多层全装配式综合楼设计与施工

摘 要：全装配式混凝土结构可极大提升建筑建造效率及施工质量，减少建筑建造过程的湿作业。通过分析国内针对多层全装配式建筑的研究成果，根据项目特点选取适宜项目的预制构件连接方式，并应用于长沙地区某具体采用多层全装配式墙板结构体系建造的学校综合楼项目中；该综合楼的结构构件竖向承重墙、楼板、梁、楼梯均采用全预制，竖向承重剪力墙间连接设计基本采用预留手孔螺栓连接；全预制楼板之间连接设计采用预埋钢板螺栓连接，详细阐述该栋建筑的结构设计、预制构件设计、施工，并探讨该类多层全装配式墙板结构体系的应用价值。

关键词：装配式建筑；螺栓连接；结构设计；预制构件；预留手孔；施工

中图分类号：TU758.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）22-0120-04

Abstract： Fully fabricated concrete structure can greatly improve the efficiency and quality of building construction and reduce the wet work in the process of building construction. Based on the analysis of the domestic research results on multi-storey fully fabricated buildings， the connection mode of prefabricated components suitable for the project is selected according to the characteristics of the project， and applied to a school complex building project built with multi-storey fully fabricated wallboard structure system in Changsha area. The vertical load-bearing walls， floors， beams and stairs of the comprehensive building are all precast， the connections between vertical load-bearing shear walls are basically designed with reserved hand-hole bolts， and the connections between fully prefabricated floors are designed with pre-embedded steel plate bolts. The structural design， prefabricated component design and construction of the building are described in detail， and the application value of this kind of multi-story fully assembled wallboard structure system is discussed.

Keywords： prefabricated building; bolted connection; structural design; prefabricated components; reserved hand holes; construction

装配式建筑是结构系统、外围护系统、设备与管线系统、内装系统的主要部分采用预制部品部件集成的建筑[1]，目前装配式建筑多采用装配式混凝土结构，装配式混凝土结构是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，包括装配整体式混凝土结构、全装配混凝土结构等[2]。近年来随着低多层高品质住宅、学生公寓、安置房、教学用房的需求大幅提升，能实现相应高品质的低多层全装配式混凝土结构体系研究也有了蓬勃发展[3-4]。

李然等[5]在基于团体标准T/CECS 604—2019《装配式多层混凝土结构技术规程》[6]的基础上针对采用预留手孔螺栓连接的装配式多层混凝土剪力墙结构开展了抗震性能试验研究，研究结论表明该种剪力墙体系在未设置边缘构件的情况下仍具有良好的延性，并建议该类剪力墙体系在进行结构分析时，在小震作用下采用整体墙肢模型，在中震和大震作用下采用独立墙肢模型；李锡洲等[7]在基于T/CECS 809—2021《螺栓连接多层全装配式混凝土墙板结构技术规程》[8]的基础上针对采用预埋连接和螺栓连接的多层全装配式混凝土墙板结构开展了弹性阶段抗震性能研究分析，研究表明该新型结构体系在弹性阶段（多遇地震）下结构侧向位移很小，抗侧刚度较大，整体抗震性能良好、具有较大的结构安全储备。肖明等[9]针对预制剪力墙采用钢筋锚环或钢筋绳套连接的多层全装配式混凝土结构进行了抗震性能试验研究，研究结论表明采用钢筋锚环与钢丝绳套连接的竖向接缝具有较好的抗剪能力，在多遇地震和设防地震作用下竖向接缝无明显滑移，墙肢受力及变形均呈现良好的整体性；在罕遇地震作用下，竖向接缝产生一定的滑移，但对剪力墙水平承载力的削弱程度有限。赵福超等[10]针对典型拉力螺栓及剪力螺栓连接装配式混凝土墙板结构体系分别进行低周反复荷载试验，研究表明上述2种不同螺栓连接的墙板均满足低层建筑安全性，剪力螺栓连接墙板得益于高强螺栓优异的抗滑移性能，其整体刚度和耗能能力普遍优于拉力螺栓连接墙板的整体刚度和耗能能力。

本文基于上述装配式多层混凝土剪力墙结构的研究成果，以湖南省长沙市某多层全装配式综合楼实际工程为案例，对其建筑结构设计、预制构件设计及施工进行剖析。

1 工程概况

本文研究对象为湖南省长沙市某多层全装配式综合楼，建筑占地面积1 014 m2，总建筑面积5 070 m2，地上5层，无地下室，主要建筑功能为综合楼。建筑檐口高度为18.3 m，屋脊高度为23.2 m，各层层高均为3.6 m，平面尺寸为50.7 m×20.0 m，结构形式为多层装配式混凝土墙板结构，装配率为79%[11]，应用的预制构件包括装饰保温承重一体化外墙、预制承重内墙、全预制楼板、预制楼梯板、全预制平台及歇台板、全预制梁、预制沉箱一体板，符合湖南省AA级绿色装配式建筑标准[11]。

2 结构设计

2.1 设计信息

本项目综合楼结构设计工作年限为50年，地面粗糙度为C类。结构安全等级为一级，抗震设防烈度为6度，按7度采取抗震措施，抗震设防类别为重点设防类（乙类），抗震等级为三级。

2.2 荷载信息

风荷载取值原则：50年一遇基本风压ω0=0.35 kN/m2；风荷载体型系数μs=1.3；风压高度变化系数μs和风振系数βz按荷载规范取值，同时风振系数βz还应满足通用规范不小于1.2的要求。

雪荷载取值原则：屋面为钢结构四坡屋面，对雪荷载敏感，基本雪压按100年一遇取s0=0.50 kN/m2。

2.3 各预制构件之间连接节点

本项目综合楼结构形式为多层装配式混凝土墙板结构，各预制构件之间通过不同的连接方式和连接节点形成结构整体，共同受力、共同工作。

预制承重墙之间的竖向和水平接缝大部分采用预留手孔螺栓连接方式，如图2及图3所示。承重墙与基础之间的水平接缝大部分也采用预留手孔螺栓连接；在上述水平接缝处均采用坐浆料填实。

预制楼板之间、预制楼板与承重墙、预制楼板与预制梁之间的连接均设计采用螺栓连接。根据T/CECS 604—2019[6]规定，结合屋面天沟造型，在屋面设置了封闭的后浇混凝土圈梁。

2.4 结构设计分析

本项目综合楼采用盈建科建筑结构设计软件YJK 5.2.1进行整体分析。

2.4.1 模拟整体受力分析

为丰富综合楼立面效果及彻底杜绝屋面渗漏水的情况，在全预制平屋面板层又设计了一层钢结构四坡屋面层，结构形式为钢框架，钢柱脚采用铰接连接，同时为了使计算模型与实际相符，能真实反映结构受力情况，建模时将钢结构屋面与下部混凝土整体建模分析，计算模型如图4所示。

由于综合楼单体下部结构为混凝土墙，上部为钢框架，两者刚度相差过大，导致计算时主要振型集中在钢结构部分，为满足参与质量系数不小于90%，将振型数增加到66个后才满足计算要求。

2.4.2 剪力墙水平接缝分析

根据T/CECS 604—2019[6]8.2.4条，“当剪力墙之间水平接缝满足本规程第8.4.1～8.4.3条规定的承载力及构造要求时，结构整体分析可采用无水平接缝的结构整体计算模型”。

预制剪力墙之间水平接缝采用螺栓连接或浆锚搭接连接，结构设计时，首先根据T/CECS 604—2019[6]8.4.2条和8.4.3条规定，对预制剪力墙水平接缝在多遇地震及风荷载组合作用下，以及设防烈度地震作用下的受剪承载力进行验算，所有剪力均由螺栓和连接钢筋承担，其次还应满足等面积替换原则，螺栓或连接钢筋的总截面面积不小于剪力墙中竖向钢筋总截面面积，同时螺栓或连接钢筋的最小直径、最小间距及相应的构造措施满足规范要求。通过以上措施的实施，满足规范要求，结构整体分析按无水平接缝的结构整体计算模型进行计算分析。

2.4.3 剪力墙竖向接缝分析

各片预制剪力墙之间的连接大部分为螺栓连接，是一种干式连接方式，根据T/CECS 604—2019[6]6.2.6条规定阻尼比取3%。

根据T/CECS 604—2019[6]8.2.4条规定，为更加真实模拟、反映出竖缝处的受力情况，采取如下措施，在每块剪力墙之间的连接处开设200 mm×3 400 mm的墙洞，即各剪力墙之间通过200 mm高的弱连梁连接，通过整体指标对比，结果变化很小，且均满足规范要求。

选取水平剪力最大的剪力墙，将其水平剪力换算为竖向接缝处剪力，并据此计算出竖向接缝处所需螺栓数量，同时还应满足相应的构造要求。

3 构件设计

3.1 开大窗的预制承重外墙

南北两侧外墙布置有数量较多的窗户和百叶，将剪力墙分割为长度小于600 mm的若干独立小墙柱，墙柱高宽比小于3，根据规范要求应按框架柱进行设计。柱纵向受力钢筋、箍筋等同时满足计算要求和构造要求。

3.2 全预制楼梯

由于楼梯的斜梯板、平台板和歇台板均为全预制，斜梯板两端分别搁置在平台板和歇台板的暗梁挑耳上，平台板标高与楼层标高相同，两端与剪力墙进行连接，歇台板位于半层高位置，搁置在剪力墙挑耳上。因此应对暗梁的受弯，挑耳的受剪等进行验算复核。

3.3 钢屋面钢柱

钢屋面外圈钢柱通过在后浇圈梁上预埋锚栓与下部混凝土连接，内部钢柱则根据位置不同分别落在剪力墙交接处楼板上或直接落在闷顶楼板上，除应对柱脚进行验算外，还应对钢柱直接落在楼板上的情况验算楼板的抗弯和抗冲切承载力。

4 关键连接节点设计及施工

4.1 首层预埋留手孔螺栓连接设计及高精度施工

首层预制承重墙与地基现浇基础梁的连接根据相关规范要求设计采用了预埋留手孔螺栓连接方式，预埋在现浇基础梁上的螺杆总计670个；此种预埋方式的精度要求极高，必须做好专项交底，项目部应提前做好测量定位及螺杆固定方案，明确安装人员的数量，在安装时做到急而不乱；螺杆预埋完成后还要做好复测和校正工作，发现偏位和错误立刻处理，不能等到吊装时发现偏位再去处理；螺杆需要做好保护工作防止丝头被混凝土污染，影响后期的螺栓安装。

4.2 预制沉箱一体板连接设计及施工

本项目综合楼卫生间采用同层排水，为提高结构楼板的施工效率及杜绝卫生间渗漏水现象，卫生间楼板设计采用带沉箱的标准化一体化全预制楼板，该构件尺寸均为3 000 mm×7 300 mm，吊装施工时应严格根据沉箱位置定位，楼板搁置于其四周的承重墙上，并与相邻全预制楼板采用预埋钢板螺栓连接固定，有效提高楼盖的整体性和抗震性能。

4.3 预制天沟一体化屋面板设计及施工

本项目综合楼采用天沟外排水系统，为提高外天沟成品的施工效率及耐久性，设计采用将外天沟与主体结构屋面板一体化的全预制板，该类型构件吊装施工过程中应充分注意悬挑主体结构以外的楼板稳定性，适时增加安装支撑；吊装就位后应及时做好预制楼板间的螺栓连接及与承重墙板的螺栓连接施工。

5 结束语

本项目仅用时18天就完成了5层主体结构的装配建造（如图5所示），体现了装配式建筑高效优质的特点。

得出以下结论：

1）经工程竣工后核算，该项目较传统多层框架结构建筑施工人员数量减少了35%，模板材料节约了90%，施工工期缩短了60%，同时还降低了现场施工管理的难度，减少了施工现场噪音声、扬尘、建筑垃圾等，实现了绿色施工。

2）混凝土结构存在钢结构屋面时，应整体建模分析；同时通过调整结构阻尼比、在墙端开洞等措施模拟螺栓连接及加强构造措施，保证结构安全与稳定。最终计算分析结果表明采用本文结构计算方法可以满足各项要求。

3）本项目预制沉箱一体板及预制天沟一体化屋面板的应用，有效解决了现浇卫生间或外天沟的繁琐支模施工工序，将繁杂而重复的工序整合到预制构件厂制作，同时所有水平构件均在装配施工过程中无需顶部支撑，有效加快施工效率及节省模板材料使用。

4）建议屋顶未设计采用钢结构坡屋面的低多层全装配建筑屋面板采用叠合板，可有效提升屋面整体防渗漏能力。

参考文献：

[1] 装配式混凝土建筑技术标准：GBT 51231—2016[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[2] 装配式混凝土结构技术规程：JGJ1—2014[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[3] 陈定球，刘斌.低多层装配式混凝土墙板结构体系研究综述[J].建筑结构，2016，46（增）：633-636.

[4] 高志杰，郭振雷，张佳阳，等.我国装配式混凝土剪力墙结构体系发展综述[J].混凝土与水泥制品，2023，9（9）：69-74.

[5] 李然，田春雨，马云飞，等.螺栓连接装配式多层剪力墙抗震性能试验研究[J].建筑结构，2016，51（16）：1-7.

[6] 装配式多层混凝土结构技术规程：T/CECS 604—2019[S].北京：中国建筑工业出版社，2020.

[7] 李锡洲，钟易，张胜.螺栓连接多层全装配式混凝土墙板结构弹性阶段抗震性能研究[J].特种结构，2022，39（1）：17-21.

[8] 螺栓连接多层全装配式混凝土墙板结构技术规程：T/CECS 809—2021[S].北京：中国建筑工业出版社，2021.

[9] 肖明，韩文龙，吕晚睛，等.多层装配式预制剪力墙抗震性能试验研究[J].建筑结构学报，2023，44（12）：32-45.

[10] 赵福超，熊峰，陈江，等.不同螺栓连接装配式墙板抗震性能[J].中南大学学报（自然科学版），2023，54（10）：4030-4042.

[11] 湖南省绿色装配式建筑评价标准：DBJ 43/T332—2018[S].北京：中国建筑工业出版社，2018.

第一作者简介：伍丹（1986-），男，硕士，高级工程师，国家一级注册结构工程师。研究方向为装配式建筑与智能建造技术。