裝配式建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化探討
——以貴州省清鎮(zhèn)市PC工業(yè)園區(qū)某裝配式宿舍樓為例

廖滿軍 黃恩福 趙 峻 中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，清鎮(zhèn) 551403

本文以貴州省清鎮(zhèn)市PC工業(yè)園區(qū)某裝配式宿舍樓為例，基于工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及理論計(jì)算，提出了一系列現(xiàn)行裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案，同時(shí)在保溫措施、構(gòu)件設(shè)計(jì)等方面提出了有針對(duì)性的改進(jìn)思路。

1 工程概況

背景項(xiàng)目為清鎮(zhèn)市PC工業(yè)園區(qū)內(nèi)某裝配式宿舍樓項(xiàng)目。該項(xiàng)目為貴州省內(nèi)第一個(gè)裝配式結(jié)構(gòu)項(xiàng)目（見圖1）。該宿舍樓項(xiàng)目采用裝配式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，占地面積968.62m2，總建筑面積3956.46m2，層高3.6m，建筑總高度14.7m（四層）。所采主要預(yù)制構(gòu)件包括：預(yù)制夾心保溫外墻、預(yù)制內(nèi)墻、預(yù)制疊合板、預(yù)制疊合梁、預(yù)制樓梯、預(yù)制女兒墻。原設(shè)計(jì)外墻全部采用預(yù)制“三明治”剪力墻，內(nèi)隔墻部分預(yù)制，內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，框架梁為預(yù)制、框架柱現(xiàn)澆，樓板除陽臺(tái)、樓梯口外均采用預(yù)制疊合板，樓梯采用帶休息平臺(tái)的預(yù)制樓梯（見圖2）。項(xiàng)目整體預(yù)制率58.5%、裝配率82.8%。

圖1 宿舍樓項(xiàng)目立面圖

圖2 原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平面布置拆分圖

2 設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

采用底部剪力法對(duì)宿舍樓項(xiàng)目水平地震層間剪力進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算基本參數(shù)如下：抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)特征周期為0.35S，結(jié)構(gòu)自振周期0.28S，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.2kN/m2，計(jì)算簡(jiǎn)圖（見圖3）。

由表1及表2的計(jì)算可得，宿舍樓項(xiàng)目地震水平力層間剪力較小，風(fēng)荷載更不是影響因素。因此宿舍樓項(xiàng)目各層連接套筒數(shù)量可以進(jìn)行較大幅度的數(shù)量?jī)?yōu)化。完全可以不設(shè)置剪力墻，直接由柱梁體系承受水平力。通過上述計(jì)算及分析總結(jié)，宿舍樓項(xiàng)目可以設(shè)計(jì)成框架結(jié)構(gòu)。

圖3 水平地震力計(jì)算簡(jiǎn)圖

2.2 外墻設(shè)計(jì)優(yōu)化

三明治外墻可以設(shè)計(jì)成三明治外掛墻板，但該三明治外掛墻板不能影響框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形。下面以單個(gè)墻板為例提出合理的三明治外掛墻板設(shè)計(jì)。

以預(yù)制外墻板YWB17為例，原設(shè)計(jì)總厚度為290mm（60mm混凝土外防護(hù)+30mm聚苯板保溫+200mm剪力墻），水平鋼筋為φ8間距200mm，豎向鋼筋為φ12間距150mm，上下鋼筋連接灌漿套筒為φ12共17個(gè)。下面是通過優(yōu)化后的兩種方案。

方案一：可以做成總厚度設(shè)計(jì)為190mm三明治外掛墻板（60mm混凝土外防護(hù)+30mm聚苯板保溫+100mm砼墻），水平鋼筋為φ6間距500mm，豎向鋼筋為φ6間距500mm，該設(shè)計(jì)相當(dāng)于磚砌填充墻，左右伸出鋼筋相當(dāng)于拉結(jié)筋，當(dāng)?shù)卣鹆^大時(shí)可以直接受力剪斷，不影響主體框架結(jié)構(gòu)受力變形，當(dāng)墻長(zhǎng)不超過5m時(shí)，墻上下可以不設(shè)置伸筋與梁連接，所以不必要設(shè)置套筒，但是要注意外掛墻板與梁柱之間要留有縫隙，根據(jù)規(guī)范要求框架結(jié)構(gòu)最大層間位移角限值是1/550，按層高3.6m計(jì)算，縫隙為6.6mm，因此可以設(shè)置外掛墻板與梁柱縫隙為20mm，縫隙采用柔性密封材料填充，這樣的外掛板體系有別于傳統(tǒng)外掛板，對(duì)主體框架結(jié)構(gòu)變形不影響，符合現(xiàn)階段框架結(jié)構(gòu)計(jì)算模型假設(shè)條件。

表1 各層重力荷載代表值計(jì)算表

表2 各層剪力及套筒數(shù)量計(jì)算分析表

方案二：采用四個(gè)節(jié)點(diǎn)將三明治外掛墻板與框架主體結(jié)構(gòu)連接，下面兩個(gè)節(jié)點(diǎn)起支撐墻板作用，上下兩個(gè)節(jié)點(diǎn)允許墻板產(chǎn)生一定位移。該方案受力明確，沒有伸筋，不需套筒，施工安裝難度也降低。

2.3 保溫措施優(yōu)化

三明治夾心保溫結(jié)構(gòu)（見圖5）具有良好的保溫效果，但生產(chǎn)復(fù)雜，連接件成本非常高。建議以后在貴州地區(qū)保溫措施方面盡量因地制宜、結(jié)合當(dāng)?shù)氐谋毓?jié)能規(guī)范要求采用他種保溫技術(shù)（如保溫砂漿內(nèi)保溫），既降低成本又便于生產(chǎn)。

圖4 三明治夾心斷面圖

圖5 帶休息平臺(tái)樓梯吊點(diǎn)示意圖

2.4 構(gòu)件設(shè)計(jì)優(yōu)化

裝配式建筑相關(guān)預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)，應(yīng)該盡量使用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，減少異形構(gòu)件（如PCF板、帶休息平臺(tái)樓梯），一些異形構(gòu)件不僅生產(chǎn)困難、成本高而且吊裝難度也非常大，今后設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免。下面以宿舍樓樓梯為例進(jìn)行分析總結(jié)。如圖6所示，水平吊裝點(diǎn)位置設(shè)計(jì)不合理，吊裝時(shí)構(gòu)件受力處于偏心狀態(tài)，使這個(gè)吊裝施工難度大，且存在嚴(yán)重的安全隱患。

建議由同一家設(shè)計(jì)單位完成一次設(shè)計(jì)和深化設(shè)計(jì)，并在深化設(shè)計(jì)階段組織構(gòu)件生產(chǎn)方、現(xiàn)場(chǎng)施工方多集思廣益，以達(dá)到設(shè)計(jì)最優(yōu)化的目的。