长沙会展综合配套中心装配式结构设计

顾韵宇 GU Yun-yu

（上海城建建设实业（集团）有限公司，上海 200042）

1 工程概况

长沙会展综合配套中心为中小型综合建筑群，主要为长沙会展中心提供综合配套服务。本工程由11 栋2 至4层的多层建筑组成，主要功能为餐饮、办公及酒店，地上总建筑面积为58894 平方米，最高建筑高度为18.6 米。各单体全部为装配式建筑，单体装配率不低于50%。

本项目抗震设防烈度为6 度（0.05g），地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，特征周期Tg=0.35s，抗震设防类别为丙类。地面粗糙度为B 类，50 年一遇的基本风压ω0=0.55kN/m2。

根据项目特点及使用功能，各建筑单体均采用装配整体式混凝土框架结构。

2 装配整体式框架结构项目设计中的问题

装配整体式框架结构现在是各类办公、商业类建筑中最常采用的装配式结构形式。但由于我国在装配式建筑方面起步较晚，行业内各相关专业对于装配式建筑特点的认识也不尽相同，因此在装配式项目的实施中仍存在一系列的问题。

装配式建筑生产建造的难度与速度、项目的土建成本均与预制构件的标准化程度有着很大的关系。在满足建筑使用性能的基础上，应坚持多组合、少规格的预制构件设计原则，实现预制装配式建筑设计的系统化和标准化。而现在很多的装配式项目方案设计完全没有考虑其自身特点，仍以常规项目的设计思路进行建筑平立面创作，往往造成预制构件的拆分不合理，标准化程度低，加大了装配式深化设计、预制构件生产、现场安装等工序的难度。

同样一些项目的结构设计没有基于预制构件生产安装的可行性、便利性及经济性进行考量，预制构件规格不统一，布筋形式不合理。造成构件模具重复利用率低，模具构造复杂，构件生产成本大大增加。同时也造成施工现场构件安装困难，特别是梁柱节点核心区的钢筋严重碰撞，构件无法吊装就位，影响结构安全及施工进度。

3 平面标准化设计

基于装配式建筑的特点，结构设计与建筑设计两个专业对于原建筑方案进行了优化。针对本项目中三种主要使用功能餐饮、办公、酒店进行了空间分析，将方案中较为杂乱的平面轴网、层高、立面造型等进行合理化的优化归并,选择了以8 米×6 米作为标准轴网，各功能区域均根据标准轴网进行布置。同样以标准轴网作为基本空间，组合出了较丰富的平面效果。（图1）

图1 某楼栋平面图

由于平面设计以标准轴网进行了灵活的组合，立面设计采用了退台收进的方法达到建筑效果，项目中各单体的层高也因此进行了统一。最终底层层高采用5.4 米，标准层层高采用3.9 米。

通过对建筑方案的优化，既满足了建筑的功能性及美观性，又为后续的装配式结构设计带来了极大的便利。（图2）

图2 总平面图

4 框架柱、框架梁设计

本项目所在场地地震烈度低，风压较小，且各单体均为较为规则的多层建筑。因此结构设计的基本思路是在保证结构安全可靠的基础上尽可能地进行标准化设计并简化节点构造。

各单体均采用装配整体式混凝土框架结构。主要的预制构件包括预制框架柱、预制框架梁及次梁、预制叠合楼板、全预制楼梯、预制外挂墙板等。

结构设计首先应根据计算结果确定框架柱的截面尺寸。以预制构件生产及施工的特点来看，框架柱的截面宜尽量上下层统一，少变规格尺寸。由于本项目底层与标准层层高差异较大，如各层采用相同截面将造成层间刚度比过小，影响抗震性能。故上下柱仍采用了不同截面，底层柱采用600×600 截面，标准层采用500×500 截面。纵筋配置上考虑到预制构件模具出筋开洞的便利性，数量及布置进行了统一，600×600 柱全截面12 根纵筋，单边布置4 根；500×500 柱全截面8 根纵筋，单边布置3 根。

框架梁全部按预制叠合梁设计，按国家规范的要求梁柱节点核心区采用浇注，按此做法设计时应提前考虑X向和Y 向两方向的框架梁在节点核心区的钢筋避让问题。本项目采用8 米×6 米标准柱网，X 向框架梁采用300×700 截面，Y 向框架梁采用300×600 截面。在满足了结构设计指标的前提下，错开了梁底筋在支座处的标高，减少了生产及安装难度。

为解决预制框架梁底纵筋在节点核心区与框架柱纵筋避让困难影响安装的问题，设计时考虑了减少底筋进支座的数量。本项目位于六度区，框架为四级抗震，支座处基本没有正弯矩，且梁顶底纵筋没有配筋比值的构造要求，故采用仅部分底筋进入支座的做法是完全可行的。但根据现行规范《装配式混凝土结构技术规程》第6.5.1 条及7.2.2.2 条的要求，预制框架梁与现浇梁柱节点核心区的接缝应满足下列公式：

接缝的抗剪承载力主要由穿过接缝截面全部纵筋的销栓作用提供。为了达到减少支座底筋的目标，一要减小梁端加密区构件抗剪承载力的富余；二要增加接缝的抗剪承载力。所以框架梁的箍筋均采用HPB300 钢筋（两肢箍），纵筋均采用HRB400 钢筋。经计算在按计算值配置顶筋的情况下，底筋仅两根直径25 进入支座即可满足接缝计算要求。

本项目对现有的柱截面进行分析，采用了一种较为简单的方法解决变截面柱钢筋定位的问题。在二层柱变截面的做法上，无论角柱、边柱、中柱均统一采用沿角部收进的做法。标准层500×500 柱的纵筋全部采用单边3 根均分的布置，底层600×600 预制柱的单边采用4 根纵筋（见图3）。由于变截面柱均采用沿角部收进，故其中3 根纵筋以标准600×600 预制柱的纵筋定位为准。

图3 框架柱的钢筋定位图

为解决梁柱节点核心区的钢筋避让问题，对于框架梁段进支座钢筋的细部做法采用一种便于生产安装的手段进行统一（见图4、图5）。

图4 二层中柱节点核心区梁底筋布置示意图

图5 标准层中柱节点核心区梁底筋布置示意图

由图可见节点中左侧与右侧、上侧与下侧预制梁的出筋定位为旋转180 度关系；X 向与Y 向预制梁的出筋定位为旋转90 度关系。并且由于全楼的柱截面收进形式相同，二层梁与标准层梁虽然梁长略有不同，但出筋定位尺寸完全相同。另外本项目框架梁中的边梁全部采用偏柱外边50 定位，中梁均采用轴线居中，而框架柱全部以底层600×600 截面轴线居中定位即标准层500×500 柱为300、200轴线偏心定位，这样在框架梁宽300 的情况下，边梁、中梁与标准层柱的定位关系实际完全相同。因此二层与标准层的边梁支座出筋做法实际也与图3 相同。经过对框架柱、框架梁的一系列的标准化设计，整个项目中近千个梁柱节点均采用了完全相同的一种构造进行处理，且充分预留了生产及施工中可能出现的误差，解决了现阶段装配整体式框架结构在施工中的最大难点。

5 次梁设计

次梁全部沿短跨布置，跨度约为6 米，仅中跨与边跨由于主梁偏位的影响，梁长略有不同，梁截面尺寸全部统一。次梁按单跨简支梁设计，预制梁底部不出筋，与主梁的连接采用了牛担板连接做法（牛担板详见图6）。由于跨度及荷载均较为接近，牛担板规格全项目统一，便于机械化加工，次梁也仅需一套模具即可全部生产。

图6 次梁牛担板及主梁预埋件示意

6 总结与思考

现阶段装配式项目的建设中，建造成本高、施工难度大速度慢是较为普遍的现象。建造成本高的主要因素在于预制构件的标准化程度低，模具用量大。而施工难度大速度慢主要由于构件拆分不合理，节点设计过于复杂等因素造成的。本项目通过一系列标准化设计的手段，尽可能多地将项目中构件采用标准化预制生产的形式，预制构件生产模具的重复利用率均较高，摊薄了生产成本。同时简化了连接节点，解决吊装中钢筋碰撞、构件就位困难这个施工最大难题。

由于采用了装配式建造的手段，本项目11 栋建筑从打桩到竣工交付仅用时90 天，充分体现出了装配式混凝土结构的优越性。经过计算，本项目各单体的装配率按湖南省标均大于75%，竣工时为湖南省装配率最高的混凝土结构项目。

同时本项目的设计也有着其特殊性。该项目属于低烈度、低风压地区的多层建筑，其结构设计、结构构造的简化及标准化相对较为容易。对于抗震、抗风要求较高的高层装配整体式框架结构的建设仍存在很多设计及施工难点，需要我们在现有工程经验基础上继续探索。