装配式建筑设计优化探讨——以贵州省清镇市PC工业园区某装配式宿舍楼为例

廖满军 黄恩福 赵 峻 中国水利水电第八工程局有限公司，清镇 551403

本文以贵州省清镇市PC工业园区某装配式宿舍楼为例，基于工程实践经验及理论计算，提出了一系列现行装配式建筑结构设计的优化方案，同时在保温措施、构件设计等方面提出了有针对性的改进思路。

1 工程概况

背景项目为清镇市PC工业园区内某装配式宿舍楼项目。该项目为贵州省内第一个装配式结构项目（见图1）。该宿舍楼项目采用装配式框架-剪力墙结构，占地面积968.62m2，总建筑面积3956.46m2，层高3.6m，建筑总高度14.7m（四层）。所采主要预制构件包括：预制夹心保温外墙、预制内墙、预制叠合板、预制叠合梁、预制楼梯、预制女儿墙。原设计外墙全部采用预制“三明治”剪力墙，内隔墙部分预制，内部主体结构为框架结构，框架梁为预制、框架柱现浇，楼板除阳台、楼梯口外均采用预制叠合板，楼梯采用带休息平台的预制楼梯（见图2）。项目整体预制率58.5%、装配率82.8%。

图1 宿舍楼项目立面图

图2 原结构设计平面布置拆分图

2 设计优化

2.1 结构设计优化

采用底部剪力法对宿舍楼项目水平地震层间剪力进行计算。计算基本参数如下：抗震设防烈度为6度，设计特征周期为0.35S，结构自振周期0.28S，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，雪荷载标准值0.2kN/m2，计算简图（见图3）。

由表1及表2的计算可得，宿舍楼项目地震水平力层间剪力较小，风荷载更不是影响因素。因此宿舍楼项目各层连接套筒数量可以进行较大幅度的数量优化。完全可以不设置剪力墙，直接由柱梁体系承受水平力。通过上述计算及分析总结，宿舍楼项目可以设计成框架结构。

图3 水平地震力计算简图

2.2 外墙设计优化

三明治外墙可以设计成三明治外挂墙板，但该三明治外挂墙板不能影响框架结构产生变形。下面以单个墙板为例提出合理的三明治外挂墙板设计。

以预制外墙板YWB17为例，原设计总厚度为290mm（60mm混凝土外防护+30mm聚苯板保温+200mm剪力墙），水平钢筋为φ8间距200mm，竖向钢筋为φ12间距150mm，上下钢筋连接灌浆套筒为φ12共17个。下面是通过优化后的两种方案。

方案一：可以做成总厚度设计为190mm三明治外挂墙板（60mm混凝土外防护+30mm聚苯板保温+100mm砼墙），水平钢筋为φ6间距500mm，竖向钢筋为φ6间距500mm，该设计相当于砖砌填充墙，左右伸出钢筋相当于拉结筋，当地震力较大时可以直接受力剪断，不影响主体框架结构受力变形，当墙长不超过5m时，墙上下可以不设置伸筋与梁连接，所以不必要设置套筒，但是要注意外挂墙板与梁柱之间要留有缝隙，根据规范要求框架结构最大层间位移角限值是1/550，按层高3.6m计算，缝隙为6.6mm，因此可以设置外挂墙板与梁柱缝隙为20mm，缝隙采用柔性密封材料填充，这样的外挂板体系有别于传统外挂板，对主体框架结构变形不影响，符合现阶段框架结构计算模型假设条件。

表1 各层重力荷载代表值计算表

表2 各层剪力及套筒数量计算分析表

方案二：采用四个节点将三明治外挂墙板与框架主体结构连接，下面两个节点起支撑墙板作用，上下两个节点允许墙板产生一定位移。该方案受力明确，没有伸筋，不需套筒，施工安装难度也降低。

2.3 保温措施优化

三明治夹心保温结构（见图5）具有良好的保温效果，但生产复杂，连接件成本非常高。建议以后在贵州地区保温措施方面尽量因地制宜、结合当地的保温节能规范要求采用他种保温技术（如保温砂浆内保温），既降低成本又便于生产。

图4 三明治夹心断面图

图5 带休息平台楼梯吊点示意图

2.4 构件设计优化

装配式建筑相关预制构件的深化设计，应该尽量使用常规标准构件，减少异形构件（如PCF板、带休息平台楼梯），一些异形构件不仅生产困难、成本高而且吊装难度也非常大，今后设计应尽量避免。下面以宿舍楼楼梯为例进行分析总结。如图6所示，水平吊装点位置设计不合理，吊装时构件受力处于偏心状态，使这个吊装施工难度大，且存在严重的安全隐患。

建议由同一家设计单位完成一次设计和深化设计，并在深化设计阶段组织构件生产方、现场施工方多集思广益，以达到设计最优化的目的。