装配式建筑工程的抗震设防施工技术探讨

王双元

【摘要】装配式建筑工程作为一种新型建筑方案，是近些年主流的工程建设形势。传统建筑工程抗震设防工艺在几十年发展已经十分成熟，而装配式建筑抗震设防的研究还不够成熟，行业也没有提出抗震设防施工技术标准，这就需要结合装配式建筑抗震等级设计标准，对装配式建筑工程进行抗震设防设计，积极利用现代化技术，保证建筑工程整体的抗震性能。基于此，本文结合某工程案例，分析工程抗渗设防的重点与难点，探究装配式建筑工程抗震设防施工技术包括抗震体系、节点连接、隔震体系、配件施工，并提出抗震设防的应用效果。

关键词：装配式建筑工程;抗震设防;施工技术;应用效益

中图分类号：TU352.1+1

引言

随着我国建筑工业不断发展，近些年装配式建筑在我国的应用愈加广泛。由于我国装配式建筑工程应用时间短，装配式建筑框架结构抗震性优劣一直是社会重点关注的问题。当今国际上较为先进的抗震设计理论是基于性能的抗震设计方案，并且被国际各国广泛认可，但在我国是否适用还需要另做研究。此外，装配式建筑设计与施工离不开BIM技术的支持，通过也可以借助BIM软件预测工程设计方案的抗震性能，这就需要积极利用先进技术对装配式建筑工程抗震性进行分析，并针对性采用抗震设计施工技术，最大程度上保证装配式建筑工程建设质量。

1. 工程概况

如图1所示，某公寓项目工程总共30层，（地下1层和地上29层），每层层高为3.3m，建筑总高度约为97.8m，工程总建筑面积为2.28万㎡。该工程采用了国内高标准建设技术、指挥技术、可变建造技术等，贯彻了开放共享理念。工程设计标准为三星绿色建筑、二星健康建筑，预制装配率在81.5%以上[1]。

本工程建设贯彻了《百年住宅建筑设计规程》标准，采用了新型建筑体系、工业建造技术。采用了表面化设计方案，包括规划、设计、平面、户型、立面等多项标准，最大化提升使用效率、降低工程建设成本，发挥新型工业建造技术优势。中间层设置空中花园，是整栋楼的垂直健身跑道。顶层设置屋顶花园，营造开放的建筑空间，避免工程中有过多空间围合房间。同时工程中设计了休闲区、露天健身区、聚餐区等[2]。

2. 工程施工的重点与难点

該工程设计采用了装配式组合架构，设计使用年限为100年，抗震性能为7度，Ⅲ类场地类型，第一组地震分组。工程整体设计上对结构抗震性能、耐久性、预制构件等方面提出了更高要求。

项目工程中应用了多种创新型技术，设计阶段就要整合各类专业信息，精准落实设计者的表达意图，加强防碰撞设计，避免设计失误或施工失误。由于工程功能丰富、系统繁杂，提高了施工工艺难度，质量标准较高，需多单位协调开展工作，配合协调难度大。

3. 装配式建筑工程抗震设防施工技术

3.1抗震结构体系

本工程采用了钢筋混凝土组合结构，作为一种常见的装配式建筑形式，相比钢结构、混凝土结构具有以下几点优势：（1）钢混装配结构要比预制混凝土结构更加绿色环保，无需模板施工，施工更加便捷;（2）相比钢结构，钢混装配式建筑采用了组合构件，可以在很大程度上提升结构刚度，减少围护体系变形几率。为了满足本项工程的功能需求，最终设计决定采用装配式钢框架和现浇混凝土剪力墙的组合形式。标准层结构布置如图2所示[3]，结构施工抗震等级如表1所示[4]。

3.2节点连接

3.2.1工字形截面柱拼接头

工程柱拼接节点是刚接节点，柱拼接头在框架节点塑性区外，在框架梁上方1.3m。为了提高运输、吊装的便捷性，柱结构安装单元采用2层1根，长度不超过12m。根据现场施工条件以及工程设计标准，柱拼接主要是采用高强度螺栓、焊接连接方法。抗震设防要求的焊缝连接，采用全熔透坡口焊接。翼缘采用全熔透坡口焊接方案，腹板用螺栓连接，如果柱腹板使用焊接方案，要在腹板部位开K字形坡口，并且焊头。

3.2.2箱形柱焊接接头

本工程高层钢结构箱形柱和下部型钢混凝土采用十字连接方案，施工中要重点考虑截面形式变化部位的力传递平顺。箱形柱一部分力要传递给钢混结构中，另一部分传递到十字柱中。截面连接部分，将十字柱腹板掺入到箱形柱中，这样就实现了两个截面的过渡。深入长度为D+200mm以上（D为柱直径）。过渡段主梁下端紧贴主梁。界面接头上、下部位都要焊接栓钉，栓钉距离与过渡段间距为150-200mm，沿十字柱高不超过300mm[5]。钢混装配结构的十字柱接头，由于截面腹板采用高强度螺栓连接难度高，所以腹板、翼板均采用焊接方法。

3.2.3次梁与主梁连接

本工程的次梁和主梁连接采用铰接方案，主梁同时充当次梁支座，次梁为简支梁。主梁加劲板和次梁腹板采用螺栓连接，如果次梁内力、截面较小时可以在主梁腹板上直接连接。如果次梁跨数多、跨度大、荷载高时，要采用刚接方案，此时次梁为主梁续梁，降低次梁挠度，减少钢材使用量。根据工程抗震标准的框架梁，梁端可能会产生塑性铰处，距离柱轴线1/10～1/8梁跨部位，梁上下翼板设置侧向偶撑，根据轴心受压构件计算其长细比。

3.2.4腹板开孔补强

如果管道要穿越梁腹板开孔部位时，要结合孔洞大小、部位确定是否要进行补强操作。如果圆孔直径不高于梁高的1/3时，且孔洞间距为3倍孔径时，不得在梁端1/8跨度范围开孔，也可以不补强[6]。本工程的特性以及抗震等级要求，需要进行补强操作，梁翼缘负责承担弯矩力，孔洞补强板、孔截面腹板共同承担剪力。圆孔补强采用套管、环形补强板、梁腹板焊接V形加劲肋等方案。在梁腹板开方形孔时，会对腹板剪力性能造成很大影响，需要在洞口边增设加劲板，纵向加劲板渗入到孔洞长度要大于方形孔高度，梁翼缘宽度为加劲肋的2倍，厚度和腹板相等。

3.3隔震

本工程主要是采用了吊式隔震方案，该方案十分适合高层、超高层建筑，是结构上部与抗震结合的手段，借助建筑结构本体质量以及阻尼形成的减震装置。吊式隔震技术实现了建筑上部结构与地基之间的隔离，可以分为上部结构和下部结构，在上下部结构之间设置足够安全的隔震系统，形成隔震层，借助"隔震"、"吸震"作用，如果发生了地震，可以减缓地震力、吸收地震源能量，减少结构受到地震作用。支撑点将建筑悬挂在巨型钢混结构中，减少地震危害。该方案可以最大程度上减少建筑所承受的地震作用力。通过BIM仿真模拟对比发现，地震时上部结构作近似平动，设置隔震层的结构地震反应力系数是不隔震层的建筑结构的1/4-1/8，减震作用十分明显，真正的让地震和上部结构“隔离”。简单来说，该设计方案可以让建筑结构受到8级地震时，实际所受到的震动仅相当于5.5级地震，而5.5级地震几乎无法损坏满足抗震要求的建筑，实现了减轻地震对上部结构造成损坏的目标，还可以有效保护建筑装修及室内设备。

3.4配件施工

3.4.1框架梁

梁截面宽度要大于200mm，截面高宽比低于4，净跨和截面高度比大于4。梁配筋确保梁端纵向受拉钢筋配筋率在2.5%以内，计入受压钢筋梁端混凝土受压高度、有效高度比不超过0.35。梁端截面地面、顶面纵向钢筋配筋量比值高于0.3。梁端箍筋加密区长度、最大间距、最小直径要满足装配式建筑施工标准，梁端纵向收拉钢筋配筋率在2%以上时，箍筋直径要增加2mm。

3.4.2抗震墙

抗震墙厚度大于160mm，不低于层高1/20，底部加强部位抗震墙厚度不低于200mm，不小于层高的1/16，1-3层为加强层，暗柱箍筋间距为150mm，双排钢筋间的美化拉筋距离为400mm。4-29层暗柱箍筋间距为200mm，拉筋为600mm。横纵钢筋配筋率不低于0.25%，采用双排布置方案，拉筋间距为600mm，直径为6mm以上。此外，在顶层连梁纵向钢筋锚固范围内要增设箍筋[7]。

3.4.3抗震支架

如果发生了地震时，为了能够降低地震对建筑结构的破坏，要尽可能避免次生灾害发生，所以在给排水、供暖、空调、电力系统、热力系统等工程设备设置抗震支架，包括锚固件、抗震连接构件、加固吊杆、连接管、斜撑、型钢等。

4. 抗震設防施工技术的应用效益

采用BIM技术设计工程结构模型，选择有限元非线性分析程序SAP2000，对整个模型进行模拟、分析，使用PKPM构建非隔震模型。考虑装配结构节点与现浇结构节点刚度存在差异，所以要对模型节点区域刚度进行重新设定。输入工程建设区域地震动数据参数模型后，展开有限元分析，得出阵型周期信息表，和PKPM所得到的阵型周期信息基本一致，如表2所示[8]。

表1中两个模型周期信息基本一致，SAP2000构建的模型可以实现有限元分析，针对该工程29层装配式结构的抗震设防施工方案，分析整体抗震性，与未设置抗震设防模型对比。应用了抗震设防施工技术，除了隔震层位移较大之外，上层建筑结构的位移量非常小。从间层位移角度分析，位移数值可以完全满足装配置高层建筑的抗震标准。而没有使用抗震设防的模型，位移角度变化量非常大，已经超出了允许范围值，难以满足抗震要求，地震模拟中出现多处节点损坏，后期结构倒塌。因此，本工程的抗震施工方案可以满足当地抗震性能要求。

结束语

综上所述，为了能够进一步提高装配式建筑工程的建设安全，科学采用抗震设防施工技术可以有效减少地震的负面影响，提高建筑结构整体的稳定性。未来，还需要进一步对装配式建筑抗震技术的研究工作，提出标准、统一的抗震标准和施工方案，实现装配式建筑行业的规范化发展。

参考文献

[1]江韩， 赵学斐， 张并锐. 某装配式建筑抗震设计及BIM技术设计施工一体化应用[J]. 工程抗震与加固改造， 2019（2）：555-556.

[2]何晓珊. 考虑抗震设防烈度的预制装配式住宅成本预测及优化研究[D].长春工业大学，2016.

[3]沈彬彬. 工业建筑装配式围护墙结构的抗震设计研究[J]. 住宅与房地产， 2017（32）：95.

[4]余文明. 装配整体式钢筋混凝土框架结构性能化抗震设计方法[D].青岛理工大学，2017.

[5]郝贠洪， 王超， 李震业. 装配式轻板结构体系抗震性能试验研究[J]. 建筑结构学报， 2018， 39（S2）：59-65.

[6]李建沛. 预制装配式建筑结构体系与设计[J]. 冶金丛刊， 2017， 44（8）：221-222.

[7]黄灵， 张德海， 陶帅. 预制装配式建筑在保障房中的应用意义[C]// 第九届沈阳科学学术年会.2016.

[8]相阳， 罗永峰， 黄青隆. 装配式钢结构抗震性能研究进展[J]. 建筑钢结构进展， 2019（3）：11-12.