裝配式建筑工程的抗震設防施工技術探討

王雙元

【摘要】裝配式建筑工程作為一種新型建筑方案，是近些年主流的工程建設形勢。傳統建筑工程抗震設防工藝在幾十年發展已經十分成熟，而裝配式建筑抗震設防的研究還不夠成熟，行業也沒有提出抗震設防施工技術標準，這就需要結合裝配式建筑抗震等級設計標準，對裝配式建筑工程進行抗震設防設計，積極利用現代化技術，保證建筑工程整體的抗震性能。基于此，本文結合某工程案例，分析工程抗滲設防的重點與難點，探究裝配式建筑工程抗震設防施工技術包括抗震體系、節點連接、隔震體系、配件施工，并提出抗震設防的應用效果。

關鍵詞：裝配式建筑工程;抗震設防;施工技術;應用效益

中圖分類號：TU352.1+1

引言

隨著我國建筑工業不斷發展，近些年裝配式建筑在我國的應用愈加廣泛。由于我國裝配式建筑工程應用時間短，裝配式建筑框架結構抗震性優劣一直是社會重點關注的問題。當今國際上較為先進的抗震設計理論是基于性能的抗震設計方案，并且被國際各國廣泛認可，但在我國是否適用還需要另做研究。此外，裝配式建筑設計與施工離不開BIM技術的支持，通過也可以借助BIM軟件預測工程設計方案的抗震性能，這就需要積極利用先進技術對裝配式建筑工程抗震性進行分析，并針對性采用抗震設計施工技術，最大程度上保證裝配式建筑工程建設質量。

1. 工程概況

如圖1所示，某公寓項目工程總共30層，（地下1層和地上29層），每層層高為3.3m，建筑總高度約為97.8m，工程總建筑面積為2.28萬㎡。該工程采用了國內高標準建設技術、指揮技術、可變建造技術等，貫徹了開放共享理念。工程設計標準為三星綠色建筑、二星健康建筑，預制裝配率在81.5%以上[1]。

本工程建設貫徹了《百年住宅建筑設計規程》標準，采用了新型建筑體系、工業建造技術。采用了表面化設計方案，包括規劃、設計、平面、戶型、立面等多項標準，最大化提升使用效率、降低工程建設成本，發揮新型工業建造技術優勢。中間層設置空中花園，是整棟樓的垂直健身跑道。頂層設置屋頂花園，營造開放的建筑空間，避免工程中有過多空間圍合房間。同時工程中設計了休閑區、露天健身區、聚餐區等[2]。

2. 工程施工的重點與難點

該工程設計采用了裝配式組合架構，設計使用年限為100年，抗震性能為7度，Ⅲ類場地類型，第一組地震分組。工程整體設計上對結構抗震性能、耐久性、預制構件等方面提出了更高要求。

項目工程中應用了多種創新型技術，設計階段就要整合各類專業信息，精準落實設計者的表達意圖，加強防碰撞設計，避免設計失誤或施工失誤。由于工程功能豐富、系統繁雜，提高了施工工藝難度，質量標準較高，需多單位協調開展工作，配合協調難度大。

3. 裝配式建筑工程抗震設防施工技術

3.1抗震結構體系

本工程采用了鋼筋混凝土組合結構，作為一種常見的裝配式建筑形式，相比鋼結構、混凝土結構具有以下幾點優勢：（1）鋼混裝配結構要比預制混凝土結構更加綠色環保，無需模板施工，施工更加便捷;（2）相比鋼結構，鋼混裝配式建筑采用了組合構件，可以在很大程度上提升結構剛度，減少圍護體系變形幾率。為了滿足本項工程的功能需求，最終設計決定采用裝配式鋼框架和現澆混凝土剪力墻的組合形式。標準層結構布置如圖2所示[3]，結構施工抗震等級如表1所示[4]。

3.2節點連接

3.2.1工字形截面柱拼接頭

工程柱拼接節點是剛接節點，柱拼接頭在框架節點塑性區外，在框架梁上方1.3m。為了提高運輸、吊裝的便捷性，柱結構安裝單元采用2層1根，長度不超過12m。根據現場施工條件以及工程設計標準，柱拼接主要是采用高強度螺栓、焊接連接方法。抗震設防要求的焊縫連接，采用全熔透坡口焊接。翼緣采用全熔透坡口焊接方案，腹板用螺栓連接，如果柱腹板使用焊接方案，要在腹板部位開K字形坡口，并且焊頭。

3.2.2箱形柱焊接接頭

本工程高層鋼結構箱形柱和下部型鋼混凝土采用十字連接方案，施工中要重點考慮截面形式變化部位的力傳遞平順。箱形柱一部分力要傳遞給鋼混結構中，另一部分傳遞到十字柱中。截面連接部分，將十字柱腹板摻入到箱形柱中，這樣就實現了兩個截面的過渡。深入長度為D+200mm以上（D為柱直徑）。過渡段主梁下端緊貼主梁。界面接頭上、下部位都要焊接栓釘，栓釘距離與過渡段間距為150-200mm，沿十字柱高不超過300mm[5]。鋼混裝配結構的十字柱接頭，由于截面腹板采用高強度螺栓連接難度高，所以腹板、翼板均采用焊接方法。

3.2.3次梁與主梁連接

本工程的次梁和主梁連接采用鉸接方案，主梁同時充當次梁支座，次梁為簡支梁。主梁加勁板和次梁腹板采用螺栓連接，如果次梁內力、截面較小時可以在主梁腹板上直接連接。如果次梁跨數多、跨度大、荷載高時，要采用剛接方案，此時次梁為主梁續梁，降低次梁撓度，減少鋼材使用量。根據工程抗震標準的框架梁，梁端可能會產生塑性鉸處，距離柱軸線1/10～1/8梁跨部位，梁上下翼板設置側向偶撐，根據軸心受壓構件計算其長細比。

3.2.4腹板開孔補強

如果管道要穿越梁腹板開孔部位時，要結合孔洞大小、部位確定是否要進行補強操作。如果圓孔直徑不高于梁高的1/3時，且孔洞間距為3倍孔徑時，不得在梁端1/8跨度范圍開孔，也可以不補強[6]。本工程的特性以及抗震等級要求，需要進行補強操作，梁翼緣負責承擔彎矩力，孔洞補強板、孔截面腹板共同承擔剪力。圓孔補強采用套管、環形補強板、梁腹板焊接V形加勁肋等方案。在梁腹板開方形孔時，會對腹板剪力性能造成很大影響，需要在洞口邊增設加勁板，縱向加勁板滲入到孔洞長度要大于方形孔高度，梁翼緣寬度為加勁肋的2倍，厚度和腹板相等。

3.3隔震

本工程主要是采用了吊式隔震方案，該方案十分適合高層、超高層建筑，是結構上部與抗震結合的手段，借助建筑結構本體質量以及阻尼形成的減震裝置。吊式隔震技術實現了建筑上部結構與地基之間的隔離，可以分為上部結構和下部結構，在上下部結構之間設置足夠安全的隔震系統，形成隔震層，借助"隔震"、"吸震"作用，如果發生了地震，可以減緩地震力、吸收地震源能量，減少結構受到地震作用。支撐點將建筑懸掛在巨型鋼混結構中，減少地震危害。該方案可以最大程度上減少建筑所承受的地震作用力。通過BIM仿真模擬對比發現，地震時上部結構作近似平動，設置隔震層的結構地震反應力系數是不隔震層的建筑結構的1/4-1/8，減震作用十分明顯，真正的讓地震和上部結構“隔離”。簡單來說，該設計方案可以讓建筑結構受到8級地震時，實際所受到的震動僅相當于5.5級地震，而5.5級地震幾乎無法損壞滿足抗震要求的建筑，實現了減輕地震對上部結構造成損壞的目標，還可以有效保護建筑裝修及室內設備。

3.4配件施工

3.4.1框架梁

梁截面寬度要大于200mm，截面高寬比低于4，凈跨和截面高度比大于4。梁配筋確保梁端縱向受拉鋼筋配筋率在2.5%以內，計入受壓鋼筋梁端混凝土受壓高度、有效高度比不超過0.35。梁端截面地面、頂面縱向鋼筋配筋量比值高于0.3。梁端箍筋加密區長度、最大間距、最小直徑要滿足裝配式建筑施工標準，梁端縱向收拉鋼筋配筋率在2%以上時，箍筋直徑要增加2mm。

3.4.2抗震墻

抗震墻厚度大于160mm，不低于層高1/20，底部加強部位抗震墻厚度不低于200mm，不小于層高的1/16，1-3層為加強層，暗柱箍筋間距為150mm，雙排鋼筋間的美化拉筋距離為400mm。4-29層暗柱箍筋間距為200mm，拉筋為600mm。橫縱鋼筋配筋率不低于0.25%，采用雙排布置方案，拉筋間距為600mm，直徑為6mm以上。此外，在頂層連梁縱向鋼筋錨固范圍內要增設箍筋[7]。

3.4.3抗震支架

如果發生了地震時，為了能夠降低地震對建筑結構的破壞，要盡可能避免次生災害發生，所以在給排水、供暖、空調、電力系統、熱力系統等工程設備設置抗震支架，包括錨固件、抗震連接構件、加固吊桿、連接管、斜撐、型鋼等。

4. 抗震設防施工技術的應用效益

采用BIM技術設計工程結構模型，選擇有限元非線性分析程序SAP2000，對整個模型進行模擬、分析，使用PKPM構建非隔震模型。考慮裝配結構節點與現澆結構節點剛度存在差異，所以要對模型節點區域剛度進行重新設定。輸入工程建設區域地震動數據參數模型后，展開有限元分析，得出陣型周期信息表，和PKPM所得到的陣型周期信息基本一致，如表2所示[8]。

表1中兩個模型周期信息基本一致，SAP2000構建的模型可以實現有限元分析，針對該工程29層裝配式結構的抗震設防施工方案，分析整體抗震性，與未設置抗震設防模型對比。應用了抗震設防施工技術，除了隔震層位移較大之外，上層建筑結構的位移量非常小。從間層位移角度分析，位移數值可以完全滿足裝配置高層建筑的抗震標準。而沒有使用抗震設防的模型，位移角度變化量非常大，已經超出了允許范圍值，難以滿足抗震要求，地震模擬中出現多處節點損壞，后期結構倒塌。因此，本工程的抗震施工方案可以滿足當地抗震性能要求。

結束語

綜上所述，為了能夠進一步提高裝配式建筑工程的建設安全，科學采用抗震設防施工技術可以有效減少地震的負面影響，提高建筑結構整體的穩定性。未來，還需要進一步對裝配式建筑抗震技術的研究工作，提出標準、統一的抗震標準和施工方案，實現裝配式建筑行業的規范化發展。

參考文獻

[1]江韓， 趙學斐， 張并銳. 某裝配式建筑抗震設計及BIM技術設計施工一體化應用[J]. 工程抗震與加固改造， 2019（2）：555-556.

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[8]相陽， 羅永峰， 黃青隆. 裝配式鋼結構抗震性能研究進展[J]. 建筑鋼結構進展， 2019（3）：11-12.