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装配式混凝土结构优化设计的几点建议蒋俊辉

发表时间：2020/9/9 来源：《基层建设》2020年第14期作者：蒋俊辉

[导读] 摘要：装配式建筑是社会经济发展的必然产物，是建筑产业绿色发展的必然选择。

        中建二局第三建筑工程有限公司华南分公司广东深圳 518000
        摘要：装配式建筑是社会经济发展的必然产物，是建筑产业绿色发展的必然选择。我国装配式建筑起步较晚，但我们也在借鉴国外先进技术的基础上，发布了适合自己的规范和标准，并且一直在补充和完善，相信通过我们共同的努力，我国的建筑业一定能踏上新征程，迈上新台阶。
        关键词：装配式；混凝土；结构设计
        装配式混凝土结构具有诸多优势，但同时需要建设、设计、生产和施工等单位协同工作。本文从规范要求、预制构件设计、连接节点设计等方面，详细介绍了装配式混凝土结构的设计要点。同时也提出了装配式结构设计优化要点探讨，建议设计人员合理选择技术体系，重视节点设计和深化设计等措施，从而提高装配式结构设计质量。
        1规范要求
        当采取了可靠的节点连接方式和合理的构造措施后，装配整体式框架结构及框架-现浇剪力墙结构的性能可等同现浇混凝土结构，故两者最大适用高度相同。而装配整体式剪力墙结构因墙体之间接缝数量多且构造复杂，接缝的构造措施及施工质量对结构整体的抗震性能影响较大，故最大适用高度相比于现浇结构适当降低。当预制剪力墙数量较多，其承担的底部剪力较大时，最大适用高度限制更加严格。装配整体式框架结构及装配整体式框架-现浇剪力墙结构的抗震等级与现浇结构相同，因装配整体式剪力墙及部分框支剪力墙结构在国内外的工程实践较少，故规范对其抗震等级的划分高度从严要求，比现浇结构适当降低。高层装配整体式结构的地下室、高层装配整体式剪力墙结构的底部加强区和电梯井筒、装配整体式框架结构的首层及顶层楼盖、转换部位，规范建议采用现浇混凝土结构，主要是为了以上部位在抗震设计时可保证结构抗震安全性和整体性。当在有可靠的技术措施，保证以上部位采用现浇结构也能确保整体性和施工时，例如结构底部加强区比较规则且构件尺寸和上部基本一致时，也可采用装配式结构。此时应特别注意约束构件区域内纵筋的连接及封闭箍筋的设置，保证结构的有效传力。当顶层楼盖采用叠合楼盖时，应加大现浇层的厚度，以保证结构整体性能。
        2结构计算
        装配整体式结构采用与现浇混凝土结构相同的方法进行结构分析，但是当同一层内既有预制又有现浇抗侧力构件时，应在按照现浇结构计算的基础上，对地震作用现浇抗侧力构件的弯矩和剪力进行适当放大，一般不小于1.1。装配式结构设计过程中，作用与作用组合与其他类型结构一致，需特别注意的是短暂设计状况下的构件及连接节点验算：包括构件脱模翻身、吊运、安装阶段的承载力及裂缝控制，吊具承载力验算；构件安装阶段的临时支撑验算、临时连接预埋件预算等。施工阶段的荷载及荷载组合应按照《混凝土结构工程施工规范》GB50666-2011等确定。
        3预制构件的拆分和归并的设计原则
        在运用全现浇混凝土结构设计方法进行常规的结构设计后，要进行预制构件的拆分和归并。预制构件的拆分和归并设计应遵循少规格、多组合的原则，具体有：①首先在进行拆分和归并之前相关设计人员需要与工程建设的施工人员和预制构件厂的相关人员进行商讨而达到意见的统一，如果还没有具体的施工单位，需要在业主同意之后，按照一般的规定和标准进行预制构件的拆分和归并设计，如需要了解预制构件工厂的生产能力以及施工现场起吊设备的起吊能力等。②在进行拆分和归并预制构件时要尽可能的使预制构件实现基本单元的标准化定型，同时要保证尽量的减少构件的种类，从而提高模具的重复使用率，这样可以大幅度的降低造价。③因为装配整体式混凝土结构自身的特性，预制构件在浇筑完成后需要运用交通工具运送到施工现场，因此在进行拆分和归并设计时要充分考虑构件在拆模、起吊、运输、堆放、以及安装工程中对预制构件承载能力的要求。

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        4预制装配式结构抗震设计
        装配式混凝土结构是预制构件通过连接措施相互连接的状态，所以在抗震设计中对结构有更高的要求。在地震区的装配整体式框架结构，当采取了可靠的节点连接方式和合理的构造措施后，装配整体式框架的结构的抗震性能可以等同于现浇混凝土框架结构；装配整体式剪力墙结构中，墙体之间的接缝数量多且构造复杂，使装配整体式剪力墙结构的抗震性能很难完全等同于现浇结构，所以结构设计对装配整体式剪力墙结构提出：最大适用高度降低、水平地震作用乘以放大系数、底部加强区应现浇等要求。结构在整体设计上要满足抗震规范的要求，在设计时尽量使建筑的平面呈现规则性和对称性，同时要使竖向的抗测力构件保持均匀和连续。为了有效的提高叠合梁、板的现浇部分以及预制构件部分结合处之间的密实度，可以将预制构件与现浇混凝土的接触面设计成粗糙面或者设置键槽来有效的传递剪力。
        5构件设计
        预制构件的设计要求相比现浇混凝土结构构件需要考虑更多因素，如应符合标准化设计、连接界面和连接配筋构造设计以及生产、施工到使用过程中可能产生的不利工况进行验算。在主要受力预制构件的构造设计应注意：①预制柱、预制（叠合）梁外伸钢筋的配筋构造必须考虑相邻构件安装施工时的钢筋连接和避让现场施工钢筋的放置和固定等要求；②预制柱、预制（叠合）梁的钢筋构造应尽量采用适合于钢筋骨架机械加工的方式，如在框架柱内宜采用螺旋箍筋、焊接封闭箍筋等形式；③在预制柱底部和顶部、预制（叠合）梁柱边塑性铰区、主次梁交叉处主梁两侧等部位，应保证箍筋加密的构造要求；④预制柱、预制（叠合）梁内的纵向受力钢筋布置在同等的情况下，宜采用较少根数、较大直径的方式。
        6混凝土技术
        混凝土技术要求主要体现在强度等级、抗渗等级和冻胀环境下抗冻等级等方面，主要是因为这几方面达到相关标准，可以有效提升装配式混凝土结构的稳定性，具体的内容如下：一是制作装配式混凝土的时候，渠道工程所使用的混凝土对强度有一定要求，一般情况下不能低于C30。二是渠道工程对混凝土抗渗等级也有要求，一般情况下抗渗等级不能低于W6，这样才能保证装配式混凝土结构节点设计方案的质量。三是渠道工程施工经常会受到天气的影响，产生冻胀区域，在这样的情况下需要对冻胀区域的抗冻等级进行综合考虑，一定不能低于F150。
        7构件的连接设计
        装配整体式结构中，接缝和节点是影响结构受力性能的关键部位。接缝的压力通过后浇混凝土、灌浆料或坐浆材料直接传递；拉力通过由各种方式连接的钢筋、预埋件传递；剪力由结合面混凝土的粘结强度、键槽或者粗糙面、钢筋的摩擦抗剪作用、销栓抗剪作用承担。①后浇混凝土、灌浆料或坐浆材料与预制构件结合面的粘结抗剪强度往往低于预制构件本身混凝土的抗剪强度。所以，预制构件接缝的受剪承载力需乘以增大系数。②梁、柱箍筋加密区及剪力墙底部加强部位区域的接缝要实现强连接，要求接缝的承载力设计值大于被连接构件的承载力设计值乘以强连接系数。对于其他区域的接缝，可采用延性连接，允许连接部位产生塑性变形，但要求接缝的承载力设计值大于设计内力，保证接缝的安全。③当叠合楼板按单向板设计时，板侧可采用分离式拼缝；当叠合楼板按双向板设计时，板侧可采取整体式接缝，整体式接缝一般采用后浇带的形式。为保证楼板的整体性及传递水平力的要求，预制板内的纵向受力钢筋在板端宜伸入支座。同时为了加工及施工方便，单向板长边支座可以不伸出构造钢筋，但应采用附加钢筋的方式，保证楼面的整体性。
        结语
        装配式结构的应用是实现建筑产业工业化的有效途径，有着重要的社会和经济效益。结构设计人员应充分认识到装配式结构的特点，进一步优化对结构的分析设计，以期提高对装配式建筑的设计水平。
        参考文献：
        [1]彭春梅。装配式混凝土结构的节点设计要求[J].四川建材，2017，（8）：84-85.
        [2]吴刚。装配式混凝土框架节点基本性能研究进展[J].建筑结构学报，2018，（2）：1-16.