裝配式混凝土結構設計簡介

摘要：裝配式建筑具有標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應用等特征，對于提高工程質量、施工效率及節能環保具有重要意義。裝配式框架混凝土結構是裝配式建筑的主要組成部分。本文介紹了裝配式混凝土框架結構形式，討論了其設計要點，為裝配式混凝土框架結構設計提供參考。

關鍵詞：裝配式、混凝土框架結構、設計

1.概念

裝配整體式框架結構是指全部或部分框架梁、柱采用預制構件通過可靠的連接方式裝配而成，連接節點處采用現場后澆混凝土、水泥基灌漿料等將構件連成整體的混凝土結構。

2.結構設計方法

裝配整體式框架結構結構分析方法采用“等同現澆”的設計概念，其承載力極限狀態及正常使用極限狀態的作用效應可采用彈性分析方法。在結構內力與位移計算時，對現澆樓蓋和疊合樓蓋，均可假定樓蓋在其平面為無限剛性。此外，尚應對疊合梁端豎向接縫、預制柱柱底水平接縫部位進行受剪承載力驗算，并進行預制構件在短暫設計狀況下的驗算。對一、二、三級抗震等級的裝配整體式框架，應進行梁柱節點核心區抗震受剪承載力驗算;對四級抗震等級可不進行驗算。

裝配整體式框架結構中，應通過合理的結構布置，避免預制柱的水平接縫出現拉力。房屋的最大適用高度與現澆混凝土框架結構基本相同。

3.節點設計

裝配整體式框架結構連接節點設計時，采用與現澆混凝土框架結構相同的方法，節點和接縫一般采用經過充分的力學性能試驗研究、施工工藝試驗和實際工程檢驗的節點做法。節點和接縫的承載力、延性和耐久性等一般通過對構造、施工工藝等的嚴格要求來滿足，必要時單獨對節點和接縫的承載力進行驗算。若采用相關標準、圖集中均未涉及的新型節點連接構造，應進行必要的技術研究與試驗驗證。

裝配整體式框架結構中，預制柱的縱向鋼筋的連接：當房屋高度不大于12m或層數不超過3層時可采用套筒灌漿、漿錨搭接、焊接等連接方式;當房屋高度大于12m或層數超過3層時宜采用套筒灌漿連接。當梁柱節點現澆時，疊合框架梁縱向受力鋼筋應伸入后澆節點區錨固或連接，其下部的縱向受力鋼筋也可伸至節點區外的后澆段內進行連接。當疊合框架梁采用對接連接時，梁下部縱向鋼筋在后澆段內宜采用機械連接、套筒灌漿連接或焊接等連接形式連接。疊合框架梁的箍筋可采用整體封閉箍筋及組合封閉箍筋形式。

4.樓蓋、樓梯等構件

裝配式樓蓋大體上可以分為兩類：預制疊合樓蓋和全預制樓蓋。樓梯一般采用預制樓梯。

預制疊合樓蓋一般由預制疊合梁、疊合板組成，疊合板由預制底板和現場后澆混凝土疊合層組成。配置底部鋼筋的預制底板作為樓板的一部分，在施工階段作為后澆混凝土疊合層的模板承受荷載，與后澆混凝土層形成整體的疊合混凝土構件。跨度大于3m時預制底板宜采用桁架鋼筋混凝土底板或預應力混凝土平板，跨度大于6m時預制底板宜采用預應力混凝土帶肋底板、預應力混凝土空心板，疊合樓板厚度大于180mm時宜采用預應力混凝土空心疊合板。施工階段是否設置可靠支撐決定了疊合板的設計計算方法。設置可靠支撐的疊合板，預制構件在后澆混凝土重量及施工荷載下，不至于發生影響內力的變形，按整體受彎構件設計計算;無支撐的疊合板，二次成形澆筑混凝土的重量及施工荷載影響了構件的內力和變形，應按二階段受力的疊合構件進行設計計算。

全預制樓蓋是樓板完全在工廠預制，在現場拼接組裝的樓蓋體系。

5.外圍護構件

裝配式框架結構的外圍護結構通常采用預制混凝土外掛墻板。預制混凝土外墻掛板是安裝在主體結構上，起圍護、裝飾作用的非承重預制混凝土外墻板，在工廠采用工業化方式生產，具有施工速度快、質量好、維修費用低的優點。

支承預制混凝土外墻掛板的結構構件應具有足夠的承載力和剛度，民用外墻掛板僅限跨越一個層高和一個開間，厚度不宜小于100mm，混凝土強度等級不低于C25。同時應滿足相應裝飾、保溫隔熱、抗震、防水、燃燒性能，以及耐火極限、耐久性等要求。

6.設計建議

1.1 建筑形體宜采用規則的平面和立面形式。

1.2 結構布置宜采用柱網布置對齊，梁柱對中布置。

1.3 相交兩方向梁底宜留高差，避免節點處梁鋼筋相遇問題。

1.4 采用大板跨，減少梁數量;合理歸并，減少構件類型。

1.5 采用大直徑、少根數、大間距的配筋方式。

1.6 材料宜采用高強鋼筋與適宜的高強混凝土。

預制構件在工廠生產，混凝土構件可實現蒸汽養護，對于混凝土的強度、抗凍性及耐久性有顯著提升，方便高強混凝土技術的采用，且可以提早脫模提高生產效率;采用高強混凝土可以減小構件截面尺寸，便于運輸吊裝。采用高強鋼筋，可以減少鋼筋數量，簡化連接節點，便于施工，降低成本。

1.7 節點和接縫應受力明確、構造可靠。

節點和接縫的承載力、延性和耐久性等一般通過對構造、施工工藝等的嚴格要求來滿足，必要時單獨對節點和接縫的承載力進行驗算。若采用相關標準、圖集中均未涉及的新型節點連接構造，應進行必要的技術研究與試驗驗證。不采用安裝復雜、效率不高的節點形式。

1.8 圍護結構及建筑部品等宜采用工業化、標準化產品。

1.9 應與建筑功能和裝修相配套措施。

如外墻采用干式連接接縫做法的結構體系，必須采取拼縫防水等措施。

1.10 其他注意事項。

（1）宜采用主體、裝修和設備管線的裝配集成技術。

（2）應合理確定梁和柱的截面尺寸以及鋼筋的數量、間距及位置等，鋼筋的錨固與連接應符合國家現行標準相關規定，并應考慮構件鋼筋的碰撞問題以及構件的安裝順序，確保裝配式結構的易施工性。

7.結論

裝配式混凝土框架結構設計是一個復雜的體系，應具有工業化思維，滿足結構安全、功能合理同時把成本因素、施工的便利性考慮進去。設計時不應為了滿足裝配率的高低，隨意增加預制構件而忽視質量、效率和成本等因素。

參考文獻：

[1]裝配式混凝土結構技術規程 JGJ1-2014，中國建筑工業出版社，2014.

[2]裝配式混凝土建筑技術標準GB /T 51231-2016，中國建筑工業出版社，2017.

[3]混凝土結構設計規范 GB50010-2002，中國建筑工業出版社，2002.

[4]建筑業10項新技術（2017版），中華人民共和國住房和城鄉建設部，2017

[5]郭學明，裝配式混凝土結構建筑的設計、制作與施工，機械工業出版社，2017.

作者介紹：

李仲人（1977.6.15），性別：男;籍貫：四川省渠縣;民族：漢;學歷：碩士研究生、碩士;職稱：高級工程師;研究方向：建筑結構設計。