装配式混凝土结构建筑设计研究与实践

　　刘健 孟璐璐 尹昕瑞

　　中建八局第二建设有限公司 山东济南 250000

　　摘要：在我国建筑行业的发展过程中,新型建筑施工技术层出不穷。装配式建筑技术是目前最流行的施工技术,相较于传统建筑施工技术,其具有多个方面的优势。目前,我国很多地区在建筑工程中开始使用装配式建筑施工技术,并取得了良好的效果。

　　关键词：装配式建筑；混凝土结构；建筑设计；

　　引言

　　最近几年,我国积极倡导节能减排,碳达峰、碳中和已经被提升到国家战略高度。建筑行业作为一个高耗能、高污染的行业,要紧跟国家战略,保护好蓝天绿水。装配式建筑的出现,为建筑行业的转型升级提供了机遇,建筑行业应加大对装配式建筑设计的研究力度,以实现节能环保目标。

　　1 装配式建筑概述

　　装配式建筑是指包括梁板、柱墙、填充墙等建筑构件于工厂加工制作后，在现场拼装而成的建筑。装配式建筑的核心是工业化生产[1]。装配式建筑是高质、高效、绿色、节能的。由于构配件采用工厂预制的方式，施工过程可以在现场和工厂同时展开，绝大部分工作已经在工厂完成，因此现场安装的时间很短，有效缩短了施工工期，所以说装配式建筑是高效的；工厂化预制生产的构配件，设备精良、工艺完善、工人熟练、质量容易控制，因而施工质量显著提高；并且工厂根据现场需要陆续提供构配件，现场施工环境得到明显改善，噪声、垃圾、粉尘等污染大幅度降低，所以说装配式建筑是绿色的；与传统建造方式比较，建筑工业化可降低建造用水量，避免材料浪费，减少建造垃圾，所以说装配式建筑是节能的。新建装配式建筑面积比例是指新建装配式建筑面积占新建总建筑面积的比值。新建装配式建筑面积比例在土地出让合同、规划条件等文件中会加以明确，各地的装配式建筑实施办法也会提出相应的要求。单体装配率指地面以上主体结构、内外墙、装修及设备管线采用预制的综合比例。

　　2 装配式建筑施工技术的内容

　　2.1 混凝土预制构件施工技术

　　在装配式建筑施工技术中,使用最普遍的就是混凝土预制构件施工技术。施工团队在应用混凝土预制构件施工技术时,先要结合工程的实际情况, 对部分主要承载构件进行设计,并使用计算机软件来完成这些构件的三维建模,得到各构件的详细参数；然后将这些构件交给专门的工厂生产,最终得到各个不同的混凝土预制构件。在建筑工程施工过程中,施工团队可以直接从工厂中购买各个混凝土预制构件,并在施工现场对这些构件进行拼接和固定,最终完成施工任务。在具体使用混凝土预制构件时,施工团队需要保证各个预制构件参数的准确性,同时做好预制构件质量管理工作,并制订完善的安装方案,从而实现装配式建筑施工目标。

　　2.2 装配式建筑连接体系

　　装配式建筑最关键的技术就是预制构件的连接，节点连接样式很多，但原则均为构造简单、传力直接、保证结构的整体性，除现浇连接外，大致分为以下五类：（1）套筒灌浆连接。这种方法是在预制混凝土构件内预埋成品套筒，套筒的两端插入钢筋并注入灌浆料。灌浆料采用超高强无收缩钢筋连接用灌浆料，由专业厂家生产。此方法多用于主体结构预制竖向构件的连接。（2）浆锚搭接。这种方法是在预制混凝土构件内预埋波纹管或螺旋箍筋，上下层预制构件的钢筋插入套筒或螺旋筋内后进行灌浆，从而实现钢筋的搭接连接。此方法在抗震等级较高的剪力墙和框架柱，以及抗震等级为二级、三级的剪力墙底部加强部位不宜采用。（3）螺栓连接。通过螺栓把上下构件连成整体，在上部构件的底部预留手孔，将螺母拧紧。

　　3 装配式混凝土结构建筑设计要点

　　3.1 不同抗震设防烈度情况下的装配式建筑混凝土结构的最大建筑适用高度和适宜高宽比

　　《装配式混凝土结构技术规程》对不同抗震设防烈度情况下的最大建筑适用高度和适宜高宽比进行规定，即应按照不同抗震设防烈度进行结构系统设计［１］。例如抗震设防烈度为７度、设计基本地震加速度值为０．１５ｇ，若装配整体式框架结构，最大建筑适用高度一般为５０ｍ；若装配整体式剪力墙结构，最大建筑适用高度一般为１１０ｍ；若装配整体式框架———剪力墙结构，最大建筑适用高度一般为１２０ｍ；若装配整体式框架———核心筒结构，最大建筑适用高度一般为１３０ｍ。以上几种结构，在适宜高度的条件下，须控制宽度以确保高宽比符合《装配式混凝土结构技术规程》的要求。对于其他抗震设防烈度，可根据相关规范和标准执行。

　　3.2 设计节点

　　在装配式建筑节点设计中,设计人员需要充分考虑叠合板接缝位置、预制板安装节点等问题。在对预制板进行拆分时,相关人员应先对受力较小的部位进行拆分,减少接缝对叠合板受力的影响。预制板分为有外伸板底纵筋的预制板和无外伸板底纵筋的预制板这两种,其中,在设计无外伸板底纵筋的预制板时,设计人员通常需要在支座处增设受力钢筋。在装配式装修节点设计中,卫生间的防排水措施是最为关键的部分,设计人员应做好相关优化设计工作。装配式卫生间一般采用装配式防水墙面及防水底盒相结合的形式,在防止水从墙面渗入墙体的同时,将墙面的水通过防水底盒汇集到地漏顺利排走。在这个过程中,设计人员要做好防渗施工材料的选择工作。

　　3.3 装配式混凝土结构抗震等级

　　装配式混凝土结构抗震等级根据主体结构竖向构件的预制情况分为以下两种情况：（1）主体结构竖向构件不预制及竖向构件中仅框架柱参与预制，由于采取了可靠的节点连接方式和合理的构造措施后，装配整体式框架的性能可以等同现浇，因此此类建筑抗震等级可不提高。（2）主体结构竖向构件剪力墙参与预制，由于剪力墙的接缝数量多且构造复杂，对结构整体的抗震性能影响较大，很难完全等同于现浇，故装配式剪力墙结构的抗震等级对建筑高度变化设计要求更加严格。

　　3.4 连接和构件设计

　　装配式建筑混凝土构件的连接一般应设置在受力较小且不是主要受力的结构构件的部位，对连接部位要充分考虑混凝土的热胀冷缩和徐变等不良影响。装配式建筑混凝土结构的连接节点和连接部位的纵向受力钢筋连接一般应根据受力情况以及施工工艺要求选用机械钢套筒连接、套筒灌浆连接和浆锚搭接连接等连接方式；承受动力荷载区域一般不采用搭接连接；浆锚搭接不能选用直径在２０ｍｍ以上的钢筋。套筒灌浆连接应根据灌浆技术规程来进行规范操作，确保灌浆连接可靠、稳定。

　　结束语

　　装配式建筑具有成本低、节能环保、施工效率高等特点,是未来建筑业发展的主要方向之一。为了推进装配式建筑的可持续发展,相关人员要充分重视装配式建筑的设计工作,明确各环节的设计要点,不断优化设计方案,装配式建筑设计需要注意以下要点：（1）应从方案阶段考虑装配式设计要求，考虑工程分期建设顺序和装配率要求，合理选择符合装配建设标准化的楼栋，才能降低工程建设成本，控制造价。（2）根据《装配式建筑评价标准》（GB/T51129—2017），装配率实现要求严格，综合考虑建筑时间和造价成本，应采取主体结构多得分的原则满足对建筑装配率的要求。（3）采用装配式建筑，会带来一定的综合成本增量和施工工期减量。

　　参考文献

　　[1]陈立延,马永炯,王军,等.装配式混凝土结构在现代建筑设计中的应用 [J].建筑结构,2021,51(8):154.

　　[2] 蒋国灼. 装配式建筑结构设计关键点分析[J]. 工程技术研究,2021(16):237-238.

　　[3]张永鹏.装配整体式剪力墙结构的应用研究[D].青岛:青岛理工大学,2020.

　　[4]潘敏华,刘克,吴心怡,等.装配式混凝土框架的结构设计要点及工程实例[J].建筑结构,2021,51(S1):1003-1008.

　　[5]孙亚林.房屋建筑装配式混凝土结构设计及建造工艺分析[J].混凝土,2018(4):121-124.