常見裝配式混凝土結構體系及其設計分析

李宇

（甘肅省建筑設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

裝配式混凝土結構是指由預制混凝土構件通過可靠的連接方式裝配而成的混凝土結構，其結構形式和設計與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土結構有著較大差距[1]。 選取裝配式混凝土框架結構、剪力墻結構及框架-剪力墻結構3 種最具代表性的裝配式混凝土結構體系，闡述概念與應用范圍，分析優(yōu)缺點與設計要點， 梳理裝配式混凝土結構設計的基本理論與要點。

1 裝配式混凝土框架結構

1.1 概念

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

1.2 優(yōu)缺點

裝配式混凝土框架結構傳力明確， 連接節(jié)點預制構件較為簡單，種類也較少，易于實現(xiàn)工業(yè)化建造；同時，其結構布置也較為靈活，內(nèi)部空間自由度高。 但是， 混凝土框架結構節(jié)點應力集中顯著，側向剛度小，在施工時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性較難保證、外墻拼縫防水密封技術要求高以及預制構件安裝施工難度大等問題， 對施工單位技術要求高，且建造成本也較高。

1.3 應用范圍

目前，我國裝配式混凝土框架結構主要適用于60 m 以下的多層或高層建筑，如辦公樓、商場、酒店、廠房、學校、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，要求有開闊的大空間和相對靈活的室內(nèi)布置。

1.4 結構設計要點

由于采用等同現(xiàn)澆原則，裝配式框架結構設計的整體設計及構件設計與現(xiàn)澆結構大致相同。 設計時，可按現(xiàn)澆混凝土框架結構進行設計，同時還要補充疊合梁拼縫、 預制柱拼縫的抗剪承載力等驗算。 裝配式混凝土框架結構設計的重難點在于構件的連接及節(jié)點鋼筋的布置，若節(jié)點部位的連接和構造不能滿足承載力和整體性的要求，將會造成嚴重的質(zhì)量問題和結構安全隱患。 在進行設計時，設計人員應熟悉相關規(guī)范、規(guī)程、標準及圖集，針對不同連接部位逐個繪制節(jié)點詳圖，圖示深度應滿足指導構件的預制和施工安裝的要求，每種連接方式都應具有實操性，充分考慮預制構件生產(chǎn)與施工的容許誤差。 同時，可利用BIM 軟件，發(fā)揮其優(yōu)勢，通過三維建模和動態(tài)模擬，在設計階段消除碰撞的可能。

2 裝配式混凝土剪力墻結構

2.1 概念

裝配式混凝土剪力墻結構是指主要受力構件剪力墻、梁及板部分或全部采用預制或預制疊合構件，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構形式[2]。

2.2 優(yōu)缺點

裝配式剪力墻結構幾乎無梁柱外露，樓板可直接支承在墻上，房間空間平整。但是，裝配式剪力墻結構不能提供大空間房屋，結構延性較差，同時其加工、施工難度大，成本較高，同時受限于國內(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 應用范圍

目前，在我國裝配式混凝土剪力墻結構主要應用于高層、超高層保障房與商品房以及公寓、宿舍及酒店等建筑。

2.4 結構設計要點

在設計時，整體設計可按現(xiàn)澆剪力墻混凝土結構進行設計，但要注意相關參數(shù)的調(diào)整，同時補充預制墻板水平拼縫的抗剪承載力等計算。 目前，裝配式剪力墻結構體系設計常見問題有結構布置與計算問題、拆分問題、節(jié)點連接問題及設計構造問題等。 在方案設計時，設計人員應綜合考慮使用功能、設計烈度、預制要求、施工、安裝水平等因素，遵循少規(guī)則、多組合的設計理念，合理選擇技術方案與結構布置。 在拆分設計時，預制構件及其連接和構造方式除滿足規(guī)范和圖集要求外，還應綜合考慮生產(chǎn)制作和施工安裝的可行性、便利性，盡可能規(guī)避異形構件、標準化程度低的構件、內(nèi)力大且連接困難的構件。在深化設計時，要加強碰撞干涉檢查，重視構件的施工驗收。 此外，拼縫連接作為裝配式剪力墻結構體的關鍵技術，在設計時應重點關注。

3 裝配式混凝土框架-剪力墻結構

3.1 概念

裝配式混凝土框架-剪力墻結構是指將框架-剪力墻結構中的部分受力構件采用預制或預制疊合構件，關鍵節(jié)點和重要受力構件采用現(xiàn)澆而成的一種結構形式。 裝配式混凝土框架-剪力墻結構可分為預制框架-現(xiàn)澆剪力墻結構與預制框架-預制剪力墻結構2 種形式。

3.2 優(yōu)缺點

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

3.3 應用范圍

裝配式混凝土框架-剪力墻結構具有框架結構和剪力墻結構的特點，其結構延性好，適用于高層建筑。

3.4 結構設計要點

整體計算時，采用現(xiàn)澆結構相同的方法，但要注意相關參數(shù)的調(diào)整， 同時補充框架梁柱節(jié)點抗剪計算、 框架梁端豎縫結合面抗剪計算以及梁板水平縫抗剪計算等。 在進行設計時， 設計人員應重視節(jié)點（接縫）的選型和設計，以保證構件的連續(xù)性和結構的整體穩(wěn)定性與安全性。 同時，構件與節(jié)點的設計也要考慮后續(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-剪力墻結構中剪力墻大多為現(xiàn)澆，在方案設計時要合理設置裝配率目標，避免過高的預制率導致不合理的拆分， 進而引起成本增加。

4 結語

目前，裝配式混凝土結構體系及其設計方法已取得了長足的進步，但仍存在著不足之處。 相關工作人員在實際設計時，應深刻理解各種裝配式混凝土結構的結構體系，重視結構選型與設計，積極采用先進的理論技術，優(yōu)化建筑結構體系，推動裝配式混凝土結構體系不斷進步升級，從而實現(xiàn)建筑業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。