某办公综合楼装配式框架结构设计

张树传 郭黎明 肖伟 何庸 匡子佑 范庆祥 苏坤河 邱德瑜

(1.厦门合立道工程设计集团股份有限公司 福建厦门 361004; 2.福建省泷澄建筑工业有限公司 福建漳州 363104)

某办公综合楼装配式框架结构设计

张树传1郭黎明2肖伟1何庸2匡子佑1范庆祥2苏坤河1邱德瑜2

(1.厦门合立道工程设计集团股份有限公司 福建厦门 361004; 2.福建省泷澄建筑工业有限公司 福建漳州 363104)

文章通过对某办公综合楼装配式框架结构整体设计、平面拆分、外挂墙板设计、节点连接等装配式关键做法进行论述，探讨装配式框架的设计方法。

装配式框架；拆分；外挂墙板；办公综合楼

0 引言

装配整体式混凝土结构由预制混凝土构件通过可靠的方式进行连接，并与现场浇筑的混凝土、水泥基灌浆料形成整体的装配式混凝土结构。其优点是质量好、生产效率高、工人劳动强度低、保护环境、有利于社会可持续发展。采用装配整体式混凝土结构，可以有效节约资源和能源，提高材料在现实建筑节能和结构性能方面的效率，减少现场施工对场地等条件的要求，减少建筑垃圾和对环境的不良影响，提高建筑功能和结构性能，实现“四节一环保”的绿色发展要求，实现低能耗、低排放的建造过程，促进我国建筑业的整体发展，实现预定的节能减排目标。装配整体式混凝土框架结构是装配式建筑中结构整体性能、抗震性能较好且研究与应用较广泛的一种结构体系。

1 工程概况

该办公综合楼位于龙海市浮宫镇。地块形状规则平整，西北侧轻工东路往省道208线，南侧规划道路往疏港公路。办公楼占地面积约812.7m2，建筑面积5793m2，地上7层，无地下室，建筑高度为23.30m，如图1所示。场地的地震基本烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第二组。抗震设防类别为丙类，建筑场地类别为Ⅲ类场地。基本风压为 0.70kN/m2，地面粗糙度为B类。结构体系采用装配整体式混凝土框架结构体系，预制率达56%。框架抗震等级为三级，抗震构造措施为二级。基础形式为桩基础。

图1 办公综合楼整体效果图

2 结构设计

办公综合楼3～5层为办公区，6～7层为宿舍，结构平面长度为47m，宽度为17m，主要建筑平面如图2所示。在方案阶段，根据建筑功能需求以满足装配式建筑“少规格、多组合”的特点，框架柱仅收缩一次断面。结构平面X方向仅设置框架梁，Y向在跨中位置设置一道次梁，框架梁和次梁分别确定为一种截面尺寸。因X方向轴距均为6.6m，楼板采用单向板。经过结构计算分析，结构平面布置示意如图3所示。

图2 建筑三～五层平面图

3 平面拆分

预制构件拆分是否科学，将直接影响到建筑功能、建筑平立面、结构受力状况、预制构件承载能力、工程造价等的好坏。该工程作为业主单位的办公楼，也是试验装配式技术的实验楼，一方面要满足预制构件种类的多样化，业主可进行各种预制构件的生产、存储、吊运、安装、施工等环节技术。另一方面也要做到每种预制构件的规格少，重复率高，降低成本，提高构件制作的效率和质量稳定性。

二层建筑设置厨房、餐厅、大会议室，并于一层大堂上空楼板开洞，相较其他层，荷载较大，平面较不规则，导致楼面梁截面尺寸较大且与其他标准层不同，不利于标准构件的设计，单独生产用于此楼层的预制构件，则将增加建造成本。基此，二层楼面及以下均为现浇结构。

3～5层为办公用房，在结构方案阶段对平面规则性与构件统一进行把控，保证了后续拆分设计的顺利进行。3～5层结构拆分平面如图4所示，除楼梯、电梯间周圈梁板，平面右上角卫生间采用现浇外，其余区域均采用预制柱、预制梁及叠合楼板。

6～7层为宿舍，结构平面布置与3～5层差别不大，除卫生间现浇外，框架柱、框架梁、次梁、楼板均采用预制。

屋面层结构原建造方案同3～5层结构，后考虑到叠合楼板防水抗渗性能不如现浇楼板，因此最后屋面层梁及楼板采用现浇形式，而框架柱保留预制装配式形式，如图5所示。

综上所述，该工程预制范围包含框架柱、框架梁、次梁、楼板、楼梯、外墙等，预制率达56%。主要预制构件尺寸如表1所示。

表1 结构构件尺寸表

图4 3～5层结构拆分平面图

图5 屋面层结构拆分平面图

4 节点连接

装配整体式建筑能够达到等同现浇的性能，节点连接是关键，该工程采用符合国家及福建省现行相关标准、规范规定的连接形式。

(1)预制柱与预制梁节点做法

预制梁柱节点核心区后浇混凝土，上下柱纵向钢筋采用套筒灌浆连接，梁与柱的连接采用梁下部纵筋交错式整浇节点。预制梁底筋水平错开，节点两侧反对称布置。如箍筋角部没有纵向受力钢筋，在该角落设置辅助纵向钢筋，辅助纵向钢筋不伸入梁柱节点。预制中间层中柱及预制梁的装配整体式框架节点做法如图6所示，预制中间层边柱及预制梁的装配整体式框架节点做法如图7所示。

图6 预制中间层中柱及预制梁的装配整体式框架节点

图7 预制中间层边柱及预制梁的装配整体式框架节点

(2)主次梁牛担板连接做法

为了方便施工安装，该工程主次梁采用牛担板连接做法，该做法优势是预制主梁与次梁连接处不需要混凝土断开，避免了吊装时容易弯折预制主梁主筋的风险。具体做法如图8所示。

图8 主次梁牛担板连接节点

(3)叠合楼板端部及接缝处构造做法

该工程叠合楼板采用单向板设计，预制部分厚60mm，后浇部分厚80mm。叠合板构造措施参考15G310-1《装配式混凝土连接节点构造》。

5 外挂墙板设计

该工程南北立面预制外挂墙板通过对墙板单体，如图9所示。进行对称、镜像，再进行有规律地排列组合，形成丰富立体的空间效果。

预制外挂墙板作为非承重结构，本工程墙板根据生产、施工安排，建议采用“后安装法”施工方式，即待主体结构施工后，再将预制好的墙板安装在主体结构上。设计时经过方案比选后确定采用点支承连接方式，墙板与主体结构之间的连接形式为下端两个承重节点，上端两个转动节点。保证在使用阶段各工况下，墙板与主体结构连接安全可靠，并可使墙板在平面内有变位调整能力，节点做法如图10所示。

该预制墙外挂墙板单体结构造型复杂，重量较大，重心位置均不在水平和竖向的中心位置，结构设计时通过有限元软件进行脱模吊点、吊装吊点比较分析得出合理的吊点，并通过有限元分析得出各工况内力和支承节点反力，具体内容另详见论文细述。

图9 外挂墙板排列组合

图10 外挂墙板干式连接节点

6 BIM贯穿全流程设计

BIM技术的优点是整合信息，提高效率，通过把建筑业务流程和表达建筑物本身的信息更好地集成起来，使传统的建筑信息模型延伸至动态的建筑信息模型。在装配式精细化设计中，BIM技术尤为重要。该工程从方案设计到深化设计全流程运用BIM技术，在方案阶段，通过BIM参数化技术形成丰富的立面，在施工图设计阶段，通过BIM软件直接出施工图，设备管线与土建之间的所有碰撞问题消灭在虚拟的电脑之中。

在装配式深化设计阶段，将钢筋纳入模型中，对钢筋的排布进行校核，完成钢筋的深化。在预制结构的连接区域，如梁柱节点，进行钢筋碰撞校核，方便、准确地寻找出碰撞问题。有效地提高图纸质量，减少后期施工问题。

该工程由于预制外挂墙板造型复杂，外挂墙板模板图和配筋深化图均通过BIM软件绘制，解决了二维软件无法实现的空间构件深化图绘制问题。

7 结语

本文以一框架结构办公楼为例，对装配整体式混凝土框架结构设计过程做了详细的论述，对以后类似项目的设计施工具有一定的参考价值。

图11 现场施工照片

目前该办公楼正在施工中，如图11所示，得益于精细化的深化设计及BIM技术，现场预制构件的安装快速有序，节约了现场人工成本，同时提高了建造效率，是一项成功的装配式建筑实施案例。

[1] DBJ 13-216-2015 福建省预制装配式混凝土结构技术规程[S].福建：海峡出版发行集团，2015.

[2] JGJ 1-2014装配式混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[3] 中国建筑标准设计研究院.装配式建筑系列标准应用实施指南(装配式混凝土结构建筑)[M].北京：中国建筑标准设计研究院，2016.

TheDesignofaPrefabricatedFrameStructureofanOfficeBuilding

ZHANGShuchuan1GUOLiming2XIAOWei1HEYong2KUANGZiyou1FANQingxiang2SUKunhe1QIUDeyu2

(1.Xiamen Hordor Architecture & Engineering Design Group Co.LTD,Xiamen 361004; 2.Longcheng Construction Industry,Zhangzhou 361004)

In this paper,the design method of prefabricated frame is discussed by means of the prefabricated frame design,plane distribution,facade panel design and connections of an office building.

Prefabricated frame; Distributed design; Facade panel ;Office building

TU3

A

1004-6135(2017)11-0040-05

张树传(1971.7- )，教授级高工。

E-mail:zhangsc@hordor.com

2017-08-23