装配式混凝土框架结构设计探析

叶 森 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230032）

1 引言

目前，我国建筑产业化发展迅速，进程稳步健康发展，装配整体式框架结构体系应用越来越多。目前所采用的装配整体式框架结构体系，完全满足现行国家规范、行业规范、标准等相关要求，甚至比现浇结构具有更好的安全性、适用性和耐久性。预制构件能够最大程度改善结构精度，减少墙体开裂等质量通病。在精确度上以混凝土柱的主尺度误差为例，按照传统施工方法制作的混凝土构件尺寸误差允许值范围为5～8mm，而预制构件尺寸误差在2mm以内。由于装配式结构中的预制构件是将结构拆分成模数化的构件单元先在预制厂浇筑生产养护成型，因此可不受施工现场的条件限制，从而大大减少了现场施工的强度，节省了大量的模板，有的分项工程还省去了砌筑和抹灰工序，从而极大的缩短了现场施工的时间，降低了施工成本，而且安装过程降低了现场施工的噪音，减少了施工过程对环境和大气的污染，有利于保护生态环境和可持续发展。

2 整体设计

装配整体式框架结构体系的房屋最大使用高度、最大高宽比和结构抗震等级应按《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ 1-2014）中表6.1.1、表6.1.2和表6.1.3确定，并应符合《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）的相关规定和要求。

国家行业标准《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ 1-2014）中规定，配整体式框架结构设计应满足“等同现浇”的设计原则，可采用与混凝土结构相同的方法进行结构设计和分析。结构楼层梁的刚度增大系数可根据具体情况近似取1.30～2.00。在竖向荷载作用下，应考虑塑性变形内力重分布，框架梁弯矩系数可取0.80～0.85。次梁支座需根据与主梁的连接节点考虑是否按铰接考虑，结构整体计算时，叠合楼板的荷载传递方式可以与现浇板相同。

3 预制构件设计

3.1 预制桁架叠合楼板

预制桁架叠合楼板的厚度不宜小于60mm，现浇层厚度不宜小于60mm，叠合板总厚度不小于120mm。桁架钢筋应沿着主受力方向布置，距板边不应大于300mm，间距不应大于600mm，弦杆钢筋直径不宜小于8mm，腹杆钢筋直径不应小于4mm，弦杆保护层不小于15mm；下弦间距100mm，腹杆焊接点间距200mm，端头距板端15mm。

叠合板应满足使用期间及施工过程的承载力及变形要求。设计按施工阶段有可靠支撑的叠合受弯构件进行按整体受弯构件设计计算，但其斜截面受剪承载力和叠合面受剪承载力应按混凝土规范附录H计算。当预制板间按分离式接缝，按单向板设计；长宽比不大于3的四边支承叠合板，当预制板采用整体式接缝或不接缝时，按双向板设计。整体分析中荷载传递根据单向叠合板或双向叠合板指定荷载传递方向。

3.2 叠合梁

装配整体式框架结构中如果采用叠合梁时，叠合梁的现场后浇部分叠合层厚度不宜小于0.150m，次梁的现场后浇部分叠合层厚度不宜小于0.120m，当采用凹口截面预制混凝土梁时，预制混凝土梁的凹口深度不宜小于0.050m，预制梁凹口边厚度不宜小于0.060m。预制混凝土梁与现场后浇部分之间的叠合层结合面应设置粗骨料粗糙面，粗糙面有相应的凹凸要求；而预制混凝土梁两端面应设置键槽，且宜设置粗骨料粗糙面。预制混凝土梁键槽的尺寸和数量应满足规范《装配式混凝土结构技术规程》第7.2.2条的规定，并应按规范规定计算复核，满足相应要求。

3.3 预制柱

装配整体式框架结构体系中预制柱的设计和构造要求，应符合国家规范《混凝土结构设计规范》（GB 50010）的规定，具体要求如下：矩形柱截面宽度或圆柱直径不宜小于400mm，且不宜小于同方向梁宽的1.5倍。柱纵向受力钢筋直径不宜小于20mm，柱纵向受力钢筋采用灌浆套筒连接时，柱箍筋加密区长度不应小于纵向受力钢筋连接区域长度与500mm之和，套筒上端第一个箍筋距离套筒顶部不应大于50mm。

4 连接节点设计

装配式框架结构连接节点设计，应满足（GB 50010-2010）《混凝土结构设计规范》中的基本构造要求、（JGJ355-2015）《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》的接头性能要求、（JCJ 1-2014）《装配式混凝土结构技术规程》预制构件结合面和构造的要求。除此之外，还需考虑预制柱水平接缝收件承载力验算、叠合板的水平结合面受剪承载力验算、节点核心区抗剪承载力验算、叠合梁端竖向结合面受剪承载力验算以及叠合梁叠合面受剪承载力验算，以确保连接节点区的各项受力性能。

接缝的受剪承载力应满足：

持久设计状况时:γ0Vjd≤Vu；

地震设计状况时:VjdE≤VuE/γ RE

γ0为结构重要性系数，安全等级为一级时不应小于1.1，安全等级为二级的时候不应小于1.0；Vjd为持久设计状况下接缝剪力设计值，VjdE为地震设计状况家接缝剪力设计值，Vu为持久设计状况下梁端、柱端、剪力墙底部接缝受剪承载力设计值；VuE为地震设计状况下梁端、柱端、剪力墙底部接缝受剪承载力设计值；γ RE为梁、柱受剪承载力抗震调整系数，取0.85。接缝混凝土等效抗压强度，应该取构件、接缝处灌浆及后浇混凝土中的较低值。

4.1 叠合板的叠合面受剪承载力设计值

叠合板受弯构件构件斜截面和叠合面受剪承载力应按下式计算：

V/bh0≤0.4（N/mm²）。

V为剪力设计值；b为矩形截面宽度；h0为截面有效高度。

4.2 叠合梁端竖向结合面受剪承载力设计值

持久设计状况：Vu=0.07fcAcl+0.10fcAk+1.65Asd√fcfy；

地震设计状况：VuE=0.04fcAcl+0.06fcAk+1.65Asd√fcfy。

Acl为叠合梁端截面后浇混凝土叠合层截面面积；Ak为各键槽的根部截面面积之和；Asd为垂直穿过结合面所有钢筋的面积，包括叠合层内的所有纵向钢筋；fc为预制构件混凝土轴心抗压强度设计值；fy为穿过结合面钢筋抗拉强度设计值。比对剪力包络图，框架梁满足梁端接缝受剪承载力VuE/γ RE≥梁端剪力，次梁满足梁端接缝受剪承载力Vu≥梁端剪力。

4.3 叠合梁端叠合面受剪承载力设计值

叠合梁端叠合面受剪承载力设计值：V≤1.2ftbh0+0.85fyv×（Asv/s）×h0。

V为剪力设计值；b为矩形截面宽度；h0为截面有效高度；ft为混凝土轴心抗拉强度设计值；fyv为横向钢筋的抗拉强度设计值；Asv为受拉区纵向普通钢筋的截面面积；s为沿构件轴线方向上横向钢筋间距、螺旋筋的间距或箍筋的间距。比对剪力包络图，叠合梁叠合面受剪承载力V≥梁端剪力。

4.4 预制柱水平接缝收件承载力设计值

地震设计状况：VuE=0.8N+1.65Asd√fcfy。

N与剪力设计值V相应的垂直于结合面的轴向力设计值；叠合层内的所有纵向钢筋的截面面积Asd为垂直穿过叠合层叠合面所有钢筋的实际计算面积。比对剪力包络图，框架柱满足柱端接缝受剪承载力VuE/γ RE≥柱端剪力。

4.5 节点核心区抗剪承载力设计值

节点核心区强节点弱接缝计算：在地震设计状况时应符合ηj V mua≤VuE。

ηj为节点核心区接缝处受剪承载力增大系数，抗震等级不同，取值不同，具体分别为：一、二级取1.2，三、四级取1.1。V mua为被连接构件端部按实配钢筋面积计算的斜截面受剪承载力设计值。

5 结语

由于我国工程建设稳步发展，工程量居高不下，传统施工模式弊端较多，对生态环境影响也越来越

大，因此，预制混凝土结构体系发展势在必行，而装配整体式框架结构体系相比较装配整体式剪力墙结构体系有它自身的特点和优势，且完全满足现行国家规范、行业规范、标准等相关要求和规定，因此应用也越来越多，呈快速发展趋势。但是，预制混凝土结构在我国仍处于初步发展阶段，各种设计、运输、施工、吊装、管理等问题非常突出，影响了建筑产业化的发展速度和规模，亟待解决。在国家对生态环境可持续和绿色建筑健康发展的要求和推动下，装配式建筑发展仍将成为焦点，预制混凝土结构需要进一步分析研究，解决现有问题，进而有效的推动建筑产业化的健康发展。