試析裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及相關(guān)探討

盧蘇梁

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海200092）

1 引言

裝配式建筑是近幾年發(fā)展起來(lái)的，相對(duì)于傳統(tǒng)的建筑來(lái)說(shuō)，能夠更好地控制建筑的施工質(zhì)量，并且能夠較大提升整個(gè)建筑行業(yè)的建設(shè)水平。裝配式建筑可以起到節(jié)省能源的效果，促進(jìn)建筑行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，這也是未來(lái)建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)際案例對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)展開(kāi)探討。

2 裝配式建筑的相關(guān)概念

裝配式預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)是指部分梁、板、柱、墻板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件均先在構(gòu)件預(yù)制廠進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)，后運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)焊接、預(yù)埋螺栓連接或少量現(xiàn)澆混凝土等將預(yù)制混凝土構(gòu)件連接在一起，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)整體。預(yù)制率指裝配式混凝土建筑室外地坪以上主體結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)中預(yù)制構(gòu)件部分的材料用量占對(duì)應(yīng)構(gòu)件材料總用量的體積比。

3 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理

裝配式建筑結(jié)構(gòu)的基本原理與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)原理相似，其主要是在施工過(guò)程中，利用可靠、合理的連接方式以及其他必須的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。裝配式建筑中節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)也有很多，結(jié)構(gòu)剛度的差異會(huì)帶來(lái)不同的影響，對(duì)整體的抗震性能也會(huì)有所影響，為了能夠提升建筑的抗震性能，就要在設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理、可靠的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。

4 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)制設(shè)計(jì)

預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件是裝配式建筑的基礎(chǔ)工作，對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要更加科學(xué)合理，對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)的構(gòu)件要進(jìn)行充分的分析。預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮如下問(wèn)題：

1）對(duì)持久的設(shè)計(jì)狀況分析，對(duì)預(yù)制構(gòu)件的承載力、變形及裂縫等展開(kāi)科學(xué)合理的驗(yàn)算，保證滿足國(guó)家規(guī)范要求。

2）對(duì)地震設(shè)計(jì)狀況分析，要保證預(yù)制構(gòu)件承載力的穩(wěn)定性與可靠性，對(duì)其進(jìn)行反復(fù)的驗(yàn)算。

3）關(guān)于制作、運(yùn)輸、堆放以及安裝等短暫的設(shè)計(jì)情況下的預(yù)制構(gòu)件驗(yàn)算，要符合國(guó)家的相關(guān)要求，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

4）關(guān)于施工驗(yàn)算，構(gòu)建自重標(biāo)準(zhǔn)值乘以動(dòng)力系數(shù)可作為等效靜力荷載標(biāo)準(zhǔn)值。構(gòu)件的運(yùn)輸、吊運(yùn)，動(dòng)力系數(shù)應(yīng)選擇1.5；構(gòu)件翻轉(zhuǎn)、安裝中的就位和臨時(shí)固定，動(dòng)力系數(shù)應(yīng)選擇1.2。

5）關(guān)于脫模驗(yàn)算，等效靜力荷載的標(biāo)準(zhǔn)值是由構(gòu)建自重標(biāo)準(zhǔn)值乘以動(dòng)力系數(shù)后與脫膜吸附力的和，其標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)不小于自重標(biāo)準(zhǔn)值的1.5倍。

4.2 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)受力特征與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)一致，可以用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，連接區(qū)域鋼筋的錨固連接也與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相同。但預(yù)制構(gòu)件的連接計(jì)算不可缺失，相關(guān)的節(jié)點(diǎn)詳圖不可缺失，其主要裝配節(jié)點(diǎn)有疊合梁、疊合樓板、預(yù)制梁柱的拼接等，其制作、安裝比較方便，節(jié)點(diǎn)須滿足構(gòu)造要求。預(yù)制構(gòu)件節(jié)點(diǎn)及接縫處后澆混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于預(yù)制構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)；接縫坐漿材料的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于預(yù)制構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)。節(jié)點(diǎn)連接方式有很多種，如套筒灌漿連接、漿錨搭接、螺栓連接、結(jié)合面構(gòu)造等。灌漿套筒連接技術(shù)的應(yīng)用則是通過(guò)向內(nèi)、外套筒間的環(huán)形間隙填充水泥基等灌漿料的方式，連接上、下兩根鋼筋。裝配式結(jié)構(gòu)豎向及水平接縫部位的鋼筋選用套筒灌漿連接的方式是最好的選擇。套筒灌漿連接應(yīng)按JG/T 408—2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》注明套筒連接灌漿料的性能指標(biāo)，套筒與灌漿料應(yīng)相匹配，并對(duì)灌漿時(shí)間提出要求，如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)

漿錨鋼筋搭接是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋豎向連接的主要方式之一，主要是在混凝土中預(yù)埋波紋管，在混凝土的硬度達(dá)到一定程度后，再將鋼筋穿入波紋管中，最后，將高強(qiáng)度的無(wú)收縮灌漿料注入波紋管養(yǎng)護(hù)中，這樣就可以起到一定的錨固鋼筋的作用。另外，直徑大于20mm的鋼筋不應(yīng)運(yùn)用到金屬波紋管漿錨搭接的連接方式，而該方式同樣不適合直接承受動(dòng)力載荷構(gòu)件的縱向鋼筋[1]。

螺栓連接即連接節(jié)點(diǎn)以普通螺栓或高強(qiáng)度螺栓現(xiàn)場(chǎng)連接，以傳遞軸力、彎矩與剪力的連接方式。螺栓連接主要應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)的梁、柱的連接中，裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)中預(yù)制樓梯的安裝連接等。

結(jié)合面構(gòu)造：預(yù)制構(gòu)件、后澆混凝土、灌漿料和坐漿材料的結(jié)合面應(yīng)設(shè)計(jì)為糙面、鍵槽，并且要保證粗糙面的面積大于結(jié)合面的80%，同時(shí)，預(yù)制板粗糙面的凹凸深度應(yīng)大于4mm，預(yù)制梁端、預(yù)制柱端、預(yù)制墻端的粗糙面凹凸深度應(yīng)大于或等于6mm。

4.3 預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)

預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是將全部或部分預(yù)制混凝土剪力墻體在工廠加工制作后運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)預(yù)埋件、預(yù)留插孔灌漿、鋼套筒或少量混凝土后澆部分等將結(jié)構(gòu)構(gòu)件連為整體的混凝土結(jié)構(gòu)形式。預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)具有剛度大、承重能力強(qiáng)、保溫圍護(hù)性能好等優(yōu)點(diǎn)，并且在我國(guó)的居住建筑中應(yīng)用非常廣泛，尤其是保障性住房以及經(jīng)濟(jì)住房[2]。

如果同一層中包含了現(xiàn)澆剪力墻與預(yù)制剪力墻，這樣的裝配式整體剪力墻結(jié)構(gòu)，其現(xiàn)澆剪力墻主要負(fù)責(zé)承擔(dān)的水平地震作用彎矩、剪力應(yīng)乘以大于1.1的增大系數(shù)；在地震設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻水平接縫受剪承載力的計(jì)算方式應(yīng)如下：

式中，VuE為剪力墻水平接縫受剪承載力，N；fy為垂直穿過(guò)結(jié)合面的鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa；N為與監(jiān)理設(shè)計(jì)值V相應(yīng)的垂直結(jié)合面的軸向力設(shè)計(jì)值，N；Asd為垂直穿過(guò)結(jié)合面的抗剪鋼筋面積，mm2。

4.4 建筑成本控制

建筑工程的施工成本也是影響設(shè)計(jì)的重要因素之一，因此，必須要加強(qiáng)對(duì)成本的控制。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要根據(jù)加工工廠的實(shí)際施工工藝，設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件尺寸，同時(shí)要保障構(gòu)件尺寸的精準(zhǔn)性。對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循一定的設(shè)計(jì)原則：“少規(guī)格、多組合”的原則、模數(shù)協(xié)調(diào)原則，使建筑滿足耐久性、牢固性及美觀性等要求，建立合理、可靠、可行的建筑技術(shù)通用體系，另外，還要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)、構(gòu)件加工廠的吊裝水平、生產(chǎn)能力等情況進(jìn)行全面的了解，促進(jìn)構(gòu)件的綜合設(shè)計(jì)展開(kāi)[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)關(guān)鍵就是針對(duì)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題制定有效的解決策略，對(duì)預(yù)制構(gòu)件、結(jié)構(gòu)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)等方面的要點(diǎn)要加強(qiáng)控制，并根據(jù)實(shí)際情況以及相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范完善設(shè)計(jì)方案，從而實(shí)現(xiàn)裝配式建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全性，達(dá)到最佳的社會(huì)效益。