装配式混凝土结构设计简介

摘要：装配式建筑具有标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用等特征，对于提高工程质量、施工效率及节能环保具有重要意义。装配式框架混凝土结构是装配式建筑的主要组成部分。本文介绍了装配式混凝土框架结构形式，讨论了其设计要点，为装配式混凝土框架结构设计提供参考。

关键词：装配式、混凝土框架结构、设计

1.概念

装配整体式框架结构是指全部或部分框架梁、柱采用预制构件通过可靠的连接方式装配而成，连接节点处采用现场后浇混凝土、水泥基灌浆料等将构件连成整体的混凝土结构。

2.结构设计方法

装配整体式框架结构结构分析方法采用“等同现浇”的设计概念，其承载力极限状态及正常使用极限状态的作用效应可采用弹性分析方法。在结构内力与位移计算时，对现浇楼盖和叠合楼盖，均可假定楼盖在其平面为无限刚性。此外，尚应对叠合梁端竖向接缝、预制柱柱底水平接缝部位进行受剪承载力验算，并进行预制构件在短暂设计状况下的验算。对一、二、三级抗震等级的装配整体式框架，应进行梁柱节点核心区抗震受剪承载力验算;对四级抗震等级可不进行验算。

装配整体式框架结构中，应通过合理的结构布置，避免预制柱的水平接缝出现拉力。房屋的最大适用高度与现浇混凝土框架结构基本相同。

3.节点设计

装配整体式框架结构连接节点设计时，采用与现澆混凝土框架结构相同的方法，节点和接缝一般采用经过充分的力学性能试验研究、施工工艺试验和实际工程检验的节点做法。节点和接缝的承载力、延性和耐久性等一般通过对构造、施工工艺等的严格要求来满足，必要时单独对节点和接缝的承载力进行验算。若采用相关标准、图集中均未涉及的新型节点连接构造，应进行必要的技术研究与试验验证。

装配整体式框架结构中，预制柱的纵向钢筋的连接：当房屋高度不大于12m或层数不超过3层时可采用套筒灌浆、浆锚搭接、焊接等连接方式;当房屋高度大于12m或层数超过3层时宜采用套筒灌浆连接。当梁柱节点现浇时，叠合框架梁纵向受力钢筋应伸入后浇节点区锚固或连接，其下部的纵向受力钢筋也可伸至节点区外的后浇段内进行连接。当叠合框架梁采用对接连接时，梁下部纵向钢筋在后浇段内宜采用机械连接、套筒灌浆连接或焊接等连接形式连接。叠合框架梁的箍筋可采用整体封闭箍筋及组合封闭箍筋形式。

4.楼盖、楼梯等构件

装配式楼盖大体上可以分为两类：预制叠合楼盖和全预制楼盖。楼梯一般采用预制楼梯。

预制叠合楼盖一般由预制叠合梁、叠合板组成，叠合板由预制底板和现场后浇混凝土叠合层组成。配置底部钢筋的预制底板作为楼板的一部分，在施工阶段作为后浇混凝土叠合层的模板承受荷载，与后浇混凝土层形成整体的叠合混凝土构件。跨度大于3m时预制底板宜采用桁架钢筋混凝土底板或预应力混凝土平板，跨度大于6m时预制底板宜采用预应力混凝土带肋底板、预应力混凝土空心板，叠合楼板厚度大于180mm时宜采用预应力混凝土空心叠合板。施工阶段是否设置可靠支撑决定了叠合板的设计计算方法。设置可靠支撑的叠合板，预制构件在后浇混凝土重量及施工荷载下，不至于发生影响内力的变形，按整体受弯构件设计计算;无支撑的叠合板，二次成形浇筑混凝土的重量及施工荷载影响了构件的内力和变形，应按二阶段受力的叠合构件进行设计计算。

全预制楼盖是楼板完全在工厂预制，在现场拼接组装的楼盖体系。

5.外围护构件

装配式框架结构的外围护结构通常采用预制混凝土外挂墙板。预制混凝土外墙挂板是安装在主体结构上，起围护、装饰作用的非承重预制混凝土外墙板，在工厂采用工业化方式生产，具有施工速度快、质量好、维修费用低的优点。

支承预制混凝土外墙挂板的结构构件应具有足够的承载力和刚度，民用外墙挂板仅限跨越一个层高和一个开间，厚度不宜小于100mm，混凝土强度等级不低于C25。同时应满足相应装饰、保温隔热、抗震、防水、燃烧性能，以及耐火极限、耐久性等要求。

6.设计建议

1.1 建筑形体宜采用规则的平面和立面形式。

1.2 结构布置宜采用柱网布置对齐，梁柱对中布置。

1.3 相交两方向梁底宜留高差，避免节点处梁钢筋相遇问题。

1.4 采用大板跨，减少梁数量;合理归并，减少构件类型。

1.5 采用大直径、少根数、大间距的配筋方式。

1.6 材料宜采用高强钢筋与适宜的高强混凝土。

预制构件在工厂生产，混凝土构件可实现蒸汽养护，对于混凝土的强度、抗冻性及耐久性有显著提升，方便高强混凝土技术的采用，且可以提早脱模提高生产效率;采用高强混凝土可以减小构件截面尺寸，便于运输吊装。采用高强钢筋，可以减少钢筋数量，简化连接节点，便于施工，降低成本。

1.7 节点和接缝应受力明确、构造可靠。

节点和接缝的承载力、延性和耐久性等一般通过对构造、施工工艺等的严格要求来满足，必要时单独对节点和接缝的承载力进行验算。若采用相关标准、图集中均未涉及的新型节点连接构造，应进行必要的技术研究与试验验证。不采用安装复杂、效率不高的节点形式。

1.8 围护结构及建筑部品等宜采用工业化、标准化产品。

1.9 应与建筑功能和装修相配套措施。

如外墙采用干式连接接缝做法的结构体系，必须采取拼缝防水等措施。

1.10 其他注意事项。

（1）宜采用主体、装修和设备管线的装配集成技术。

（2）应合理确定梁和柱的截面尺寸以及钢筋的数量、间距及位置等，钢筋的锚固与连接应符合国家现行标准相关规定，并应考虑构件钢筋的碰撞问题以及构件的安装顺序，确保装配式结构的易施工性。

7.结论

装配式混凝土框架结构设计是一个复杂的体系，应具有工业化思维，满足结构安全、功能合理同时把成本因素、施工的便利性考虑进去。设计时不应为了满足装配率的高低，随意增加预制构件而忽视质量、效率和成本等因素。

参考文献：

[1]装配式混凝土结构技术规程 JGJ1-2014，中国建筑工业出版社，2014.

[2]装配式混凝土建筑技术标准GB /T 51231-2016，中国建筑工业出版社，2017.

[3]混凝土结构设计规范 GB50010-2002，中国建筑工业出版社，2002.

[4]建筑业10项新技术（2017版），中华人民共和国住房和城乡建设部，2017

[5]郭学明，装配式混凝土结构建筑的设计、制作与施工，机械工业出版社，2017.

作者介绍：

李仲人（1977.6.15），性别：男;籍贯：四川省渠县;民族：汉;学历：硕士研究生、硕士;职称：高级工程师;研究方向：建筑结构设计。