试析装配式建筑结构的设计要点及相关探讨

卢苏梁

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海200092）

1 引言

装配式建筑是近几年发展起来的，相对于传统的建筑来说，能够更好地控制建筑的施工质量，并且能够较大提升整个建筑行业的建设水平。装配式建筑可以起到节省能源的效果，促进建筑行业的健康可持续发展，这也是未来建筑行业发展的必然趋势。本文根据以往的经验以及实际案例对装配式建筑结构的设计要点展开探讨。

2 装配式建筑的相关概念

装配式预制混凝土结构是指部分梁、板、柱、墙板等结构构件均先在构件预制厂进行规模生产，后运至施工现场通过焊接、预埋螺栓连接或少量现浇混凝土等将预制混凝土构件连接在一起，形成一个结构整体。预制率指装配式混凝土建筑室外地坪以上主体结构和围护结构中预制构件部分的材料用量占对应构件材料总用量的体积比。

3 装配式建筑结构设计的基本原理

装配式建筑结构的基本原理与现浇结构原理相似，其主要是在施工过程中，利用可靠、合理的连接方式以及其他必须的结构与构造方式来实现的。装配式建筑中节点的设计也有很多，结构刚度的差异会带来不同的影响，对整体的抗震性能也会有所影响，为了能够提升建筑的抗震性能，就要在设计过程中根据实际情况进行合理、可靠的节点设计。

4 装配式建筑结构设计要点

4.1 结构构件预制设计

预制结构构件是装配式建筑的基础工作，对预制结构的设计要更加科学合理，对预制结构的构件要进行充分的分析。预制构件结构设计中应考虑如下问题：

1）对持久的设计状况分析，对预制构件的承载力、变形及裂缝等展开科学合理的验算，保证满足国家规范要求。

2）对地震设计状况分析，要保证预制构件承载力的稳定性与可靠性，对其进行反复的验算。

3）关于制作、运输、堆放以及安装等短暂的设计情况下的预制构件验算，要符合国家的相关要求，使其达到标准。

4）关于施工验算，构建自重标准值乘以动力系数可作为等效静力荷载标准值。构件的运输、吊运，动力系数应选择1.5；构件翻转、安装中的就位和临时固定，动力系数应选择1.2。

5）关于脱模验算，等效静力荷载的标准值是由构建自重标准值乘以动力系数后与脱膜吸附力的和，其标准值应不小于自重标准值的1.5倍。

4.2 设计结构构件节点

装配整体式混凝土结构受力特征与现浇结构一致，可以用现浇结构的方法进行结构计算，连接区域钢筋的锚固连接也与现浇结构相同。但预制构件的连接计算不可缺失，相关的节点详图不可缺失，其主要装配节点有叠合梁、叠合楼板、预制梁柱的拼接等，其制作、安装比较方便，节点须满足构造要求。预制构件节点及接缝处后浇混凝土强度等级应不低于预制构件的混凝土强度等级；接缝坐浆材料的强度等级应不低于预制构件的混凝土强度等级。节点连接方式有很多种，如套筒灌浆连接、浆锚搭接、螺栓连接、结合面构造等。灌浆套筒连接技术的应用则是通过向内、外套筒间的环形间隙填充水泥基等灌浆料的方式，连接上、下两根钢筋。装配式结构竖向及水平接缝部位的钢筋选用套筒灌浆连接的方式是最好的选择。套筒灌浆连接应按JG/T 408—2013《钢筋连接用套筒灌浆料》注明套筒连接灌浆料的性能指标，套筒与灌浆料应相匹配，并对灌浆时间提出要求，如图1所示。

图1 结构构件节点

浆锚钢筋搭接是装配式混凝土结构钢筋竖向连接的主要方式之一，主要是在混凝土中预埋波纹管，在混凝土的硬度达到一定程度后，再将钢筋穿入波纹管中，最后，将高强度的无收缩灌浆料注入波纹管养护中，这样就可以起到一定的锚固钢筋的作用。另外，直径大于20mm的钢筋不应运用到金属波纹管浆锚搭接的连接方式，而该方式同样不适合直接承受动力载荷构件的纵向钢筋[1]。

螺栓连接即连接节点以普通螺栓或高强度螺栓现场连接，以传递轴力、弯矩与剪力的连接方式。螺栓连接主要应用于框架结构的梁、柱的连接中，装配整体式剪力墙结构中预制楼梯的安装连接等。

结合面构造：预制构件、后浇混凝土、灌浆料和坐浆材料的结合面应设计为糙面、键槽，并且要保证粗糙面的面积大于结合面的80%，同时，预制板粗糙面的凹凸深度应大于4mm，预制梁端、预制柱端、预制墙端的粗糙面凹凸深度应大于或等于6mm。

4.3 预制剪力墙结构

预制混凝土剪力墙结构是将全部或部分预制混凝土剪力墙体在工厂加工制作后运至施工现场通过预埋件、预留插孔灌浆、钢套筒或少量混凝土后浇部分等将结构构件连为整体的混凝土结构形式。预制混凝土剪力墙结构具有刚度大、承重能力强、保温围护性能好等优点，并且在我国的居住建筑中应用非常广泛，尤其是保障性住房以及经济住房[2]。

如果同一层中包含了现浇剪力墙与预制剪力墙，这样的装配式整体剪力墙结构，其现浇剪力墙主要负责承担的水平地震作用弯矩、剪力应乘以大于1.1的增大系数；在地震设计时，剪力墙水平接缝受剪承载力的计算方式应如下：

式中，VuE为剪力墙水平接缝受剪承载力，N；fy为垂直穿过结合面的钢筋抗拉强度设计值，MPa；N为与监理设计值V相应的垂直结合面的轴向力设计值，N；Asd为垂直穿过结合面的抗剪钢筋面积，mm2。

4.4 建筑成本控制

建筑工程的施工成本也是影响设计的重要因素之一，因此，必须要加强对成本的控制。在设计的过程中，要根据加工工厂的实际施工工艺，设计出标准的构件尺寸，同时要保障构件尺寸的精准性。对结构构件进行设计时，应遵循一定的设计原则：“少规格、多组合”的原则、模数协调原则，使建筑满足耐久性、牢固性及美观性等要求，建立合理、可靠、可行的建筑技术通用体系，另外，还要对施工现场、构件加工厂的吊装水平、生产能力等情况进行全面的了解，促进构件的综合设计展开[3]。

5 结语

综上所述，装配式建筑结构设计要点关键就是针对设计中存在的问题制定有效的解决策略，对预制构件、结构构件节点的设计等方面的要点要加强控制，并根据实际情况以及相关设计规范完善设计方案，从而实现装配式建筑结构的稳定安全性，达到最佳的社会效益。