装配式混凝土建筑结构设计的探讨

洪陈玉

摘 要： 本文概述了国内外装配式混凝土建筑发展，比较了装配式建筑与传统建筑设计的各自特点。探讨了装配式建筑结构设计的要点以及装配式结构存在的技术问题。

关键词： 装配式混凝土建筑;装配式结构体系;节点连接

【中图分类号】TU528.7     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）07-0132-01

随着建筑行业的发展，传统钢筋混凝土结构生产方式的低效、耗能、不环保等弊端日益明显，整个行业需要逐步向产业现代化转型。近些年随着装配式技术的突破，以及部分项目的实践经验，逐步形成了部分行业技术标准，给行业向现代化转型提供了一个方向，为装配式建筑结构推广提供了理论支持和实践依据。

1 国内外装配式混凝土建筑发展概述

国外装配式的技术相对国内比较成熟，应用也相对比较广泛。但欧美、日本等国各自装配式混凝土的特点亦有所不同。美国将预制技术与预应力技术相结合，预制构件的跨度和体量往往都比较大，其构件质量高，使用年限较长（100年）。欧洲装配式混凝土建筑有着较长的历史，技术经验也比较丰富，其预制构件的制作机械化、模块化程度比较高。日本是一个地震多发的国家，装配式混凝土建筑在日本应用也比较多，并经历了多次地震的考验。其预制技术及工艺水平世界领先，集成化程度很高，现场施工管理也比较规范，从业人员素质相对较高。我国装配式发展和应用相对缓慢，21世纪初在政府和部分企业的推动下，装配式建筑得到了相对广泛的应用。通过技术的创新和实际项目的经验积累，国内装配式建筑的应用正在实践探索中前进。

2 装配式混凝土建筑与传统混凝土建筑的比较

对于传统混凝土建筑设计，都是每个项目单独设计，每个项目均有各自的特点，均是定制式设计。各专业独立设计，然后互提资料，工作协调性差。传统建筑显得更个性化、多样化。而装配式建筑设计讲究一体化设计、全过程设计，讲究模块化、标准化、集成化、系统化。相较于传统混凝土建筑，装配式建筑能够满足建筑产业化的需求，能够节能减排环保，能够推动现代科技技术和智能化在建筑产业中的应用，也能够有效保证工程质量、节约资源、降低成本。

3 装配式混凝土建筑结构设计

3.1 结构体系

装配式混凝土结构按装配程度分为装配整体式与全装配式。其结构体系与现浇结构体系相对应，有框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构等。装配式混凝土结构亦可采用仅装饰外墙预制，内部结构现浇;也有采用叠合式装配结构。李昕、马海英[1]文中列举了多种结构形式的实践案例，例如上海阳光城浦东丽景湾项目采用了内浇外挂体系;上海万科浦东金色里程项目采用了叠合剪力墙体系;装配整体式混凝土结构案例相对较多，也是现行国内装配式住宅建筑常用的一种结构形式。

3.2 预制构件

预制构件包括梁、柱、剪力墙、楼板、楼梯、阳台、建筑隔墙以及外围护墙体等。根据不同的装配率要求，可以选择部分预制或者全部预制。结构平面布置宜简单、统一，尽量避免多构件相交的复杂节点。预制构件应尽量采用统一模数、尺寸和配筋，有利于模块化、集成化生产。

3.3 结构计算及调整

现阶段装配式结构分析计算主要采用等同现浇原则。研究表明，参照现浇结构设计原则设计装配式结构基本能够满足要求。必要时需补充以下分析：一、预制构件对整体结构刚度和受力的影响;二、装配式构件与现场现浇部分的拼缝连接对结构刚度和受力的影响。

3.4 连接节点设计

《装配式混凝土结构技术标准》[2]中特别强调了装配整体式结构需要进行连接设计。实际上连接设计和构造做法是装配式结构中的重要环节之一。连接效果的好坏，直接影响到整个结构的整体性和安全性。由规程表明仅楼梯采用干式连接，其余均为湿式连接。框架柱宜采用套筒灌浆连接;梁纵筋可根据实际情况选用机械连接、焊接或者套筒灌浆连接;剪力墙竖向钢筋根据不同部位采用套筒灌浆连接、浆锚搭接，水平分布筋可采用焊接、搭接。国内常用的浆锚搭接主要包括金属波纹管预成孔浆锚搭接和螺旋筋约束浆锚搭接两种[3]。混凝土结合面应设计成键槽、粗糙面。

3.5 预制构件深化设计

预制构件深化设计的深度除了需要满足构件本身的强度和刚度要求外，尚应需要考虑构件制作、运输、安装等各环节的要求。另外必须同时满足建筑、结构和机电设备等各专业的要求。预制构件在加工阶段，需要根据各专业的图纸进行深化，既要考虑结构专业的钢筋放置，也要考虑建筑的保温层、面层、结合层、饰面，还要考虑设备专业的留洞与管线预埋。

4 装配式混凝土结构存在的技术问题探讨

4.1 设计源头问题

目前设计假定主要依据现浇结构的分析和构造进行的。节点刚性假定，导致构件连接节点复杂，施工难度极大。构件伸出的钢筋，不仅导致生产成本提高，同时影响运输与现场安装。

4.2 钢筋连接问题

框架梁梁端出筋量较多，节点钢筋连接与锚固工作量较大，且受限于施工空间，安装操作极其不方便。剪力墙、框架柱竖向钢筋采用套筒连接时，对施工要求也比较高，对正插筋工序耗时较多，且检测其连接效果难度较大。

4.3 仍存在大量现浇工作量

现阶段装配式结构存在大量叠合式构件及节点仍然需要现场浇筑，现场仍需要设置模板和可靠支撑。预制构件的优势并未完全体现出来。需要采用新的工艺，尽量减少现场的支模工作量。

5 结束语

由于装配式建筑结构可以充分利用现代化技术，进一步实现智能化生产。积极推广其在工程中的应有，有着深远的意义。本文主要介绍了装配式结构设计的要点。现阶段的设计理论依据仍然停留在等现浇阶段。虽然给现阶段装配式结构实施提供理论依据，但是对于节点的实现相对比较困难而且效率低下。现阶段各大高校与科研单位仍在积极开展装配式结构的研究工作。相信随着更多科研结果和实施项目经验的积累，会进一步优化装配式建筑结构的设计、施工与生产。

参考文献

[1] 李昕，马海英.上海中森建筑工业化实践[J].城市住宅，2015（10）：95-100.

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

[3] 薛伟辰，胡翔.预制混凝土剪力墙结构体系研究进展[J].建筑结构学报，2019，40（2）：44～55.

[4] 黃小坤，田春雨，万墨林等.我国装配式混凝土结构的研究与实践[J].建筑科学，2018，34（9）：50-55.