載傳遞根據單向疊合板或雙向疊合板指定荷載傳遞方向。

3.2 疊合梁

裝配整體式框架結構中如果采用疊合梁時，疊合梁的現場后澆部分疊合層厚度不宜小于0.150m，次梁的現場后澆部分疊合層厚度不宜小于0.120m，當采用凹口截面預制混凝土梁時，預制混凝土梁的凹口深度不宜小于0.050m，預制梁凹口邊厚度不宜小于0.060m。預制混凝土梁與現場后澆部分之間的疊合層結合面應設置粗骨料粗糙面，粗糙面有相應的凹凸要求；而預制混凝土梁兩端面應設置鍵槽，且宜設置粗骨料粗糙面。預制混凝土梁鍵槽的尺寸和數量應滿足規范《裝配式混凝土結構技術規程》第7.2.2條的規定，并應按規范規定計算復核，滿足相應要求。

3.3 預制柱

裝配整體式框架結構體系中預制柱的設計和構造要求，應符合國家規范《混凝土結構設計規范》（GB 50010）的規定，具體要求如下：矩形柱截面寬度或圓柱直徑不宜小于400mm，且不宜小于同方向梁寬的1.5倍。柱縱向受力鋼筋直徑不宜小于20mm，柱縱向受力鋼筋采用灌漿套筒連接時，柱箍筋加密區長度不應小于縱向受力鋼筋連接區域長度與500mm之和，套筒上端第一個箍筋距離套筒頂部不應大于50mm。

4 連接節點設計

裝配式框架結構連接節點設計，應滿足（GB 50010-2010）《混凝土結構設計規范》中的基本構造要求、（JGJ355-2015）《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規程》的接頭性能要求、（JCJ 1-2014）《裝配式混凝土結構技術規程》預制構件結合面和構造的要求。除此之外，還需考慮預制柱水平接縫收件承載力驗算、疊合板的水平結合面受剪承載力驗算、節點核心區抗剪承載力驗算、疊合梁端豎向結合面受剪承載力驗算以及疊合梁疊合面受剪承載力驗算，以確保連接節點區的各項受力性能。

接縫的受剪承載力應滿足：

持久設計狀況時:γ0Vjd≤Vu；

地震設計狀況時:VjdE≤VuE/γ RE

γ0為結構重要性系數，安全等級為一級時不應小于1.1，安全等級為二級的時候不應小于1.0；Vjd為持久設計狀況下接縫剪力設計值，VjdE為地震設計狀況家接縫剪力設計值，Vu為持久設計狀況下梁端、柱端、剪力墻底部接縫受剪承載力設計值；VuE為地震設計狀況下梁端、柱端、剪力墻底部接縫受剪承載力設計值；γ RE為梁、柱受剪承載力抗震調整系數，取0.85。接縫混凝土等效抗壓強度，應該取構件、接縫處灌漿及后澆混凝土中的較低值。

4.1 疊合板的疊合面受剪承載力設計值

疊合板受彎構件構件斜截面和疊合面受剪承載力應按下式計算：

V/bh0≤0.4（N/mm2）。

V為剪力設計值；b為矩形截面寬度；h0為截面有效高度。

4.2 疊合梁端豎向結合面受剪承載力設計值

持久設計狀況：Vu=0.07fcAcl+0.10fcAk+1.65Asd√fcfy；

地震設計狀況：VuE=0.04fcAcl+0.06fcAk+1.65Asd√fcfy。

Acl為疊合梁端截面后澆混凝土疊合層截面面積；Ak為各鍵槽的根部截面面積之和；Asd為垂直穿過結合面所有鋼筋的面積，包括疊合層內的所有縱向鋼筋；fc為預制構件混凝土軸心抗壓強度設計值；fy為穿過結合面鋼筋抗拉強度設計值。比對剪力包絡圖，框架梁滿足梁端接縫受剪承載力VuE/γ RE≥梁端剪力，次梁滿足梁端接縫受剪承載力Vu≥梁端剪力。

4.3 疊合梁端疊合面受剪承載力設計值

疊合梁端疊合面受剪承載力設計值：V≤1.2ftbh0+0.85fyv×（Asv/s）×h0。

V為剪力設計值；b為矩形截面寬度；h0為截面有效高度；ft為混凝土軸心抗拉強度設計值；fyv為橫向鋼筋的抗拉強度設計值；Asv為受拉區縱向普通鋼筋的截面面積；s為沿構件軸線方向上橫向鋼筋間距、螺旋筋的間距或箍筋的間距。比對剪力包絡圖，疊合梁疊合面受剪承載力V≥梁端剪力。

4.4 預制柱水平接縫收件承載力設計值

地震設計狀況：VuE=0.8N+1.65Asd√fcfy。

N與剪力設計值V相應的垂直于結合面的軸向力設計值；疊合層內的所有縱向鋼筋的截面面積Asd為垂直穿過疊合層疊合面所有鋼筋的實際計算面積。比對剪力包絡圖，框架柱滿足柱端接縫受剪承載力VuE/γ RE≥柱端剪力。

4.5 節點核心區抗剪承載力設計值

節點核心區強節點弱接縫計算：在地震設計狀況時應符合ηj V mua≤VuE。

ηj為節點核心區接縫處受剪承載力增大系數，抗震等級不同，取值不同，具體分別為：一、二級取1.2，三、四級取1.1。V mua為被連接構件端部按實配鋼筋面積計算的斜截面受剪承載力設計值。

5 結語

由于我國工程建設穩步發展，工程量居高不下，傳統施工模式弊端較多，對生態環境影響也越來越

大，因此，預制混凝土結構體系發展勢在必行，而裝配整體式框架結構體系相比較裝配整體式剪力墻結構體系有它自身的特點和優勢，且完全滿足現行國家規范、行業規范、標準等相關要求和規定，因此應用也越來越多，呈快速發展趨勢。但是，預制混凝土結構在我國仍處于初步發展階段，各種設計、運輸、施工、吊裝、管理等問題非常突出，影響了建筑產業化的發展速度和規模，亟待解決。在國家對生態環境可持續和綠色建筑健康發展的要求和推動下，裝配式建筑發展仍將成為焦點，預制混凝土結構需要進一步分析研究，解決現有問題，進而有效的推動建筑產業化的健康發展。