常見(jiàn)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系及其設(shè)計(jì)分析

李宇

（甘肅省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是指由預(yù)制混凝土構(gòu)件通過(guò)可靠的連接方式裝配而成的混凝土結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)有著較大差距[1]。 選取裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)及框架-剪力墻結(jié)構(gòu)3 種最具代表性的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系，闡述概念與應(yīng)用范圍，分析優(yōu)缺點(diǎn)與設(shè)計(jì)要點(diǎn)， 梳理裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本理論與要點(diǎn)。

1 裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)

1.1 概念

裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)是指豎向構(gòu)件與水平構(gòu)件采用預(yù)制或預(yù)制疊合構(gòu)件， 框架柱豎向受力鋼筋采用灌漿套筒進(jìn)行連接， 節(jié)點(diǎn)濕式現(xiàn)澆連接而成的結(jié)構(gòu)體系。 裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)按其裝配程度可分為裝配整體式框架結(jié)構(gòu)、 豎向構(gòu)件現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)及非受力外掛墻結(jié)構(gòu)3 種。

1.2 優(yōu)缺點(diǎn)

裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)傳力明確， 連接節(jié)點(diǎn)預(yù)制構(gòu)件較為簡(jiǎn)單，種類也較少，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化建造；同時(shí)，其結(jié)構(gòu)布置也較為靈活，內(nèi)部空間自由度高。 但是， 混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中顯著，側(cè)向剛度小，在施工時(shí)存在套筒灌漿施工質(zhì)量差、豎向鋼筋連接段及后澆筑段混凝土密實(shí)性較難保證、外墻拼縫防水密封技術(shù)要求高以及預(yù)制構(gòu)件安裝施工難度大等問(wèn)題， 對(duì)施工單位技術(shù)要求高，且建造成本也較高。

1.3 應(yīng)用范圍

目前，我國(guó)裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)主要適用于60 m 以下的多層或高層建筑，如辦公樓、商場(chǎng)、酒店、廠房、學(xué)校、醫(yī)院等公共建筑以及一些多層或高層住宅建筑，此類建筑一般總高度不高，要求有開(kāi)闊的大空間和相對(duì)靈活的室內(nèi)布置。

1.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于采用等同現(xiàn)澆原則，裝配式框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體設(shè)計(jì)及構(gòu)件設(shè)計(jì)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)大致相同。 設(shè)計(jì)時(shí)，可按現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)還要補(bǔ)充疊合梁拼縫、 預(yù)制柱拼縫的抗剪承載力等驗(yàn)算。 裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)在于構(gòu)件的連接及節(jié)點(diǎn)鋼筋的布置，若節(jié)點(diǎn)部位的連接和構(gòu)造不能滿足承載力和整體性的要求，將會(huì)造成嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題和結(jié)構(gòu)安全隱患。 在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)熟悉相關(guān)規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)及圖集，針對(duì)不同連接部位逐個(gè)繪制節(jié)點(diǎn)詳圖，圖示深度應(yīng)滿足指導(dǎo)構(gòu)件的預(yù)制和施工安裝的要求，每種連接方式都應(yīng)具有實(shí)操性，充分考慮預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)與施工的容許誤差。 同時(shí)，可利用BIM 軟件，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，通過(guò)三維建模和動(dòng)態(tài)模擬，在設(shè)計(jì)階段消除碰撞的可能。

2 裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)

2.1 概念

裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是指主要受力構(gòu)件剪力墻、梁及板部分或全部采用預(yù)制或預(yù)制疊合構(gòu)件，墻板間豎向連接縫現(xiàn)澆，上下墻板間主要豎向受力鋼筋漿錨連接，樓面梁板疊合現(xiàn)澆形成整體的一種結(jié)構(gòu)形式[2]。

2.2 優(yōu)缺點(diǎn)

裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)幾乎無(wú)梁柱外露，樓板可直接支承在墻上，房間空間平整。但是，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)不能提供大空間房屋，結(jié)構(gòu)延性較差，同時(shí)其加工、施工難度大，成本較高，同時(shí)受限于國(guó)內(nèi)管理水平及工人素質(zhì)，施工質(zhì)量難以保證，存在較大質(zhì)量隱患。

2.3 應(yīng)用范圍

目前，在我國(guó)裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于高層、超高層保障房與商品房以及公寓、宿舍及酒店等建筑。

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)時(shí)，整體設(shè)計(jì)可按現(xiàn)澆剪力墻混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但要注意相關(guān)參數(shù)的調(diào)整，同時(shí)補(bǔ)充預(yù)制墻板水平拼縫的抗剪承載力等計(jì)算。 目前，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題有結(jié)構(gòu)布置與計(jì)算問(wèn)題、拆分問(wèn)題、節(jié)點(diǎn)連接問(wèn)題及設(shè)計(jì)構(gòu)造問(wèn)題等。 在方案設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮使用功能、設(shè)計(jì)烈度、預(yù)制要求、施工、安裝水平等因素，遵循少規(guī)則、多組合的設(shè)計(jì)理念，合理選擇技術(shù)方案與結(jié)構(gòu)布置。 在拆分設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)制構(gòu)件及其連接和構(gòu)造方式除滿足規(guī)范和圖集要求外，還應(yīng)綜合考慮生產(chǎn)制作和施工安裝的可行性、便利性，盡可能規(guī)避異形構(gòu)件、標(biāo)準(zhǔn)化程度低的構(gòu)件、內(nèi)力大且連接困難的構(gòu)件。在深化設(shè)計(jì)時(shí)，要加強(qiáng)碰撞干涉檢查，重視構(gòu)件的施工驗(yàn)收。 此外，拼縫連接作為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體的關(guān)鍵技術(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

3 裝配式混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

3.1 概念

裝配式混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是指將框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中的部分受力構(gòu)件采用預(yù)制或預(yù)制疊合構(gòu)件，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和重要受力構(gòu)件采用現(xiàn)澆而成的一種結(jié)構(gòu)形式。 裝配式混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)可分為預(yù)制框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)與預(yù)制框架-預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)2 種形式。

3.2 優(yōu)缺點(diǎn)

裝配式混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)很好地融合了框架和剪力墻的優(yōu)點(diǎn)，整體性優(yōu)越，接近于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)傳力明確且側(cè)移剛度較好，抗震性能優(yōu)異；體系中剪力墻和框架布置靈活，易實(shí)現(xiàn)大空間，適用高度較高；構(gòu)件質(zhì)量的控制也較為容易，且節(jié)點(diǎn)連接處工程量小， 是一種較為理想的結(jié)構(gòu)體系。但其構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，預(yù)制率相對(duì)較低，施工套筒灌漿連接質(zhì)量難保證，對(duì)外墻板的防水、防火、保溫的要求也較高。

3.3 應(yīng)用范圍

裝配式混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)具有框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)延性好，適用于高層建筑。

3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

整體計(jì)算時(shí)，采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相同的方法，但要注意相關(guān)參數(shù)的調(diào)整， 同時(shí)補(bǔ)充框架梁柱節(jié)點(diǎn)抗剪計(jì)算、 框架梁端豎縫結(jié)合面抗剪計(jì)算以及梁板水平縫抗剪計(jì)算等。 在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)， 設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視節(jié)點(diǎn)（接縫）的選型和設(shè)計(jì)，以保證構(gòu)件的連續(xù)性和結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性與安全性。 同時(shí)，構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)也要考慮后續(xù)吊裝、施工及安裝的便利性。 此外，由于目前裝配式混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻大多為現(xiàn)澆，在方案設(shè)計(jì)時(shí)要合理設(shè)置裝配率目標(biāo)，避免過(guò)高的預(yù)制率導(dǎo)致不合理的拆分， 進(jìn)而引起成本增加。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系及其設(shè)計(jì)方法已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但仍存在著不足之處。 相關(guān)工作人員在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)深刻理解各種裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系，重視結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)，積極采用先進(jìn)的理論技術(shù)，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)體系，推動(dòng)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系不斷進(jìn)步升級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。