预制装配式建筑结构的设计要点

（上海诚建建筑规划设计有限公司，上海 200081）

0 前言

苏州市虎丘C 地块定销房建设项目，总建筑面积约27.64 万m2。其中包括17 栋高层，地上16～26 层，地下1 层，采用钢筋混凝土装配整体式剪力墙结构，抗震设防烈度7 度,设计基本地震加速度0.1g，标准设防类，抗震等级二级或三级，楼盖采用预制桁架叠合板密拼。本工程包含的预制构件主要有：预制夹心保温外墙板（含凸窗的墙板）、内墙板、钢筋桁架叠合板、阳台、空调板、楼梯等构件，根据设计计算结果，单体预制率不低于35%。采用“等同现浇”的方法进行结构分析，抗震设计时，对同一层内既有现浇墙肢也有预制墙肢时，现浇墙肢水平地震作用弯矩和剪力放大1.1 倍。下面将对预制装配式结构各部分设计要点分别进行介绍。

1 预制桁架叠合板密拼板缝设计

当结构预制叠合板的长宽尺寸均大于3 米时，为了满足预制构件制造、运输条件的要求，常常要将预制板拆分成几块。常规做法是在叠合板的次要受力方向设置300mm 左右的后浇带式接缝，接缝两侧板底的受力钢筋可在后浇带中焊接、搭接、弯折锚固或者机械连接。考虑到生产、运输及安装的便利性，本项目采用叠合板密拼连接。在《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)中，第6.6.5 条给出了单向叠合板板侧分离式拼缝构造的做法示意，但此处未给出后浇混凝土层的厚度要求，如按照6.6.2 条的要求，叠合层过小则不能很好的形成整体性。图集15G310-1《装配式混凝土连接节点构造》中明确了双向叠合板整体式接缝连接构造的密拼接缝后浇叠合层厚度不小于80mm。但实际上，楼板承受荷载作用时，楼板就会发生挠度变形，接缝处预制板与现浇层之间容易剥离开裂，这样就无法有效地提高拼缝抗剪承载力。因此，本项目采用了改进型双向密拼连接，即在板缝拼接处每隔200mm开个小槽放置板底连接纵筋，连接纵筋达到水平段搭接锚固长度要求后向上弯折，见图1。这样预制板可以不出筋，不仅方便生产、运输及安装全过程，而且搭接筋竖向弯折也可以有效防止预制板与后浇层之间的撕裂。

图1 改进型双向预制桁架叠合板密拼连接示意图

2 阳台板、空调板降板设计

由于阳台板、空调板一般设在半封闭、阳台区域带水使用，所以为避免水进入正常使用的室内空间，建筑设计者往往将阳台板、空调器板设计得比室内低80mm。在室内和室外楼板厚度分别为140mm 和100mm 的情况下，为了达到80mm 的室内外高差，需要将阳台板的底板比室内楼板底板降低40mm。如果设计成阳台楼板面受力钢筋通过梁面筋下方在室内叠合板面桁架筋上方绑扎固定，则现场结构钢筋绑扎施工影响较大。由于一般情况下，叠合楼板的板面筋是在结构梁钢筋固定好之后才进行的，这就意味着需要人工将板面筋90 度弯折的一端穿过梁面筋下面，再弯折到阳台板桁架钢筋上面，这样会导致结构钢筋施工效率严重下降。因此，在本项目中，将阳台板面受力筋穿梁面筋底入室内板后放置于桁架筋下绑扎固定。

3 预制混凝土夹心保温外墙板设计

建筑外墙除承重的主要功能外，往往还要实现建筑的维护、保温、防水、防火等功能。预制夹心保温外墙板能很好地解决以上问题，它由外叶板、保温层和内墙板通过可靠连接预制成一体，再由局部现浇或套筒连接等方式组装而成整体。按照《装配式混凝土建筑技术标准》(GB/T51231-2016)第5.8.7条：“预制墙板应在水平或竖向尺寸大于800mm 的洞边、一字墙墙体端部、纵横墙交接处设置构造边缘构件”。所以，当遇建筑门窗洞口时，预制外墙应与楼层梁整体预制，考虑到结构连接的要求，就需要将墙板顶部两侧的外伸梁下受力钢筋与两端的后浇墙肢连接。这种预制墙板设计中，应着重考虑外伸梁梁底受力纵筋与端部构造边缘构件中竖向钢筋的碰撞干涉问题，否则会严重影响到竖向墙肢的钢筋施工定位。当梁底受力钢筋直径较大时，现场施工时不易扳弯，常采用现浇构造边构件竖向钢筋避让的作法，因此，构造边构件浇注成型后，造成竖向钢筋的定位偏差±20mm。比较合适的做法是，在进行构件设计时，将梁底两侧受力纵筋筋向内收进15～20mm 外接墙板构造边缘，这样既能满足梁受力钢筋锚固要求，又能保证构造边沿构件竖向钢筋定位准确无偏移。

标准层的外围护墙均采用预制混凝土夹心保温外墙板，类似于全混凝土外墙。因此在结构设计时应考虑其带来的刚度影响，在其与剪力墙的水平接缝处采用柔性连接，仅在预制外墙侧面每隔一定距离预留抗剪螺栓埋件，以降低围护墙与主体结构的连接刚度，从而减少预制墙板对单体结构刚度的影响。

此外，在外墙门窗开洞处，容易造成应力集中，在预制构件脱模、吊装时容易产生裂缝或局部混凝土脱落影响观感。因此应在其周边和角部设置水平、竖向和角部加强钢筋。

4 预制剪力墙套筒连接设计

装配式预制结构中，预制构件由于在工厂生产制作，逐渐形成流水线化生产工艺，因此相比现场施工构件质量大幅提升。对于结构整体的安全可靠性，构件的连接往往成为重中之重。目前常见的预制剪力墙竖向钢筋的连接方式主要有：套筒灌浆连接、浆锚搭接连接。在地震设计状况下，还应根据《装配式混凝土建筑技术标准》(GB/T51231-2016)第5.7.8 条计算剪力墙水平接缝的受剪承载力。本项目预制剪力墙边缘构件采用逐根连接，墙身竖向分布筋采用梅花形部分灌浆套筒连接，详见图2。规范同时还规定了符合一定条件的厚度不大于200mm 的丙类建筑，剪力墙竖向钢筋可采用单排连接，此方法有效解决了由于预制板端的搁置，影响墙身竖向钢筋的连通问题。

图2 剪力墙墙身梅花形连接平面剖面示意图

目前，由于设计不当或者工人施工水平参差不齐，现场时常会出现下层出头钢筋和上层预留套管位置偏差，难以对齐，当移位偏差值超过允许误差时，就会导致上下层剪力墙无法正确对位安装。因此为保证结构质量安全，本项目设计边缘构件为现浇段，剪力墙墙身分段预制。较长的墙身由现浇段分成两段预制，并且尽量保证预制墙身的模数统一，以达到预制标准化生产。此外，由于埋入式套筒采用沉头设计，在振动、脱模、粗糙面清理等过程中，由于泥浆进入埋入式套筒内，容易造成套筒被泥浆堵塞，一旦埋入套筒内，钢筋就不能紧固，进而影响墙体与结构的正常连接。这两个问题还应值得今后继续深入研究，找到更好的解决方案。

5 结语

目前，我国正处在大力推广预制装配式建筑的过程中，预制装配式设计的不断成熟与完善，对于提高生产效率、降低工程造价有着积极的促进作用，但实际工程中任然存在许多待解决的问题。本文从实际工程出发，结合具体设计中遇到的的几个问题加以论述，希望能起到抛砖引玉的作用，引起大家对预制装配式设计问题的关注和思考。通过如上所论述的几个问题，我们可以明显地感到，预制装配式设计需要对预制构件的制作、运输和现场安装等细节进行深入细致的了解，并进行全周期的设计，加以BIM 等建筑信息模型技术应用日趋成熟和广泛，使得预制装配式设计更加合理和科学。