長沙會展綜合配套中心裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計

顧韻宇 GU Yun-yu

（上海城建建設(shè)實業(yè)（集團）有限公司，上海 200042）

1 工程概況

長沙會展綜合配套中心為中小型綜合建筑群，主要為長沙會展中心提供綜合配套服務(wù)。本工程由11 棟2 至4層的多層建筑組成，主要功能為餐飲、辦公及酒店，地上總建筑面積為58894 平方米，最高建筑高度為18.6 米。各單體全部為裝配式建筑，單體裝配率不低于50%。

本項目抗震設(shè)防烈度為6 度（0.05g），地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，特征周期Tg=0.35s，抗震設(shè)防類別為丙類。地面粗糙度為B 類，50 年一遇的基本風(fēng)壓ω0=0.55kN/m2。

根據(jù)項目特點及使用功能，各建筑單體均采用裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)。

2 裝配整體式框架結(jié)構(gòu)項目設(shè)計中的問題

裝配整體式框架結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是各類辦公、商業(yè)類建筑中最常采用的裝配式結(jié)構(gòu)形式。但由于我國在裝配式建筑方面起步較晚，行業(yè)內(nèi)各相關(guān)專業(yè)對于裝配式建筑特點的認(rèn)識也不盡相同，因此在裝配式項目的實施中仍存在一系列的問題。

裝配式建筑生產(chǎn)建造的難度與速度、項目的土建成本均與預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化程度有著很大的關(guān)系。在滿足建筑使用性能的基礎(chǔ)上，應(yīng)堅持多組合、少規(guī)格的預(yù)制構(gòu)件設(shè)計原則，實現(xiàn)預(yù)制裝配式建筑設(shè)計的系統(tǒng)化和標(biāo)準(zhǔn)化。而現(xiàn)在很多的裝配式項目方案設(shè)計完全沒有考慮其自身特點，仍以常規(guī)項目的設(shè)計思路進行建筑平立面創(chuàng)作，往往造成預(yù)制構(gòu)件的拆分不合理，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，加大了裝配式深化設(shè)計、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、現(xiàn)場安裝等工序的難度。

同樣一些項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有基于預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)安裝的可行性、便利性及經(jīng)濟性進行考量，預(yù)制構(gòu)件規(guī)格不統(tǒng)一，布筋形式不合理。造成構(gòu)件模具重復(fù)利用率低，模具構(gòu)造復(fù)雜，構(gòu)件生產(chǎn)成本大大增加。同時也造成施工現(xiàn)場構(gòu)件安裝困難，特別是梁柱節(jié)點核心區(qū)的鋼筋嚴(yán)重碰撞，構(gòu)件無法吊裝就位，影響結(jié)構(gòu)安全及施工進度。

3 平面標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

基于裝配式建筑的特點，結(jié)構(gòu)設(shè)計與建筑設(shè)計兩個專業(yè)對于原建筑方案進行了優(yōu)化。針對本項目中三種主要使用功能餐飲、辦公、酒店進行了空間分析，將方案中較為雜亂的平面軸網(wǎng)、層高、立面造型等進行合理化的優(yōu)化歸并,選擇了以8 米×6 米作為標(biāo)準(zhǔn)軸網(wǎng)，各功能區(qū)域均根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軸網(wǎng)進行布置。同樣以標(biāo)準(zhǔn)軸網(wǎng)作為基本空間，組合出了較豐富的平面效果。（圖1）

圖1 某樓棟平面圖

由于平面設(shè)計以標(biāo)準(zhǔn)軸網(wǎng)進行了靈活的組合，立面設(shè)計采用了退臺收進的方法達到建筑效果，項目中各單體的層高也因此進行了統(tǒng)一。最終底層層高采用5.4 米，標(biāo)準(zhǔn)層層高采用3.9 米。

通過對建筑方案的優(yōu)化，既滿足了建筑的功能性及美觀性，又為后續(xù)的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了極大的便利。（圖2）

圖2 總平面圖

4 框架柱、框架梁設(shè)計

本項目所在場地地震烈度低，風(fēng)壓較小，且各單體均為較為規(guī)則的多層建筑。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本思路是在保證結(jié)構(gòu)安全可靠的基礎(chǔ)上盡可能地進行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計并簡化節(jié)點構(gòu)造。

各單體均采用裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)。主要的預(yù)制構(gòu)件包括預(yù)制框架柱、預(yù)制框架梁及次梁、預(yù)制疊合樓板、全預(yù)制樓梯、預(yù)制外掛墻板等。

結(jié)構(gòu)設(shè)計首先應(yīng)根據(jù)計算結(jié)果確定框架柱的截面尺寸。以預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)及施工的特點來看，框架柱的截面宜盡量上下層統(tǒng)一，少變規(guī)格尺寸。由于本項目底層與標(biāo)準(zhǔn)層層高差異較大，如各層采用相同截面將造成層間剛度比過小，影響抗震性能。故上下柱仍采用了不同截面，底層柱采用600×600 截面，標(biāo)準(zhǔn)層采用500×500 截面?？v筋配置上考慮到預(yù)制構(gòu)件模具出筋開洞的便利性，數(shù)量及布置進行了統(tǒng)一，600×600 柱全截面12 根縱筋，單邊布置4 根；500×500 柱全截面8 根縱筋，單邊布置3 根。

框架梁全部按預(yù)制疊合梁設(shè)計，按國家規(guī)范的要求梁柱節(jié)點核心區(qū)采用澆注，按此做法設(shè)計時應(yīng)提前考慮X向和Y 向兩方向的框架梁在節(jié)點核心區(qū)的鋼筋避讓問題。本項目采用8 米×6 米標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)，X 向框架梁采用300×700 截面，Y 向框架梁采用300×600 截面。在滿足了結(jié)構(gòu)設(shè)計指標(biāo)的前提下，錯開了梁底筋在支座處的標(biāo)高，減少了生產(chǎn)及安裝難度。

為解決預(yù)制框架梁底縱筋在節(jié)點核心區(qū)與框架柱縱筋避讓困難影響安裝的問題，設(shè)計時考慮了減少底筋進支座的數(shù)量。本項目位于六度區(qū)，框架為四級抗震，支座處基本沒有正彎矩，且梁頂?shù)卓v筋沒有配筋比值的構(gòu)造要求，故采用僅部分底筋進入支座的做法是完全可行的。但根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第6.5.1 條及7.2.2.2 條的要求，預(yù)制框架梁與現(xiàn)澆梁柱節(jié)點核心區(qū)的接縫應(yīng)滿足下列公式：

接縫的抗剪承載力主要由穿過接縫截面全部縱筋的銷栓作用提供。為了達到減少支座底筋的目標(biāo)，一要減小梁端加密區(qū)構(gòu)件抗剪承載力的富余；二要增加接縫的抗剪承載力。所以框架梁的箍筋均采用HPB300 鋼筋（兩肢箍），縱筋均采用HRB400 鋼筋。經(jīng)計算在按計算值配置頂筋的情況下，底筋僅兩根直徑25 進入支座即可滿足接縫計算要求。

本項目對現(xiàn)有的柱截面進行分析，采用了一種較為簡單的方法解決變截面柱鋼筋定位的問題。在二層柱變截面的做法上，無論角柱、邊柱、中柱均統(tǒng)一采用沿角部收進的做法。標(biāo)準(zhǔn)層500×500 柱的縱筋全部采用單邊3 根均分的布置，底層600×600 預(yù)制柱的單邊采用4 根縱筋（見圖3）。由于變截面柱均采用沿角部收進，故其中3 根縱筋以標(biāo)準(zhǔn)600×600 預(yù)制柱的縱筋定位為準(zhǔn)。

圖3 框架柱的鋼筋定位圖

為解決梁柱節(jié)點核心區(qū)的鋼筋避讓問題，對于框架梁段進支座鋼筋的細部做法采用一種便于生產(chǎn)安裝的手段進行統(tǒng)一（見圖4、圖5）。

圖4 二層中柱節(jié)點核心區(qū)梁底筋布置示意圖

圖5 標(biāo)準(zhǔn)層中柱節(jié)點核心區(qū)梁底筋布置示意圖

由圖可見節(jié)點中左側(cè)與右側(cè)、上側(cè)與下側(cè)預(yù)制梁的出筋定位為旋轉(zhuǎn)180 度關(guān)系；X 向與Y 向預(yù)制梁的出筋定位為旋轉(zhuǎn)90 度關(guān)系。并且由于全樓的柱截面收進形式相同，二層梁與標(biāo)準(zhǔn)層梁雖然梁長略有不同，但出筋定位尺寸完全相同。另外本項目框架梁中的邊梁全部采用偏柱外邊50 定位，中梁均采用軸線居中，而框架柱全部以底層600×600 截面軸線居中定位即標(biāo)準(zhǔn)層500×500 柱為300、200軸線偏心定位，這樣在框架梁寬300 的情況下，邊梁、中梁與標(biāo)準(zhǔn)層柱的定位關(guān)系實際完全相同。因此二層與標(biāo)準(zhǔn)層的邊梁支座出筋做法實際也與圖3 相同。經(jīng)過對框架柱、框架梁的一系列的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，整個項目中近千個梁柱節(jié)點均采用了完全相同的一種構(gòu)造進行處理，且充分預(yù)留了生產(chǎn)及施工中可能出現(xiàn)的誤差，解決了現(xiàn)階段裝配整體式框架結(jié)構(gòu)在施工中的最大難點。

5 次梁設(shè)計

次梁全部沿短跨布置，跨度約為6 米，僅中跨與邊跨由于主梁偏位的影響，梁長略有不同，梁截面尺寸全部統(tǒng)一。次梁按單跨簡支梁設(shè)計，預(yù)制梁底部不出筋，與主梁的連接采用了牛擔(dān)板連接做法（牛擔(dān)板詳見圖6）。由于跨度及荷載均較為接近，牛擔(dān)板規(guī)格全項目統(tǒng)一，便于機械化加工，次梁也僅需一套模具即可全部生產(chǎn)。

圖6 次梁牛擔(dān)板及主梁預(yù)埋件示意

6 總結(jié)與思考

現(xiàn)階段裝配式項目的建設(shè)中，建造成本高、施工難度大速度慢是較為普遍的現(xiàn)象。建造成本高的主要因素在于預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化程度低，模具用量大。而施工難度大速度慢主要由于構(gòu)件拆分不合理，節(jié)點設(shè)計過于復(fù)雜等因素造成的。本項目通過一系列標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的手段，盡可能多地將項目中構(gòu)件采用標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制生產(chǎn)的形式，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)模具的重復(fù)利用率均較高，攤薄了生產(chǎn)成本。同時簡化了連接節(jié)點，解決吊裝中鋼筋碰撞、構(gòu)件就位困難這個施工最大難題。

由于采用了裝配式建造的手段，本項目11 棟建筑從打樁到竣工交付僅用時90 天，充分體現(xiàn)出了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。經(jīng)過計算，本項目各單體的裝配率按湖南省標(biāo)均大于75%，竣工時為湖南省裝配率最高的混凝土結(jié)構(gòu)項目。

同時本項目的設(shè)計也有著其特殊性。該項目屬于低烈度、低風(fēng)壓地區(qū)的多層建筑，其結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)構(gòu)造的簡化及標(biāo)準(zhǔn)化相對較為容易。對于抗震、抗風(fēng)要求較高的高層裝配整體式框架結(jié)構(gòu)的建設(shè)仍存在很多設(shè)計及施工難點，需要我們在現(xiàn)有工程經(jīng)驗基礎(chǔ)上繼續(xù)探索。