鄭茂金 李龍

四川省建筑設(shè)計研究院 四川成都 610000

正文：

1 引言

近年來，傳統(tǒng)的建筑行業(yè)正面臨著人口紅利減弱、環(huán)境污染嚴(yán)重、建安工期限制及建筑工程質(zhì)量等諸多問題。為此，裝配式建筑以工業(yè)化、綠色化、高效化和質(zhì)量化的優(yōu)勢得到我國從業(yè)人員和政府部門的認(rèn)可和推廣，因其能較好地解決傳統(tǒng)建筑行業(yè)面臨的難題。裝配式混凝土建筑是指以工廠化生產(chǎn)的混凝土預(yù)制構(gòu)件（圖1～3）為主，通過現(xiàn)場裝配的方式建造而成的混凝土結(jié)構(gòu)類房屋建筑。根據(jù)結(jié)構(gòu)類型，可分為裝配式框架結(jié)構(gòu)、裝配式框剪結(jié)構(gòu)和裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)。

圖1 預(yù)制疊合梁

圖2 預(yù)制疊合樓板

圖3 預(yù)制墻板

相比傳統(tǒng)的混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計既有許多與其相似相通之處，也有不少特有的要求和規(guī)定。兩者的異同基本貫穿于整個結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，只有對此均有清晰的認(rèn)識和理解，方可在裝配式混凝土建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中做到“安全適用、經(jīng)濟合理和確保質(zhì)量”的要求。

2 裝配式混凝土建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計步驟大致分為方案階段設(shè)計、施工圖階段設(shè)計和構(gòu)件深化階段設(shè)計。相比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要多了一個構(gòu)件深化階段設(shè)計步驟。

（1）.方案階段設(shè)計

方案階段設(shè)計是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該階段設(shè)計直接控制著整個工程的建設(shè)成本、施工圖階段的工作量及施工過程中的難易程度。為了避免以上問題的出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須與相關(guān)專業(yè)密切配合，尤其是應(yīng)同建筑專業(yè)加強溝通協(xié)調(diào)。在滿足使用功能的前提下，盡量使建筑平面、豎向布置和功能安排規(guī)則化，避免由于復(fù)雜的造型和不合理的布置造成結(jié)構(gòu)的平面和豎向不規(guī)則。本階段主要工作是根據(jù)建筑高度、設(shè)防烈度和建筑功能等確定好結(jié)構(gòu)類型，做好初步的結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置。

（2）.施工圖階段設(shè)計

施工圖階段設(shè)計是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中承上啟下的一步。在方案階段結(jié)構(gòu)類型、大體結(jié)構(gòu)布置已基本確定的條件下，進一步細化構(gòu)件截面尺寸、調(diào)整結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)及優(yōu)化結(jié)構(gòu)含鋼量等。該設(shè)計階段除與建筑、設(shè)備及裝飾等專業(yè)保持密切配合外，更應(yīng)發(fā)揮結(jié)構(gòu)本專業(yè)的能動性。充分了解當(dāng)?shù)匮b配式混凝土建筑的構(gòu)件生產(chǎn)、運輸及現(xiàn)場裝配的技術(shù)要求，遵循“標(biāo)準(zhǔn)化、少類型、多組合”的基本原則進行結(jié)構(gòu)的梁系布置和板塊劃分等。在計算分析完成的基礎(chǔ)上，借助相關(guān)軟件完成裝配式混凝土建筑的結(jié)構(gòu)施工圖繪制。

（3）.構(gòu)件深化階段設(shè)計

構(gòu)件深化階段設(shè)計一般是由預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠家完成。生產(chǎn)廠家在設(shè)計院提供的包含構(gòu)件尺寸、配筋及初步構(gòu)件拆分的結(jié)構(gòu)施工圖基礎(chǔ)上，進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的深化和詳圖拆分。諸如生產(chǎn)運輸和現(xiàn)場安裝時的吊鉤、臨時固定設(shè)施安裝孔的預(yù)留預(yù)埋等細節(jié)問題也均在本設(shè)計階段完成。值得注意的是，構(gòu)件深化階段設(shè)計與施工圖階段設(shè)計往往會交叉進行，只有兩階段互相配合方能使裝配式構(gòu)件的設(shè)計和生產(chǎn)順利完成。

3 裝配式混凝土建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

（1）.結(jié)構(gòu)布置要點

結(jié)構(gòu)布置是結(jié)構(gòu)設(shè)計中至為關(guān)鍵的步驟，合理的結(jié)構(gòu)布置可使設(shè)計事半功倍，結(jié)構(gòu)布置主要可分為：豎向布置和平面布置?？傮w的布置原則是“受力明確、傳力直接、規(guī)整標(biāo)準(zhǔn)”。在豎向構(gòu)件的布置中，除滿足結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定及承載力等方面的要求外，更重要的是要提高結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力，減小豎向構(gòu)件在水平力作用下出現(xiàn)拉力的可能，避免預(yù)制豎向構(gòu)件在接縫處拉、剪應(yīng)力同時出現(xiàn)的不利情況。此外，應(yīng)盡可能減少同一位置豎向構(gòu)件沿樓層高度的截面變化，可優(yōu)先考慮調(diào)整混凝土強度等級的方式來滿足軸壓比等指標(biāo)的限值。此處理可減少因豎向構(gòu)件的尺寸變化造成疊合樓板類型的增加。在平面梁系布置時，要摒棄“逢墻布梁”的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計習(xí)慣，盡可能少布次梁，多做大板。使板格劃分的寬度不小于1200mm，長度不大于6600mm，以長寬在3300mm為宜。而混凝土梁截面尺寸的確定也應(yīng)少規(guī)格，其有利于減少預(yù)制疊合梁生產(chǎn)時的模板成本。

（2）.結(jié)構(gòu)計算要點

在各工況條件下，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)基本可采用與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相同的方法進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，即“等同現(xiàn)澆”原理。結(jié)構(gòu)計算主要包含承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩方面。目前，常用的結(jié)構(gòu)分析軟件，如PKPM、YJK和MIDAS等均有裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的分析功能。分析計算時采用的各種參數(shù)與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)基本相同，如周期折減系數(shù)、連梁剛度折減系數(shù)和樓面梁剛度放大系數(shù)等。值得注意的是，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)抗震等級的劃分高度比現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)有所降低。當(dāng)然，兩者的異同也不僅局限以上幾點，在進行結(jié)構(gòu)計算時，應(yīng)具體問題具體分析。此外，鑒于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的特殊性，對于不規(guī)則結(jié)構(gòu)或存在現(xiàn)澆與裝配構(gòu)件同時受力的復(fù)雜情況時，應(yīng)加強結(jié)構(gòu)的補充驗算，如進行彈性時程分析、彈塑性分析和節(jié)點有限元分析等。

（3）.結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計要點

在裝配式混凝土建筑中，對于受力較大、抗震關(guān)鍵及建筑功能復(fù)雜的部位，比如：地下室、剪力墻結(jié)構(gòu)的底部加強區(qū)、框架結(jié)構(gòu)首層及頂層、轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層等，結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時應(yīng)對其做現(xiàn)澆化處理。對預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計，除進行與現(xiàn)澆構(gòu)件相同的分析以外，尚須對其做制作、運輸和吊裝工況下的驗算。此外，預(yù)制構(gòu)件在保證截面尺寸少規(guī)格的情況下，優(yōu)先采用大直徑鋼筋，以利于減少節(jié)點連接處鋼筋數(shù)量，從而方便施工時節(jié)點的有效可靠連接。預(yù)制剪力墻板在豎向拼縫設(shè)置時應(yīng)避開邊緣構(gòu)件區(qū)域。預(yù)制疊合板的拆分應(yīng)盡量通過調(diào)整拼縫后澆帶的寬度來統(tǒng)一疊合板的幾何尺寸。最后，預(yù)制構(gòu)件的單個拆分重量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場施工單位的吊裝能力進行控制。總言之，預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時，不僅要滿足結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身的受力要求，還須考慮構(gòu)件生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，施工安裝的可操作性等因素。

（4）.構(gòu)件連接設(shè)計要點

預(yù)制構(gòu)件的連接設(shè)計是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重中之重，其直接關(guān)系到各構(gòu)件能否形成整體、達到共同受力。正確的連接設(shè)計不僅能有效地傳遞結(jié)構(gòu)內(nèi)力，更應(yīng)有足夠的剛度和良好的抗震性能。裝配式建筑中常用的構(gòu)件連接方式有干式和濕式連接兩種，而濕式連接是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的主要連接型式，其指通過套筒、機械、焊接等方式連接鋼筋后再進行灌漿料灌注或混凝土澆筑從而形成整體。構(gòu)件連接設(shè)計關(guān)鍵在于連接部位的選取和連接節(jié)點的整合兩方面。連接部位盡可能地選取在受力較小、便于施工操作的地方。為使構(gòu)件有效連接和保證連接節(jié)點的整體性，節(jié)點處預(yù)制構(gòu)件的結(jié)合面應(yīng)做糙化處理，如鑿毛留鍵槽等；另二次澆筑混凝土強度等級應(yīng)高于被連接構(gòu)件的強度，且采用微膨脹混凝土為宜。

目前，我國常用的構(gòu)件連接方式雖有多種，但均有不同程度的缺陷，工程技術(shù)人員在項目設(shè)計和建造時應(yīng)合理選取，取長補短，使預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)點足夠可靠，真正做到“強節(jié)點弱構(gòu)件”的結(jié)構(gòu)目標(biāo)。

4 結(jié)語

裝配式混凝土建筑是裝配式建筑的重要組成部分，其是建筑工業(yè)化的必然選擇。而結(jié)構(gòu)設(shè)計又是裝配式建筑工程建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)。所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)積極響應(yīng)國家號召和行業(yè)需求，面對裝配式混凝土建筑存在的結(jié)構(gòu)問題，攻堅克難、不斷創(chuàng)新，推動裝配式建筑健康快速發(fā)展。