全螺栓裝配式廠區住宅樓的設計與建造分析

摘要：全螺栓連接裝配式混凝土（BPC）結構可以實現標準化設計、預制化生產，為超低能耗建筑施工創造十分有利的條件。本文結合典型BPC結構的建筑案例，開展全螺栓裝配式廠區住宅樓的設計與建造分析。經力學性能分析，本項目的模型結構能滿足初始建筑功能區域劃分所對應的承載力要求，保障墻板的橫向螺栓連接作用有助于顯著增強結構受力性能。

關鍵詞：全螺栓裝配式；混凝土；廠區住宅樓；設計與建造

中圖分類號：TU375 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）07-00-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.07.006

analysis on Design and construction of fully bolted prefabricated residential Building in factory area

QIAN Chenyang， HU Guisheng， GUO Shengyi

（BGRIMM Technology Group， Beijing 100160， China）

Abstract： The fully bolted prefabricated concrete （BPC） structure can achieve standardized design and prefabricated production， creating very favorable conditions for ultra-low energy building construction. Based on a typical BPC structure building case， this paper conducts design and construction analysis of a fully bolted prefabricated residential building in factory area. Through mechanical performance analysis， the model structure of this project can meet the bearing capacity requirements corresponding to the initial functional area division of the building， and ensuring the lateral bolt connection of the wall panel can significantly enhance the structural load-bearing performance.

Keywords： all bolt prefabricated; concrete; residential building in factory area; design and construction

全螺栓連接裝配式混凝土（BPC）結構[1-5]可以實現現場全干作業，構件均采用工廠標準化預制生產，現場施工快捷。BPC結構存在大量的水平接縫及側向接縫，接縫處螺栓連接節點的做法和承載力影響該結構體系的受力性能及工程應用，目前國內對豎向接縫的干式螺栓連接研究較少。本文結合BPC結構的超低能耗建筑，采用有限元模擬對螺栓連接的裝配式剪力墻進行研究，分析全螺栓裝配式廠區住宅樓的設計與建造方法。該住宅樓南北長度為

12.06 m，東西寬度為10.26 m，結構高度為6.54 m，共有2層，層高為3.27 m，建筑平面圖如圖1所示。圖中，數據單位均為mm。根據《建筑抗震設計規范》

（GB 50011—2010）、《中國地震動參數區劃圖》

（GB 18306—2015），本建筑抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度為0.2 g（g為重力加速度），場地類別為Ⅲ類場地，設計地震分組為第二組。

采用PKPM軟件進行建模與下部基礎計算，采用Etabs軟件進行上部結構計算?？拐鹪O防分類為丙類，結構重要性系數為1.0。從風荷載來看，基本風壓為0.45 kPa，地面粗糙程度為B類。預制構件混凝土強度均為C30等級。預制墻板、預制柱與樓板鋼筋標號均為HPB300。

1 有限元建模

根據實際戶型尺寸，首先采用PKPM軟件進行上部結構的網格及標準構件建模，如圖2所示。將PKPM結構模型導入有限元模擬軟件中，進行二次精細處理，如圖3所示，參照實際構件的配筋、材料屬性及連接節點方式匹配調整。本工程采用的分析計算模型考慮了工程上偏于保守的基本假定：忽略墻板之間豎縫的螺栓連接，墻板之間的共同工作由樓板約束實現；墻板寬度減小100 mm，即假設兩端部螺栓連接區域的墻板不參與工作；墻板截面等效為厚度100 mm的實心矩形截面；剛性樓板假定。

2 有限元計算分析

2.1 位移分析

在重力工況下，最大位移絕對值為0.671 mm，如圖4和圖5所示；在X向風壓工況下，最大位移絕對值為0.072 mm，如圖6所示；在Y向風壓工況下，最大位移絕對值為0.072 mm，如圖7所示；在X向地震工況下，最大位移絕對值為1.392 mm，如圖8所示；在Y向地震工況下，最大位移絕對值為1.392 mm，如圖9所示。

2.2 荷載計算

在重力工況下，桿件截面1逆時針方向剪力最大值為9.88 kN，順時針剪力最大值為9.76 kN；桿件截面2逆時針方向剪力最大值為0.99 kN，順時針剪力最大值為1.24 kN；桿件截面1負彎矩最大值為0.45 kN·m，正彎矩最大值為0.38 kN·m；桿件截面2負彎矩最大值為2.25 kN·m，正彎矩最大值為0.85 kN·m；桿件受壓最大值為21.85 kN，桿件受拉最大值為3.83 kN。

在X向風壓工況下，桿件截面1逆時針方向剪力最大值為2.96 kN，順時針剪力最大值為0.26 kN；桿件截面2逆時針方向剪力最大值為0.10 kN，順時針剪力最大值為0.02 kN；桿件截面1負彎矩最大值為0.09 kN·m，正彎矩最大值為0.07 kN·m；桿件截面2負彎矩最大值為0.23 kN·m，正彎矩最大值為0.24 kN·m；桿件受壓最大值為2.28 kN，桿件受拉最大值為3.07 kN。

在Y向風壓工況下，桿件截面1逆時針方向剪力最大值為2.95 kN，順時針剪力最大值為0.26 kN；桿件截面2逆時針方向剪力最大值為0.02 kN，順時針剪力最大值為0.10 kN；桿件截面1負彎矩最大值為0.09 kN·m，正彎矩最大值為0.07 kN·m；桿件截面2負彎矩最大值為0.16 kN·m，正彎矩最大值為0.15 kN·m；桿件受壓最大值為3.07 kN，桿件受拉最大值為1.83 kN。

在X向地震工況下，桿件截面1逆時針方向剪力最大值為49.27 kN，順時針剪力最大值為0 kN；桿件截面2逆時針方向剪力最大值為4.83 kN，順時針剪力最大值為0 kN；桿件截面1負彎矩最大值為0 kN·m，正彎矩最大值為1.91 kN·m；桿件截面2負彎矩最大值為0 kN·m，正彎矩最大值為4.45 kN·m；桿件受壓最大值為59.63 kN，桿件受拉最大值為0 kN。

在Y向地震工況下，桿件截面1逆時針方向剪力最大值為0 kN，順時針剪力最大值為19.94 kN；桿件截面2逆時針方向剪力最大值為0 kN，順時針剪力最大值為3.70 kN；桿件截面1負彎矩最大值為0 kN·m，正彎矩最大值為1.23 kN·m；桿件截面2負彎矩最大值為0 kN·m，正彎矩最大值為1.86 kN·m；桿件受壓最大值為0 kN，桿件受拉最大值為9.03 kN。

2.3 模態分析

結構自振周期采用模態分析法，得出12個振型。其中，第一振型的周期為0.145 7 s，頻率為6.863 4 Hz，如圖10所示；第二振型的周期為0.087 0 s，頻率為11.494 3 Hz，如圖11所示；第三振型的周期為0.083 4 s，頻率為11.990 4 Hz，如圖12所示。

對BPC結構的住宅樓開展小震作用（8度，0.2 g）下的彈性反應譜分析，層間位移角如表1所示。

由此可見，最大層間位移角僅為1/2 949，變形極小，遠小于《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2010）中剪力墻結構的彈性層間位移角1/1 000。

在反應譜分析的基礎上，考慮荷載組合，采用Etabs軟件對BPC結構的住宅樓進行配筋校核驗算。結果表明，本項目所用預制墻板的受壓承載力、正截面承載力和抗剪承載力均滿足相關要求，均具有50%以上的承載力富余。因此，對于該住宅樓來說，BPC預制墻板配筋安全合理。

3 建造實施

構件采用工廠標準化預制生產，如圖13所示。結合現場地質情況，進行基礎施工作業，如圖14所示?，F場采用全螺栓裝配連接，如圖15所示。

構件吊裝前，應檢查構件裝配連接構造詳圖，可利用建筑信息模型進行構件模擬拼裝、吊裝施工及深化設計方案檢查。選用非定型產品作為起重設備進行構件起吊時，應編制專項方案，并應經評審后再組織實施。起重設備應根據設備性能、結構特點、現場環境、作業效率等因素綜合確定。結構施工時，應全面掌握構件的型號、數量、質量、節點做法、施工操作要點等，并明確各部件的相互關系。應根據建筑物結構特點和施工工藝要求，結合現場條件，編制結構吊裝方案，并對施工人員進行安全、質量與技術交底。吊裝設備應滿足預制構件吊裝質量和作業半徑的要求，進場組裝調試時其安全性必須符合施工要求。構件安裝前應根據設計施工圖、設計深化圖和預制混凝土結構安裝要求，編制測量方案，并對建筑物的定位軸線、基礎軸線和標高、地腳螺栓位置進行檢查，并辦理交接驗收手續。正式施工前，宜選擇有代表性的單元或部件進行預制構件試安裝，根據試驗結果及時調整并完善施工方案，確定施工工藝。

4 結論

全螺栓連接裝配式混凝土（BPC）結構是一種新型全干式連接的裝配式結構，可以實現標準化設計與預制化生產。本文結合典型BPC結構的建筑案例，開展全螺栓裝配式廠區住宅樓的設計與建造分析。從力學性能分析來看，本項目的模型結構能滿足初始建筑功能區域劃分所對應的承載力要求，保障墻板的橫向螺栓連接作用有助于顯著提升結構受力性能。

參考文獻

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