預(yù)制裝配式建筑的結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計

劉芳 郝昌閣

中核新能核工業(yè)工程有限責(zé)任公司 山西太原 030012

隨著當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，人們對建筑行業(yè)提出了更高的要求。為了適應(yīng)不斷變化的社會環(huán)境，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)運(yùn)而生，由于其具有較高的建設(shè)質(zhì)量以及高效的施工速度，目前在建筑行業(yè)中備受青睞。近年來，預(yù)制裝配技術(shù)在小型別墅和高層建筑的建造領(lǐng)域應(yīng)用較多，并且在世界范圍內(nèi)，建筑工業(yè)化進(jìn)程的推動也是備受人們關(guān)注的話題之一。

1 預(yù)制裝配式建筑特點(diǎn)

1.1 成本較低

在傳統(tǒng)的建筑工程項(xiàng)目中，施工環(huán)節(jié)往往會需要耗費(fèi)大量的人力、物力資源，并會涉及較為龐大的資金投入，因此在建筑工程施工過程中，加強(qiáng)對于資金的合理運(yùn)用是各個建筑企業(yè)需要重點(diǎn)考慮的問題。而預(yù)制裝配式建筑在施工過程中，所采用的構(gòu)件都是使用預(yù)制件的方法進(jìn)行提前加工和制造，在提高了建筑安全性與穩(wěn)定性的同時，也在很大程度上降低了工程的成本投入[1]。

1.2 施工高效性

傳統(tǒng)的建筑工程項(xiàng)目在施工過程中，需要耗費(fèi)的時間較長，且在工程建設(shè)完成之后，一般需要1-2個月的時間來對其進(jìn)行修飾。而預(yù)制裝配式建筑在相應(yīng)施工技術(shù)的支持下，對于建筑工程項(xiàng)目的封頂及墻面安裝都能在很大程度上縮短工期，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)施工效率的提高。

2 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計策略

2.1 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

該結(jié)構(gòu)體系是現(xiàn)在應(yīng)用較多的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)形式，這是由于不同于預(yù)制裝配形式的剪力墻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)體系比較輕，運(yùn)輸難度小。在設(shè)計使用該類結(jié)構(gòu)體系時，預(yù)制疊合板及預(yù)制疊合梁等框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要在工廠內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場之后，還需要通過現(xiàn)澆的方式處理節(jié)點(diǎn)及梁端鍵槽，對框架結(jié)構(gòu)中的柱構(gòu)件，必須充分結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況及需求來選擇預(yù)制方式或現(xiàn)澆方法。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時：柱混凝土、預(yù)制框架柱底及基礎(chǔ)梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等級需要維持在C30以上；結(jié)構(gòu)平面需保持規(guī)則，梁柱中心線不僅需要處于一個相同的豎向平面之中，同時縱橫向框架柱需保持對齊；設(shè)計梁柱交接部分的框架節(jié)點(diǎn)時需考慮使用剛節(jié)點(diǎn)；在對預(yù)制梁柱接頭區(qū)域進(jìn)行焊接施工時一定要保證焊接質(zhì)量；在設(shè)計過程中需要重點(diǎn)處理連接構(gòu)造中的各個預(yù)埋件[2]。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

在此階段要重點(diǎn)分析受力情況，上部荷載通過疊合板傳遞至剪力墻，然后剪力墻逐層往下傳遞，最終傳遞至基礎(chǔ)筏板。在進(jìn)行受力計算時，首先要確定所有的剪力墻構(gòu)件是否都要進(jìn)行預(yù)制現(xiàn)場裝配，然后根據(jù)確定好的構(gòu)件數(shù)量及布置情況進(jìn)行力學(xué)計算，看是否能夠滿足荷載的要求。還要進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯罂紤]，在其極限荷載的情況下考慮預(yù)制及安裝過程中的質(zhì)量問題，這樣才能有效保證結(jié)構(gòu)受力要求；豎向的荷載設(shè)計完成后要計算結(jié)構(gòu)的橫向抗側(cè)力，盡量選用動力特性相同的構(gòu)件形式作為橫向構(gòu)件，這樣可以保證建筑的橫向剛度；在裝配式建筑設(shè)計中需要重點(diǎn)注意的是結(jié)構(gòu)的受力節(jié)點(diǎn)不能選在結(jié)構(gòu)薄弱的位置，如預(yù)制剪力墻構(gòu)件的根部應(yīng)進(jìn)行加寬設(shè)計，避免豎向拼接的位置正好出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的強(qiáng)受力區(qū)，這樣對結(jié)構(gòu)的連接質(zhì)量要求過高，很難保證構(gòu)件連接滿足受力要求。

2.3 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

預(yù)制裝配式建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個工程建筑設(shè)計施工的重中之重，直接影響整體建筑的質(zhì)量，如果混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)質(zhì)量問題就必然會影響框架剪力墻結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定性。因此，在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先，選擇合理的施工材料，加強(qiáng)對材料質(zhì)量的檢驗(yàn)控制。其次，注意澆筑攪拌時間的控制，避免水泥水化反應(yīng)不充分而影響混凝土構(gòu)件性能。在本工程這棟高層建筑施工設(shè)計中，采用傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力處理方式需要以混凝土結(jié)構(gòu)截面內(nèi)外預(yù)應(yīng)力為基礎(chǔ)才能提高總預(yù)應(yīng)力效果。但傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力處理會對管道造成傷害而降低預(yù)應(yīng)力。為提高混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，采用體外預(yù)應(yīng)力處理方式，即應(yīng)用鋼筋在混凝土中的截面提供外來預(yù)應(yīng)力可有效降低磨損度。將該技術(shù)應(yīng)用到混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中不僅可提高工程施工質(zhì)量，還能保證施工的效率。在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際施工時除了要控制材料質(zhì)量外，還要注意混合材料配制時設(shè)計比的合理設(shè)置，要求所配置的混合材料必須符合混凝土工程施工要求。此外，要做好施工簽訂模板清理和檢查工作，及時清除模板中的雜物。最后，在施工結(jié)束后要注意保養(yǎng)維護(hù)，安排專門人員負(fù)責(zé)，對混凝土結(jié)構(gòu)表面的溫度、裂縫等問題進(jìn)行巡查并采取針對性的處理措施，同時采取灑水降熱的措施來提升混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[3]。

2.4 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

研究人員提出的裝配式整體預(yù)應(yīng)力板柱體系，可分為整塊板與多塊板，后者，不僅能夠減少預(yù)制板尺度與重量，還可為吊裝作業(yè)提供便利。相關(guān)人員需在安裝構(gòu)件過程設(shè)置斜撐來提高預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。在抗震性能方面，由于預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)僅與受力構(gòu)件剛度、節(jié)點(diǎn)剛度有關(guān)，因此，抗震性能與設(shè)計控制關(guān)系應(yīng)從節(jié)點(diǎn)類型入手。具體來說，因節(jié)點(diǎn)不同，預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)可分為三種，即干式連接鉸接連接節(jié)點(diǎn)、柔性連接節(jié)點(diǎn)以及濕式連接剛性連接節(jié)點(diǎn)。其中干式連接節(jié)點(diǎn)無轉(zhuǎn)動剛度，只適用于承擔(dān)豎向載荷，無需考慮抗震設(shè)防且風(fēng)壓小，主要用于低層建筑。柔性連接節(jié)點(diǎn)，處于鉸接連接節(jié)點(diǎn)與剛性連接節(jié)點(diǎn)之間，雖存在轉(zhuǎn)動剛度，但缺乏取值依據(jù)。濕式連接剛性連接節(jié)點(diǎn)，其轉(zhuǎn)動剛度與現(xiàn)澆混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)接近，所以，在力學(xué)性能上與現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)相似，適用于所有預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)。由于不同節(jié)點(diǎn)型式的剛度與能耗性能存在差異，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計需針對節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)設(shè)計相應(yīng)的力學(xué)與抗震性能。

3 結(jié)語

綜上所述，預(yù)制裝配式建筑具有施工周期短、綠色環(huán)保、對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，為了使該建筑結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)能充分發(fā)揮出來，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時一定要進(jìn)行優(yōu)化，針對不同的結(jié)構(gòu)形式采用不同的設(shè)計方法，確保設(shè)計質(zhì)量，促進(jìn)預(yù)制裝配式建筑在我國的應(yīng)用，推動我國建筑行業(yè)的發(fā)展。