常见装配式混凝土结构体系及其设计分析

2023-01-07李宇

江苏建材 2022年3期

李宇

（甘肃省建筑设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000）

0 引言

装配式混凝土结构是指由预制混凝土构件通过可靠的连接方式装配而成的混凝土结构，其结构形式和设计与传统的现浇混凝土结构有着较大差距[1]。选取装配式混凝土框架结构、剪力墙结构及框架-剪力墙结构3 种最具代表性的装配式混凝土结构体系，阐述概念与应用范围，分析优缺点与设计要点，梳理装配式混凝土结构设计的基本理论与要点。

1 装配式混凝土框架结构

1.1 概念

装配式混凝土框架结构是指竖向构件与水平构件采用预制或预制叠合构件，框架柱竖向受力钢筋采用灌浆套筒进行连接，节点湿式现浇连接而成的结构体系。装配式混凝土框架结构按其装配程度可分为装配整体式框架结构、竖向构件现浇结构及非受力外挂墙结构3 种。

1.2 优缺点

装配式混凝土框架结构传力明确，连接节点预制构件较为简单，种类也较少，易于实现工业化建造；同时，其结构布置也较为灵活，内部空间自由度高。但是，混凝土框架结构节点应力集中显著，侧向刚度小，在施工时存在套筒灌浆施工质量差、竖向钢筋连接段及后浇筑段混凝土密实性较难保证、外墙拼缝防水密封技术要求高以及预制构件安装施工难度大等问题，对施工单位技术要求高，且建造成本也较高。

1.3 应用范围

目前，我国装配式混凝土框架结构主要适用于60 m 以下的多层或高层建筑，如办公楼、商场、酒店、厂房、学校、医院等公共建筑以及一些多层或高层住宅建筑，此类建筑一般总高度不高，要求有开阔的大空间和相对灵活的室内布置。

1.4 结构设计要点

由于采用等同现浇原则，装配式框架结构设计的整体设计及构件设计与现浇结构大致相同。设计时，可按现浇混凝土框架结构进行设计，同时还要补充叠合梁拼缝、预制柱拼缝的抗剪承载力等验算。装配式混凝土框架结构设计的重难点在于构件的连接及节点钢筋的布置，若节点部位的连接和构造不能满足承载力和整体性的要求，将会造成严重的质量问题和结构安全隐患。在进行设计时，设计人员应熟悉相关规范、规程、标准及图集，针对不同连接部位逐个绘制节点详图，图示深度应满足指导构件的预制和施工安装的要求，每种连接方式都应具有实操性，充分考虑预制构件生产与施工的容许误差。同时，可利用BIM 软件，发挥其优势，通过三维建模和动态模拟，在设计阶段消除碰撞的可能。

2 装配式混凝土剪力墙结构

2.1 概念

装配式混凝土剪力墙结构是指主要受力构件剪力墙、梁及板部分或全部采用预制或预制叠合构件，墙板间竖向连接缝现浇，上下墙板间主要竖向受力钢筋浆锚连接，楼面梁板叠合现浇形成整体的一种结构形式[2]。

2.2 优缺点

装配式剪力墙结构几乎无梁柱外露，楼板可直接支承在墙上，房间空间平整。但是，装配式剪力墙结构不能提供大空间房屋，结构延性较差，同时其加工、施工难度大，成本较高，同时受限于国内管理水平及工人素质，施工质量难以保证，存在较大质量隐患。

2.3 应用范围

目前，在我国装配式混凝土剪力墙结构主要应用于高层、超高层保障房与商品房以及公寓、宿舍及酒店等建筑。

2.4 结构设计要点

在设计时，整体设计可按现浇剪力墙混凝土结构进行设计，但要注意相关参数的调整，同时补充预制墙板水平拼缝的抗剪承载力等计算。目前，装配式剪力墙结构体系设计常见问题有结构布置与计算问题、拆分问题、节点连接问题及设计构造问题等。在方案设计时，设计人员应综合考虑使用功能、设计烈度、预制要求、施工、安装水平等因素，遵循少规则、多组合的设计理念，合理选择技术方案与结构布置。在拆分设计时，预制构件及其连接和构造方式除满足规范和图集要求外，还应综合考虑生产制作和施工安装的可行性、便利性，尽可能规避异形构件、标准化程度低的构件、内力大且连接困难的构件。在深化设计时，要加强碰撞干涉检查，重视构件的施工验收。此外，拼缝连接作为装配式剪力墙结构体的关键技术，在设计时应重点关注。

3 装配式混凝土框架-剪力墙结构

3.1 概念

装配式混凝土框架-剪力墙结构是指将框架-剪力墙结构中的部分受力构件采用预制或预制叠合构件，关键节点和重要受力构件采用现浇而成的一种结构形式。装配式混凝土框架-剪力墙结构可分为预制框架-现浇剪力墙结构与预制框架-预制剪力墙结构2 种形式。

3.2 优缺点

装配式混凝土框架-剪力墙结构很好地融合了框架和剪力墙的优点，整体性优越，接近于现浇结构，结构传力明确且侧移刚度较好，抗震性能优异；体系中剪力墙和框架布置灵活，易实现大空间，适用高度较高；构件质量的控制也较为容易，且节点连接处工程量小，是一种较为理想的结构体系。但其构造相对复杂，预制率相对较低，施工套筒灌浆连接质量难保证，对外墙板的防水、防火、保温的要求也较高。

3.3 应用范围

装配式混凝土框架-剪力墙结构具有框架结构和剪力墙结构的特点，其结构延性好，适用于高层建筑。

3.4 结构设计要点

整体计算时，采用现浇结构相同的方法，但要注意相关参数的调整，同时补充框架梁柱节点抗剪计算、框架梁端竖缝结合面抗剪计算以及梁板水平缝抗剪计算等。在进行设计时，设计人员应重视节点（接缝）的选型和设计，以保证构件的连续性和结构的整体稳定性与安全性。同时，构件与节点的设计也要考虑后续吊装、施工及安装的便利性。此外，由于目前装配式混凝土框架-剪力墙结构中剪力墙大多为现浇，在方案设计时要合理设置装配率目标，避免过高的预制率导致不合理的拆分，进而引起成本增加。