某裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

梁志峰

摘 要：本文結(jié)合某一綜合辦公樓施工建設(shè)項(xiàng)目，詳細(xì)的介紹了應(yīng)用結(jié)合建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備等專業(yè)間的設(shè)計(jì)的PKPM-BIM軟件進(jìn)行裝配整體式框架結(jié)構(gòu)綜合辦公樓項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程，并對其設(shè)計(jì)過程中遇到的問題進(jìn)行概括，得出裝配式框架結(jié)構(gòu)的協(xié)同設(shè)計(jì)方法，希望能對類似的工程起到一定借鑒作用。

關(guān)鍵詞：裝配整體式框架結(jié)構(gòu);建筑信息模型;協(xié)同設(shè)計(jì);裝配式節(jié)點(diǎn)

1 緒論

這幾年來，隨著不斷轉(zhuǎn)型升級和技術(shù)進(jìn)步的建筑行業(yè)的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)和裝配化建筑理念相吻合的新型建筑工業(yè)化概念，包含五大特征，分別為建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化部件生產(chǎn)、裝配化施工安裝、信息化生產(chǎn)經(jīng)營和集成化建筑項(xiàng)目生產(chǎn)。裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)場現(xiàn)澆部分和預(yù)制部品部件相連接所形成的整體的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對施工效率和質(zhì)量能夠起到很好提升的作用，并且對勞動強(qiáng)度也能有效的降低，此外框架結(jié)構(gòu)具有較輕的自重、靈活的空置布置、明確的傳力等特點(diǎn)。

近幾年來，我國出臺許多有關(guān)裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)政策，使得該體系逐漸完善，然而裝配式混凝土框架卻是緩慢的發(fā)展，其經(jīng)驗(yàn)也不足。本文將結(jié)合某一5層綜合辦公樓，全面分析PKPM-BIM設(shè)計(jì)平臺。

2 工程概況

本工程為某一綜合辦公樓建設(shè)項(xiàng)目，長寬高分別為59.7m、17.1m和19.65m，主體結(jié)構(gòu)地上5層，局部6層，沒有地下室，室內(nèi)和室外高度差達(dá)到0.75m。結(jié)構(gòu)形式采用裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)，該建筑屬于丙類級別，抗震設(shè)防烈度為7度，Ⅲ類場地。基本風(fēng)壓達(dá)到0.45kN/m2，地面粗糙程度達(dá)到B類。結(jié)構(gòu)預(yù)制疊合梁、預(yù)制柱、鋼筋桁架疊合板、預(yù)制樓梯、外墻掛板等預(yù)制部品部件，內(nèi)墻則是由粉煤灰爐渣空心條形板和百葉中空鋼化玻璃隔墻構(gòu)成。

3 設(shè)計(jì)階段

本辦公樓項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程是應(yīng)用PKPM-BIM協(xié)同設(shè)計(jì)進(jìn)行的，該技術(shù)能夠完美的結(jié)合建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備等專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)。

3.1 建筑設(shè)計(jì)

根據(jù)業(yè)主的相關(guān)需要，建筑專業(yè)能夠?qū)ρb配式的設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行有效的結(jié)合，平面和立面設(shè)計(jì)辦公樓。柱橫縱向間距設(shè)計(jì)為6.9m+2.4m+6.9m和8.4m，這樣有利于標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)拆分設(shè)計(jì)。在建筑方案中，柱、梁、落版和外墻全部都是使用預(yù)制構(gòu)件，其中內(nèi)墻則是使用粉煤灰爐渣空心條形板和百葉中空鋼化玻璃隔墻構(gòu)成，而外墻則是使用預(yù)制三明治夾芯保溫外掛墻板。此外，建筑專業(yè)還能夠應(yīng)用PKPM-BIM建筑設(shè)計(jì)模塊建立方案和模型，將建筑狀況通過三維模型真實(shí)的反應(yīng)出，從而更好找出建筑設(shè)計(jì)中的不合理的地方，減少返工現(xiàn)象。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)專業(yè)的人員會從建筑專業(yè)發(fā)布的BIM模型提取相關(guān)信息將其轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)模型，并將PKPM-BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊轉(zhuǎn)入其中進(jìn)行常規(guī)混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這個時(shí)候，也可以指定柱、梁、板等各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)制屬性和布置疊合板的規(guī)格型號方向。在完成模型的建立后，就可以布置荷載，轉(zhuǎn)化建筑的內(nèi)隔墻為線荷載，接著設(shè)定SATWE參數(shù)和結(jié)構(gòu)整體分析，然后依其結(jié)果調(diào)整模型。

3.3 裝配式拆分設(shè)計(jì)

在完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，可轉(zhuǎn)入PKPM-BIM裝配式設(shè)計(jì)模型進(jìn)行指定預(yù)制屬性和計(jì)算分析裝配式結(jié)構(gòu)，框架柱、主次梁、樓板、樓梯分別采取預(yù)制柱、疊合梁、密封拼接而成的預(yù)制疊合單向板和預(yù)制樓梯，在這些計(jì)算完后，就可以深化設(shè)計(jì)各結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

深化設(shè)計(jì)過程中需要檢查和調(diào)整構(gòu)件間的鋼筋碰撞的情況，驗(yàn)算和各結(jié)構(gòu)的脫模和吊裝工序，出具出構(gòu)件的加工圖紙，以此進(jìn)行加工制作。

3.4 裝配式節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

（1）柱拼接節(jié)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件制作，結(jié)構(gòu)中，只有首層柱的截面尺寸為70cm×70cm規(guī)格，并使用現(xiàn)澆形式外，其他樓層柱都是采取60cm×60cm，對于裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)而言，項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)就在于如何連接不同截面柱和現(xiàn)澆層和預(yù)制層柱，在參考相關(guān)資料圖集后，本項(xiàng)目采用現(xiàn)澆70cm×70cm的框架柱中多層錨固多余鋼筋的方法，并用半灌漿套筒方式連接其余鋼筋和上部預(yù)制柱，這是因?yàn)檫@種連接方式不僅能夠合理錨固好柱鋼筋，而且又方便安裝疊合梁，減少碰撞問題。

（2）梁柱連接節(jié)點(diǎn)。相對于裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)而言，位于裝配式框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)區(qū)的預(yù)制混凝土疊合梁底部的鋼筋其直徑更大，數(shù)量更多，不僅需要對柱節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)和柱鋼筋及對向或側(cè)向疊合梁底部鋼筋的碰撞問題進(jìn)行考慮，而且鋼筋錨固的長度還需得到滿足，因而連接節(jié)點(diǎn)更加復(fù)雜，所以每根預(yù)制梁的底部鋼筋位置和外伸長度、柱截面的大小和縱向鋼筋的位置都是由梁柱連接節(jié)點(diǎn)的連接方式直接決定了。

（3）主次梁連接節(jié)點(diǎn)。本項(xiàng)目主次梁連接采取傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)方式進(jìn)行，次梁中采取直錨方式和直螺紋套筒方式分別錨固一端鋼筋和連接另一端預(yù)留鋼筋的接頭，為了確保新舊澆混凝土能夠更好的連接，需要處理次梁端部和主梁預(yù)留槽口處混凝土預(yù)留鍵槽的露骨料。

3.5 其他專業(yè)設(shè)計(jì)

機(jī)電設(shè)備專業(yè)采取傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方式，將專業(yè)圖反襯到PKPM-BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺上從而建立出三維模型，首先先檢查本專業(yè)構(gòu)件碰撞是否無誤，然后上傳到服務(wù)器后檢查專業(yè)間的綜合碰撞情況，依據(jù)其碰撞結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)專業(yè)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。結(jié)合PKPM-BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺可以不定時(shí)進(jìn)行自動檢測和解決管線綜合設(shè)計(jì)初級碰撞問題，這其實(shí)也是意味著提早進(jìn)行校審工作，提高成圖質(zhì)量的精確度。

3.6 外墻掛板設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目中，外墻都是使用裝飾保溫節(jié)能一體化外掛墻板。建筑方案設(shè)計(jì)階段到，考慮到掛板規(guī)格的統(tǒng)一性，南北立面窗寬都是取為1.4m，根據(jù)位置，窗間掛板寬度分別取為1.3m和1.6m，此外，并依據(jù)建筑的具體情況單獨(dú)設(shè)計(jì)其他部分的掛板。

預(yù)制外墻掛板是結(jié)構(gòu)非承重圍護(hù)構(gòu)件，只會受到自身重力、風(fēng)荷載和地震作用，其荷載是利用和結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)傳給主體結(jié)構(gòu)。利用掛板受力情況，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是采取點(diǎn)支撐連接的方式，墻體和主體節(jié)點(diǎn)的上下端分別是使用兩個轉(zhuǎn)動節(jié)點(diǎn)、兩個承重以及兩個轉(zhuǎn)動節(jié)點(diǎn)，此外單獨(dú)設(shè)計(jì)其他異形墻體。這種連接方式能夠可靠連接墻體。

4 設(shè)計(jì)中存在的問題

本辦公樓項(xiàng)目設(shè)計(jì)中缺少相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)圖集作為借鑒，從而存在一些不足的問題。

（1）在建筑設(shè)計(jì)中，平立面的設(shè)計(jì)雖然符合“少規(guī)格、多組合”裝配式建筑要求，但是還得完善個別位置細(xì)部處理。

（2）在深化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的過程中，雖然參數(shù)設(shè)置是完全按照規(guī)范和參考圖集進(jìn)行的，但是考慮施工技術(shù)方面上還是存在不完善。

（3）機(jī)電設(shè)備專業(yè)施先使用傳統(tǒng)方法，后使用PKPM-BIM軟件進(jìn)行翻模和碰撞檢查，沒有完全體現(xiàn)出協(xié)同設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，導(dǎo)致工作量部分增大。

（4）在使用該平臺時(shí)候，軟件本身存在不完善地方，比如機(jī)電專業(yè)構(gòu)件庫不全、資金設(shè)計(jì)的構(gòu)件跨和軟件不相容等。

（5）由于本項(xiàng)目還處于施工圖設(shè)計(jì)階段，因而不斷細(xì)化完善以上問題，對規(guī)范規(guī)程中的設(shè)計(jì)理念結(jié)深度挖掘，積極對接施工方，不斷優(yōu)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

5 結(jié)語

隨著新型建筑工業(yè)化概念的提出，裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系逐漸得到應(yīng)用。鑒于裝配式建筑結(jié)構(gòu)需要各專業(yè)之間無縫對接精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，才能避免工程化生產(chǎn)構(gòu)件后，出現(xiàn)返工現(xiàn)象。文章通過結(jié)合某5層綜合辦公樓，通過采用PKPM-BIM設(shè)計(jì)平臺，結(jié)合筆者工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對裝配式建筑結(jié)構(gòu)混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配式拆分設(shè)計(jì)以及裝配式節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，為同行提供參考。

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