全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)構(gòu)件標準化設計

孔文藝 丁峰 范曉玲 趙元星

【摘 要】?文章結(jié)合全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)主要技術特征，分析了其“基于構(gòu)件標準化”和“以提供完整建筑產(chǎn)品為目標”的標準化設計特點，提出了預制構(gòu)件標準化設計的基本原則，針對肋形標準墻板和樓板的標準化設計，從結(jié)構(gòu)構(gòu)造、連接構(gòu)造和配筋等方面探討了設計技術要點，進而提出了全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)標準化設計的建議。

【關鍵詞】裝配式建筑; 肋形薄壁結(jié)構(gòu); 螺栓連接; 基于構(gòu)件的標準化設計

近年來，我國裝配式混凝土建筑得到持續(xù)快速發(fā)展，裝配式結(jié)構(gòu)在實際工程中的應用日益廣泛，但也存在發(fā)展不均衡的現(xiàn)象，目前低多層居住建筑的工業(yè)化水平顯著低于中高層建筑和低多層公建，隨著新型城鎮(zhèn)化和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的推進以及保障性住房、安置房、洋房、別墅等建設需求的不斷加大，低多層居住建筑的工業(yè)化技術研究逐漸受到研究人員的關注[2-5]。

低多層居住建筑工業(yè)化研究的關鍵在于確定合理的結(jié)構(gòu)體系和連接方法，從經(jīng)濟性和舒適度角度，低多層裝配式房屋適合采用全預制全裝配全干式連接技術體系。全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)是一種面向低多層房屋的全預制墻板結(jié)構(gòu)體系，如圖1所示，主體結(jié)構(gòu)一般由肋形墻板、樓板、墻柱和臥梁等構(gòu)成，相鄰預制構(gòu)件間通過一定數(shù)量的螺栓連接形成整體，該體系在日本的研究和應用已較為成熟[1]，主要用于五層及以下的裝配式旅館、住宅等居住類建筑。螺栓連接肋形薄壁結(jié)構(gòu)同時發(fā)揮了螺栓連接節(jié)點和剪力墻結(jié)構(gòu)的技術優(yōu)勢，工業(yè)化程度高，符合裝配式建筑的技術要求，適合我國國情，開展相關的技術研究對于進一步完善現(xiàn)有裝配式結(jié)構(gòu)技術體系和擴大裝配式混凝土建筑的應用范圍具有實際意義。

本文結(jié)合現(xiàn)有研究成果和工程實踐等對螺栓連接全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)的預制構(gòu)件標準化設計進行研究，為該體系進行構(gòu)件設計、戶型設計以及工廠化制作、規(guī)?；瘧玫忍峁┮罁?jù)。

1 裝配式建筑與標準化

標準化是裝配式建筑的主要特征，在標準化研究基礎上進一步達到模數(shù)化、系列化，遵循“少規(guī)格、多組合”的原則，形成多樣化的戶型和立面造型，有利于建立通用化的技術體系，提高設計效率和設計質(zhì)量，促進技術研發(fā)的可持續(xù)發(fā)展，獲得較好的經(jīng)濟和社會效益。

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)盡管也遵循標準化設計原則，但由于現(xiàn)場存在較多的濕作業(yè)，一般僅對部分構(gòu)件進行工廠化預制，如預制疊合板、陽臺板、空調(diào)板、樓梯板等水平構(gòu)件，由此建造的裝配式房屋屬于部分構(gòu)件預制的半裝配式建筑，標準化程度低，功能集成度低，標準化設計的技術優(yōu)勢得不到充分發(fā)揮。

全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)屬于全預制技術體系，其結(jié)構(gòu)設計過程與裝配整體式結(jié)構(gòu)“先拆分、再組合”的方式存在顯著區(qū)別，一方面全預制技術體系的標準化設計是基于構(gòu)件的標準化，即針對整個結(jié)構(gòu)中全部構(gòu)件，標準化程度高，功能集成度高，另一方面結(jié)構(gòu)施工圖設計是在完成構(gòu)件標準化的基礎上，根據(jù)計算結(jié)果對標準化產(chǎn)品構(gòu)件的選型和組合，通過標準化設計，最終向市場提供完整的建筑產(chǎn)品。

2 標準化設計原則

螺栓連接全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)屬于全預制全裝配技術體系，工程應用以居住類建筑為主，使用功能明確，構(gòu)件外形簡單、規(guī)則，具備標準化的條件。結(jié)合前述全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)的設計特點，針對其預制構(gòu)件的標準化設計分別從預制構(gòu)件和連接構(gòu)造的標準化等方面提出以下基本原則。

2.1 模數(shù)協(xié)調(diào)

按照GB/T 50002《建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標準》、GB/T 51231《裝配式混凝土建筑技術標準》的有關規(guī)定，結(jié)合使用功能要求，采用基本模數(shù)、擴大模數(shù)或分模數(shù)組合的方式進行模數(shù)協(xié)調(diào)，實現(xiàn)預制構(gòu)件的標準化和模數(shù)化設計。

2.2 少規(guī)格，多組合

功能相同或相似的構(gòu)件盡量做到形式統(tǒng)一，構(gòu)件類型盡量少，功能集成度高，通過基本功能構(gòu)件的尺寸或局部構(gòu)造變化形成系列化預制產(chǎn)品，合理控制預制部品部件的類型，從而提高模具重復使用率。

2.3 考慮各專業(yè)協(xié)同

預制構(gòu)件和建筑空間設計需綜合考慮建筑、結(jié)構(gòu)、設備和裝飾裝修等各專業(yè)的協(xié)同配合以及建筑全生命周期設計、使用、維護和管理要求，在基礎梁、樓板、墻板等對應部位進行必要的預埋或預留孔洞，滿足建筑、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)和安裝要求的一體化設計。

建筑論壇與建筑設計孔文藝， 丁峰， 范曉玲， 等： 全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)構(gòu)件標準化設計

2.4 構(gòu)造簡單

為提高設計和生產(chǎn)效率，預制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和連接構(gòu)造設計要求盡量簡單，如墻板、樓板外形簡潔、規(guī)則，無出筋、預埋或疊合層等。

2.5 尺度適中

考慮構(gòu)件受力、制作、運輸和安裝等因素，對墻板和樓板尺寸控制以及臥梁合理分段等，如墻板設計建議以寬度0.9～1.5 m的中型構(gòu)件為主。

3 主要設計內(nèi)容

全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)預制構(gòu)件標準化設計主要包括墻板、樓板、墻柱、臥梁、陽臺板和樓梯板等組成構(gòu)件及相應的連接構(gòu)造等，由于預制墻柱、臥梁、陽臺板和樓梯板等輔助構(gòu)件設計與一般裝配式結(jié)構(gòu)相似，因而以下僅對墻板和樓板及其連接構(gòu)造和配筋標準化設計要點進行探討。

3.1 墻板

墻板是全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)中的關鍵性抗側(cè)力構(gòu)件，其標準化包括墻身結(jié)構(gòu)構(gòu)造、連接構(gòu)造和配筋設計等內(nèi)容。

3.1.1 墻身構(gòu)造

肋形薄壁墻板沿高度、寬度方向或角部區(qū)域布置一定數(shù)量的加勁肋形成肋形板式構(gòu)件，板身典型構(gòu)造如圖2所示。

肋形標準墻板的優(yōu)先幾何尺寸，寬度、高度通常取3M為模數(shù)，如900 mm、1 200 mm等，輪廓厚度一般要求不小于120 mm，壁厚一般以0.3M為模數(shù)，并滿足承載力、穩(wěn)定性以及保溫和隔聲等建筑功能要求。

加勁肋起到提高墻板剛度、改善墻板受力狀態(tài)的作用，寬度要求不小于45 mm，每塊墻板的橫向加勁肋數(shù)量不少于兩道。

3.1.2 連接構(gòu)造

沿墻板周邊預留豎向、水平螺栓孔以及施工安裝槽（圖2），其中，安裝槽大小滿足螺栓安裝施工操作空間要求，螺栓孔沿厚度方向居中布置并采用統(tǒng)一規(guī)格，豎向螺栓孔和水平螺栓孔一般要求對稱布置，有利于墻板和連接螺栓均勻受力，方便施工，構(gòu)件設計與制作標準化程度高。

3.1.3 墻板配筋

主要包括墻身分布鋼筋和邊肋縱筋等的標準化設計，按照GB 50011-2010《建筑抗震設計規(guī)范》（2016年版）、GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（2015年版）等標準的相關設計要求進一步優(yōu)化設計以滿足不同抗震設防烈度地區(qū)房屋的結(jié)構(gòu)抗震要求，如分布鋼筋規(guī)格、直徑和間距，縱筋規(guī)格、直徑、數(shù)量等，通過配筋標準化設計使墻板構(gòu)件具備特定的抗震承載能力，具體設計時，由設計人員根據(jù)房屋的抗震需求對標準層高、寬度、厚度和配筋的標準墻板構(gòu)件進行合理選型。

3.2 樓板

全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)的樓（屋）蓋結(jié)構(gòu)采用預制樓板拼接形成，結(jié)構(gòu)設計首先需結(jié)合綜合考慮承載力、剛度、整體性和施工等因素進行結(jié)構(gòu)造型，進而對預制樓板結(jié)構(gòu)構(gòu)造、連接構(gòu)造和配筋設計進行標準化研究。

3.2.1 板身構(gòu)造

預制裝配式樓蓋的常用樓板形式包括，考慮全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)的技術特點，選取肋形構(gòu)造樓板作為全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)樓蓋結(jié)構(gòu)的基本板型，典型構(gòu)造如圖3所示。與疊合板、空心板和雙T板等其他預制樓板形式相比，肋形樓板沿跨度方向每隔一定距離布置橫向加勁肋，構(gòu)造簡單、自重輕、剛度大，可有效減輕樓層重量，易于滿足承載力和正常使用要求，利于結(jié)構(gòu)抗震，便于生產(chǎn)制作和施工。

肋形標準樓板的寬度、跨度通常以3M為模數(shù)，常用標準樓板為寬度0.9～1.5 m的中型構(gòu)件，適用跨度尚需考慮經(jīng)濟性指標，壁厚應滿足GB 50010《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》的基本構(gòu)造要求。

3.2.2 連接構(gòu)造

為保證樓（屋）蓋結(jié)構(gòu)的整體性及其與墻板頂部臥梁和相鄰樓板的可靠連接，沿肋形樓板的邊肋預留一定數(shù)量的螺栓孔，與相鄰預制構(gòu)件間進行螺栓連接，同時根據(jù)肋形板尺寸每個區(qū)格邊肋設置適當數(shù)量的楔形接合部（圖3）。

3.2.3 樓板配筋

經(jīng)計算分析，對符合構(gòu)造標準化的肋形樓板構(gòu)件進行配筋標準化設計，建立標準跨徑、寬度和配筋的肋形標準樓板構(gòu)件庫，形成標準圖集供設計人員針對不同的戶型合理選用。

4 設計建議

全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)預制構(gòu)件標準化設計既要考慮滿足使用功能的構(gòu)件功能集成，同時也要兼顧各專業(yè)之間協(xié)同，在設計階段完成必要的預埋或預留，在滿足標準化設計基本要求的前提下盡可能地進行建筑集成化設計，對具有獨立功能房間的進行模塊化設計，如采用集成廚衛(wèi)等。

預制構(gòu)件標準化設計研究主要用于指導構(gòu)件生產(chǎn)，產(chǎn)生具有特定功能構(gòu)件產(chǎn)品，包括標準構(gòu)件、標準節(jié)點等，而實際結(jié)構(gòu)設計過程則是根據(jù)建筑功能和結(jié)構(gòu)抗震要求進行選型，因此，針對全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)研發(fā)配套的標準圖集是該體系標準化設計下一步研究的重點。

5 結(jié)語

（1）全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)是一種基于構(gòu)件標準化的技術體系，標準化程度高，構(gòu)件功能集成度高，可面向市場提供完整的建筑產(chǎn)品。

（2）從模數(shù)協(xié)調(diào)、少規(guī)格和多組合、考慮各專業(yè)協(xié)同、構(gòu)造簡單和尺度適中等角度，提出了預制構(gòu)件標準化設計的基本原則。

（3）分析了預制墻板和樓板的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、連接構(gòu)造及配筋標準化設計的技術要點，并進一步提出全裝配式肋形薄壁結(jié)構(gòu)設計建議。

參考文獻

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