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2017年09月05日
打印專業(yè)人士：謝旺蘭 來源：國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)訂閱號
謝旺蘭
上海天華建筑設(shè)計(jì)有限公司總工程師，研究領(lǐng)域預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)、超限高層混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；主編國標(biāo)圖集《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造（剪力墻）》、《預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造（樓蓋和樓梯）》，參編《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施裝配式建筑專篇》-裝配式混凝土設(shè)計(jì)（剪力墻結(jié)構(gòu)住宅）、多本上海市標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
本文從裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程、構(gòu)件組成分析，設(shè)計(jì)分析、連接設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)、案例分析六個(gè)方面介紹了裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要注意的問題。
一、裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程
從設(shè)計(jì)角度比較現(xiàn)澆式建設(shè)流程和裝配式建設(shè)流程（見圖1）。裝配式建筑建設(shè)過程中因?yàn)榘?gòu)件生產(chǎn)的環(huán)節(jié)，必然會增加構(gòu)件加工圖設(shè)計(jì)，就是通常所說的構(gòu)件深化設(shè)計(jì)。根據(jù)裝配式建筑的特點(diǎn)，主體結(jié)構(gòu)施工需要與內(nèi)裝設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。除此以外，裝配式建筑建造技術(shù)含量較高、裝配式建筑容錯(cuò)性很差，如果設(shè)計(jì)階段發(fā)生錯(cuò)誤就會造成很大損失。所以，在裝配式建設(shè)流程前期中還增加了技術(shù)策劃這個(gè)階段，而技術(shù)策劃這個(gè)階段又往往被忽視。一方面設(shè)計(jì)單位接觸這個(gè)內(nèi)容比較少，另一方面開發(fā)商的裝配式建筑項(xiàng)目比較少，所以都沒有注重技術(shù)策劃階段。裝配式建筑設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)較大的差異就是有貫穿始終的協(xié)同設(shè)計(jì)過程，從技術(shù)策劃直到主體施工、內(nèi)裝施工，都要與業(yè)主、設(shè)計(jì)各專業(yè)、施工單位協(xié)同、協(xié)作（見圖2）。
圖1 現(xiàn)澆式建設(shè)流程和裝配式建設(shè)流程的比較
圖2 技術(shù)協(xié)同貫穿裝配式設(shè)計(jì)流程
裝配式建設(shè)流程中有三個(gè)重要環(huán)節(jié)（見圖3）：
圖3 裝配式設(shè)計(jì)流程特點(diǎn)
第一，前期技術(shù)策劃十分重要，主要是分析產(chǎn)業(yè)政策，設(shè)計(jì)師除了考慮政策目標(biāo)，同時(shí)要考慮客戶的利益需求最大化，有時(shí)客戶的想法遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過政策目標(biāo)，那么就要兼顧政策同時(shí)達(dá)到產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，從而確定技術(shù)方向。前期的技術(shù)策劃，對整個(gè)裝配式建筑設(shè)計(jì)的技術(shù)走向至關(guān)重要，對成本影響特別大。
第二，技術(shù)協(xié)同貫穿設(shè)計(jì)全過程。過去傳統(tǒng)設(shè)計(jì)停留于設(shè)計(jì)院內(nèi)部的建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、內(nèi)裝專業(yè)配合，如毛坯房交付這樣的簡單設(shè)計(jì)連內(nèi)裝專業(yè)都沒有，專業(yè)配合很少。而在裝配式建筑中，內(nèi)裝設(shè)計(jì)的配合就極其重要，和設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位、生產(chǎn)單位都需要協(xié)作，比如考慮深化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)能力等。
第三，構(gòu)件深化設(shè)計(jì)繁復(fù)瑣碎，裝配式建筑都需要做構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)，這部分設(shè)計(jì)內(nèi)容在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中不是放在設(shè)計(jì)院做，而是放在加工廠做，而對于裝配式建筑，有些設(shè)計(jì)院和加工廠不愿意或沒有能力做構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)，深化設(shè)計(jì)的內(nèi)容比想象的多得多，要考慮的問題也和傳統(tǒng)分工差距比較大。傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)對施工問題考慮得很少，裝配式建筑設(shè)計(jì)必須考慮生產(chǎn)、吊運(yùn)、現(xiàn)場施工等要求，內(nèi)容繁瑣復(fù)雜。
二、裝配式框架結(jié)構(gòu)件組成分析
1、裝配整體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求
1）建筑設(shè)計(jì)應(yīng)遵循少規(guī)格、多組合的原則
2）宜采用主體結(jié)構(gòu)、裝修和設(shè)備管線的裝配化集成技術(shù)
3）建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)
4）圍護(hù)結(jié)構(gòu)及建筑部品等宜采用工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品
5）宜選用大開間、大進(jìn)深的平面布置
6）宜采用規(guī)則平面和立面布置
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的體系，但是做裝配式建筑設(shè)計(jì)是需要把復(fù)雜的體系分步驟來解決問題的。做裝配式建筑首先很重要的是要具有工業(yè)化的思維，就是我們常說的概念設(shè)計(jì)，只要把成本因素、施工的便利性考慮進(jìn)去，就比較合理。例如，我們說標(biāo)準(zhǔn)化是為了降低成本，不做標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)構(gòu)件規(guī)格和數(shù)量就會很多，必然會提高成本。對于施工的便利性，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中開間會選用2-3m的跨度，板厚度較小，而對裝配式的疊合樓板來說，可能4-6m是比較合適的正常板跨，也有一些案例選取了更大板跨。
2、裝配整體式結(jié)構(gòu)最大適用高度
設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮裝配式結(jié)構(gòu)是否適合在該建筑中應(yīng)用，圖4的表格給出了裝配整體式結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系的最大適用高度，如果結(jié)構(gòu)體系的主要抗側(cè)力構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接采用現(xiàn)澆混凝土，應(yīng)該能滿足受力要求（裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)和裝配整體式部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，在規(guī)定的水平力作用下，當(dāng)預(yù)制剪力墻構(gòu)件底部承擔(dān)的總剪力大于該層總剪力的50%時(shí)，其最大適用高度應(yīng)適當(dāng)降低；當(dāng)預(yù)制剪力墻構(gòu)件底部承擔(dān)的總剪力大于該層總剪力的80%時(shí)，最大適用高度應(yīng)取表6.1.1中括號內(nèi)的數(shù)值）。差別有三點(diǎn)：1）9度抗震設(shè)防烈度不適用于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)；2）裝配式框架結(jié)構(gòu)及裝配式框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度與現(xiàn)澆式結(jié)構(gòu)相同；3）裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度有所降低。
3、框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的預(yù)制構(gòu)件
裝配式框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)建筑的預(yù)制構(gòu)件包括：柱（全預(yù)制柱）、梁（疊合梁、全預(yù)制梁）、板（疊合板（免模或免模免撐）、全預(yù)制板）、樓梯（全預(yù)制樓梯）、外墻板（全預(yù)制外墻板（單墻或夾心保溫））、女兒墻等（見圖5），這里所說的外墻板不是指剪力墻，而是指外掛墻板，因?yàn)榭蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻部分按體系要求必須是現(xiàn)澆的。以下內(nèi)容較少涉及外掛墻板、樓梯和女兒墻等，主要針對抗側(cè)力構(gòu)件。筆者認(rèn)為一個(gè)裝配式建筑連主體結(jié)構(gòu)都未采用裝配式，離裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)就還有一段距離。
圖5 框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的預(yù)制構(gòu)件
4、預(yù)制構(gòu)件布置負(fù)面清單
并不是所有的結(jié)構(gòu)都適合采用預(yù)制構(gòu)件。標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)人員提供依據(jù)，設(shè)計(jì)人員也習(xí)慣用標(biāo)準(zhǔn)約束行為，在現(xiàn)行規(guī)范下，
1）裝配整體式框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力墻部分應(yīng)該是整體現(xiàn)澆的，不適宜采用預(yù)制構(gòu)件。
2）高層裝配整體式結(jié)構(gòu)，《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ1-2014（后簡稱JGJ1）中規(guī)定：
6.1.8 高層裝配式整體式結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 宜設(shè)置地下室，地下室宜采用現(xiàn)澆混凝土；
2 剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的剪力墻宜采用現(xiàn)澆混凝土；
3 框架結(jié)構(gòu)首層柱宜采用現(xiàn)澆混凝土，頂層宜采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)。
高層裝配整體式結(jié)構(gòu)的框架結(jié)構(gòu)宜設(shè)置地下室，地下室頂板不宜采用裝配式，宜采用現(xiàn)澆混凝土；需要特別注意，裝配整體式框架結(jié)構(gòu)中預(yù)制柱水平接縫處不宜出現(xiàn)拉力，這種情況下不能采用裝配式。
3）帶轉(zhuǎn)換層的裝配整體式結(jié)構(gòu)，JGJ1中規(guī)定：
6.1.9 帶轉(zhuǎn)換層的裝配整體式結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 當(dāng)采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，底部框支層不宜超過2層，且框支層及相鄰上一層應(yīng)采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)；
2 部分框支剪力墻以外的結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換柱宜現(xiàn)澆。
4）裝配整體式結(jié)構(gòu)的樓蓋，JGJ1中規(guī)定：
6.6.1 裝配整體式結(jié)構(gòu)的樓蓋宜采用疊合樓蓋。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層、平面復(fù)雜或開洞較大的樓層、作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層宜采用現(xiàn)澆樓蓋。
5）裝配整體式框架結(jié)構(gòu)預(yù)制柱，JGJ1中規(guī)定：
7.1.3 裝配整體式框架結(jié)構(gòu)中，預(yù)制柱水平接縫處不易出現(xiàn)拉力。
5、框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的預(yù)制率
根據(jù)上海的《上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會 關(guān)于本市裝配式建筑單體預(yù)制率和裝配率計(jì)算細(xì)則（試行）的通知》（滬建建材[2016]601號）文要求計(jì)算出來的預(yù)制率（見圖6）。很多地方政府部門提出了裝配式建筑比較重要的兩個(gè)指標(biāo)：預(yù)制率和裝配率。如果框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)所有的構(gòu)件都采用預(yù)制，一個(gè)框架結(jié)構(gòu)采用免模樓板計(jì)算的預(yù)制率系數(shù)能達(dá)到73%，如果采用免模免支撐樓板能達(dá)到78%，這個(gè)數(shù)據(jù)并不是用預(yù)制混凝土構(gòu)件部分與建筑全部混凝土總體積比例產(chǎn)生的，而是根據(jù)601號文用權(quán)重系數(shù)計(jì)算出來的。如果符合設(shè)計(jì)條件，用601號文可以計(jì)算出更高的預(yù)制率。圖6表示的是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)如果所有的構(gòu)件都采用預(yù)制構(gòu)件，預(yù)制率系數(shù)達(dá)到80%左右，那么按照這個(gè)文件計(jì)算預(yù)制率就可以達(dá)到40%上下，滿足上海地區(qū)的要求。這種計(jì)算結(jié)構(gòu)都沒有包括使用外掛墻板和預(yù)制隔墻的情況，其實(shí)在框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中還是有機(jī)會使用外掛墻板，如果選用外掛墻板后，甚至可以選擇比較少的其他構(gòu)件采用預(yù)制。
圖6 框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的預(yù)制率
裝配式框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成方式有三種：1）按照體型分類，預(yù)制構(gòu)件有一維的、二維的、三維的，現(xiàn)在常用的是一維的構(gòu)件 ，主要針對的是桿系體系的框架結(jié)構(gòu)；2）從節(jié)點(diǎn)形式分類，節(jié)點(diǎn)選用預(yù)制（圖7（a）~（c））或現(xiàn)澆（圖7（d））；3）以柱的形式分類，分為單層或跨層。現(xiàn)在常用的還是一維桿件，優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)件容易預(yù)制安裝，提供了在節(jié)點(diǎn)調(diào)整誤差的余地，如圖8中跨層截?cái)嗍街那闆r。從安全的角度來說，三維的構(gòu)件安裝精度要求高，但從制作的角度來說，三維構(gòu)件制作難度大，占用場地更大，運(yùn)輸維護(hù)困難更大。
圖7 裝配式框架結(jié)構(gòu)預(yù)制與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)
圖8 一維構(gòu)件跨層截?cái)嗍?/p>
6、樓蓋結(jié)構(gòu)布置形式
樓蓋結(jié)構(gòu)的布置形式有單向板和雙向板兩種，布置形式會影響到主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。布置時(shí)需要考慮三個(gè)因素：構(gòu)件的生產(chǎn)、構(gòu)件的運(yùn)輸和吊裝、構(gòu)件的連接，這三個(gè)問題都是裝配式結(jié)構(gòu)區(qū)別于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)，如JGJ 1中的圖6.6.3所示。
三、裝配式框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析
1.設(shè)計(jì)方法
從設(shè)計(jì)方法上說，規(guī)范明確了裝配式框架結(jié)構(gòu)等同于現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，不是說連接、構(gòu)造等做法都等同于現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，而是指性能上等同于現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)滿足現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)要求,如JGJ1的7.1.1描述。
7.1.1 除本規(guī)程另有規(guī)定外，裝配整體式框架結(jié)構(gòu)可按現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.抗震等級
從抗震等級上來說幾乎沒有差別，微小差別是對建筑高度分界有所不同，限高數(shù)據(jù)要求有所變化，如JGJ1中的表6.1.3所示。
3.結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)件設(shè)計(jì)
從結(jié)構(gòu)布置來看，還是需要有工業(yè)化思維。裝配式建筑的要求是對齊，柱網(wǎng)布置對齊，梁柱對中布置，在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，構(gòu)件貼邊放置的情況大量存在，而在裝配式建筑中，構(gòu)件貼邊放置就被認(rèn)為是不合適的方案，因?yàn)闃?gòu)件放在中間并不會影響主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，而放在邊上確實(shí)嚴(yán)重影響節(jié)點(diǎn)的連接。裝配式建筑中，相交兩方向梁底宜留設(shè)高差，如果忽視了高差，在節(jié)點(diǎn)處梁的鋼筋會出現(xiàn)相遇的問題，現(xiàn)場再考慮避讓會帶來更多的問題，雖然也有辦法解決，但是設(shè)計(jì)中留設(shè)梁底高差是更合適的選擇。建筑大開間設(shè)計(jì)就會提到宜采用大板跨，減少梁數(shù)的要求。同時(shí)應(yīng)該合理歸并，減少構(gòu)件類型。此外，以下這3條主要是為了節(jié)點(diǎn)連接的需要：1）采用適當(dāng)?shù)臉?gòu)件截面，避免配筋量過大，比如現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)中強(qiáng)調(diào)柱子寬度是梁寬度的1.5倍，而裝配式建筑不特別強(qiáng)調(diào);2）采用高強(qiáng)度鋼筋，減小配筋量;3）采用大直徑、少根數(shù)、大間距的配筋方式。
4.分析模型及參數(shù)
裝配式混凝土結(jié)構(gòu)區(qū)別于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)建筑還有以下幾個(gè)方面：
1）梁支座模型為鉸接或剛接：從連接便利的角度，梁采用裝配式設(shè)計(jì)時(shí)采用鉸接的支座模型比較好。框架梁不適合做鉸接，這里指的是梁板梁的支座首選鉸接支座，JGJ1中指出：
4 應(yīng)根據(jù)連接點(diǎn)和接縫的構(gòu)造方式和性能，確定結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算模型。
2）樓蓋面內(nèi)剛度假定和梁剛度增大系數(shù)：這一點(diǎn)與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)不同，梁的剛度放大需要考慮疊合板底板是預(yù)制的，預(yù)制部分和梁的連接處有縫，計(jì)算時(shí)預(yù)制底板不適合完全考慮平面內(nèi)無限剛性假定的，規(guī)范也給出參考數(shù)據(jù)，增大系數(shù)1.3~2.0比現(xiàn)澆混凝土的系數(shù)要小。JGJ 1的6.3.4指出：
6.3.4 在結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算時(shí)，對現(xiàn)澆樓蓋和疊合樓蓋，均可假定樓蓋在其自身平面內(nèi)為無限剛性；樓面梁的剛度可計(jì)人翼緣作用予以增大；梁剛度增大系數(shù)可根據(jù)翼緣情況近似取為1.3~2.0。
3）周期折減系數(shù)：:視圍護(hù)結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)剛度的影響而定的，因?yàn)檫B接方式不清晰，外墻板對結(jié)構(gòu)主體的影響到底有多大不易量化，需慎重使用周期折減系數(shù)，評估圍護(hù)結(jié)構(gòu)對主體結(jié)構(gòu)剛度的影響。
4）樓板的布置方式會影響荷載傳遞路徑：這里并不是說布置成單向板就一定按照單向板傳力路徑，采用合適的連接構(gòu)造還是趨近于雙向板的傳力方式。如果完全布置成單向板，對結(jié)構(gòu)傳力路徑還是有影響的。
5）混凝土保護(hù)層厚度：需要考慮鋼筋連接的要求，因?yàn)檫B接套筒的直徑都比較大，會向構(gòu)件內(nèi)部偏移，而且偏移數(shù)據(jù)還不小，比如柱的中心鋼筋旁邊會留出70mm，差距還是比較大的。
5.位移角限值
裝配式混凝土建筑的位移角限值要求與現(xiàn)澆混凝土建筑是一致的。增加了多層裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的形式，因?yàn)榭紤]到連接方式不同，多層裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)允許相對弱的連接和剛性剪力墻不太一樣，所以對位移角限值提出了1/1200的更嚴(yán)格要求，這也是考慮了連接的影響，JGJ1中的6.3.3條和表6.3.3對此給出了敘述。
四、裝配式框架結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)
1.接縫正截面承載力
具體到裝配式框架結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)，最重要的部分是連接方式和現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)不同。裝配式整體式結(jié)構(gòu)中，接縫的截面承載力應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010的規(guī)定，接縫的受剪承載力應(yīng)驗(yàn)算并符合持久設(shè)計(jì)和地震設(shè)計(jì)狀況，一般情況下連接部分的承載力都不會小于桿件，所以接縫的正截面受壓、受拉及受彎承載力可不必計(jì)算，只需驗(yàn)算抗剪承載力。其中，接縫受剪承載力增大系數(shù)，抗震等級為一、二級取為1.2，抗震等級為三、四級取為1.1，在梁、柱端部箍筋加密區(qū)及剪力墻底部加強(qiáng)部位，有強(qiáng)接縫弱構(gòu)件的要求，詳見JGJ1的6.5.1條。
2.預(yù)制柱底水平接縫的受剪承載力驗(yàn)算
具體到預(yù)制柱底水平接縫的受剪承載力的驗(yàn)算，在地震設(shè)計(jì)狀況下，預(yù)制柱受壓時(shí)底部水平接縫的剪力包括兩個(gè)部分，一是構(gòu)件摩擦抗剪，一是鋼筋銷栓抗剪。如果是預(yù)制柱受拉的時(shí)候，就沒有摩擦抗剪這一項(xiàng)，同時(shí)考慮拉力的影響，鋼筋銷栓抗剪公式略有變化，詳見JGJ1的7.2.3條。
3.疊合梁端豎向接縫的受剪承載力
裝配式框架結(jié)構(gòu)疊合梁端豎向接縫的受剪承載力設(shè)計(jì)值包括以下三個(gè)部分：現(xiàn)澆疊合層抗剪、鍵槽抗剪和鋼筋銷栓抗剪。和柱底水平接縫抗剪承載力不同，疊合梁端豎向接縫的受剪承載力有持久受力狀況和地震設(shè)計(jì)狀況兩種工況，地震工況要做調(diào)整，大約是持久工況的0.6倍，詳見JGJ1的7.2.2條。
4.疊合梁水平疊合面的受剪承載力驗(yàn)算
裝配式框架結(jié)構(gòu)疊合梁水平疊合面的受剪承載力驗(yàn)算可參考下式計(jì)算，
受剪承載力設(shè)計(jì)值包括兩項(xiàng)，混凝土粘結(jié)抗剪和鋼筋抗剪。
5.未配置抗剪鋼筋的疊合板，水平疊合面的受剪承載力驗(yàn)算
疊合板有時(shí)也是沒有鋼筋配置的，可參考下面的公式，
因?yàn)榀B合板的疊合面面積較大，一般情況，即使沒有配置鋼筋也是能滿足水平疊合面的受剪承載力要求。
6.結(jié)合面
JGJ1中規(guī)定，
裝配式框架結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)還有對結(jié)合面質(zhì)量的要求，結(jié)合面根據(jù)特征分為兩類，一類是粗糙面，一類是設(shè)置鍵槽，也可以兩種形式都考慮。比如預(yù)制梁端面，按規(guī)范要求應(yīng)設(shè)置鍵槽，鍵槽可以選擇貫通梁端截面寬度的或者不貫通的。規(guī)范對鍵槽的尺寸有很具體的要求（見圖6.5.5）。對粗糙面有具體要求：粗糙面的面積不宜小于結(jié)合面的80%,預(yù)制板的粗糙面凹凸深度不應(yīng)小于4mm，預(yù)制梁端、預(yù)制柱端、預(yù)制墻端的粗糙面凹凸深度不應(yīng)小于6mm。我們在現(xiàn)場看到有很多粗糙面不是水洗方式產(chǎn)生的，往往達(dá)不到要求。如果用刻痕鋼板、花紋鋼板，粗糙面的深度大致就是1-2mm，質(zhì)量上是令人擔(dān)心的。設(shè)計(jì)承載力驗(yàn)算并沒有考慮到結(jié)合面的設(shè)計(jì)，即使結(jié)合面再光滑，也有一定的抗剪能力，計(jì)算時(shí)采用偏于安全的方式不予考慮。有些構(gòu)件生產(chǎn)廠家做水洗，完成的粗糙面很標(biāo)準(zhǔn)。
7.鋼筋連接方式
根據(jù)不同的受力情況，在符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的前提下，允許在裝配整體式結(jié)構(gòu)中采用多種鋼筋連接方式已在JGJ 1的6.5.2條中給出。具體到預(yù)制柱的縱向鋼筋連接能選用的方式不是很多，應(yīng)符合JGJ 1中的7.1.2的規(guī)定。
6.5.2 裝配整體式結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)及接縫處的縱向鋼筋連接宜根據(jù)接頭受力、施工工藝等要求選用機(jī)械連接、套筒灌漿連接、漿錨搭接連接、焊接連接、綁扎搭接連接等連接方式，并應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
7.1.2 裝配整體式框架結(jié)構(gòu)中，預(yù)制柱的縱向鋼筋連接應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 當(dāng)房屋高度不大于12m或?qū)訑?shù)不超過3層時(shí)，可采用套筒灌漿、漿錨搭接、焊接等連接方式；
2 當(dāng)房屋高度大于12m或?qū)訑?shù)超過3層時(shí)，宜采用套筒灌漿連接。
8.接縫處的材料
還有一個(gè)需要注意的是接縫處混凝土或灌漿料，JGJ 1的6.1.12中規(guī)定預(yù)制構(gòu)件節(jié)點(diǎn)及接縫處后澆混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于預(yù)制構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級，所以也不強(qiáng)調(diào)一定要高于。
6.1.12 預(yù)制構(gòu)件節(jié)點(diǎn)及接縫處后澆混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于預(yù)制構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級；多層剪力墻結(jié)構(gòu)中墻板水平接縫用坐漿材料的強(qiáng)度等級值應(yīng)大于被連接構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級值。
9.預(yù)制柱連接節(jié)點(diǎn)
JGJ1中的圖7.3.5給出了鋼筋采用套筒灌漿連接時(shí)柱底箍筋加密區(qū)構(gòu)造示意；也可參考其他資料的圖5.6.12中給出的柱底后澆段箍筋配置示意。
10.疊合梁連接節(jié)點(diǎn)
JGJ1中的圖7.3.3給出了疊合梁連接節(jié)點(diǎn)示意，圖9給出了現(xiàn)場施工實(shí)例。
圖9 現(xiàn)場工程實(shí)例
11.后澆梁柱節(jié)點(diǎn)
梁柱連接節(jié)點(diǎn)做法主要采用混凝土現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)或稱之為后澆節(jié)點(diǎn)。JGJ 1中的圖7.3.8-1給出了預(yù)制柱及疊合梁框架中間層中節(jié)點(diǎn)構(gòu)造示意，如果兩側(cè)梁等高，若不做調(diào)整，兩側(cè)鋼筋在柱中節(jié)點(diǎn)處就會相遇，必須考慮鋼筋避讓注意安裝順序，否則節(jié)點(diǎn)內(nèi)就會出現(xiàn)鋼筋彎曲的情況。如果鋼筋多層排布的，就會造成等高的梁內(nèi)鋼筋交叉嚴(yán)重，鋼筋彎折幅度很大，所以首選的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是兩邊梁不等高的情況，更便于梁內(nèi)鋼筋的避讓。梁柱節(jié)點(diǎn)最重要的就是鋼筋的避讓，圖10中示意是水平方向的鋼筋錯(cuò)位，具體設(shè)計(jì)中也有考慮上下豎直方向鋼筋錯(cuò)位的，水平向錯(cuò)位比豎直向錯(cuò)位更容易掌握。
圖10 裝配式框架結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)-后澆梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造（一）
來源：G310-1~2《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造（2015年合訂本）》
預(yù)制柱及疊合梁框架頂層邊柱或者角柱節(jié)點(diǎn)如圖11所示。在頂層做法一般會選擇上升一個(gè)長度，以解決在這個(gè)位置鋼筋不適合向下彎折的問題。在現(xiàn)澆梁柱邊節(jié)點(diǎn)處，梁鋼筋向下彎折長度很大，所以如果不考慮預(yù)制柱頂層邊柱、角柱節(jié)點(diǎn)上升高度，梁內(nèi)鋼筋在節(jié)點(diǎn)處不能放置，下部的預(yù)制柱無法完成，會造成很多施工問題。如圖11中節(jié)點(diǎn)K1-15所示，梁內(nèi)需要設(shè)置腰筋時(shí)，因?yàn)橛须p向梁的問題，腰筋一般選擇后裝。雖然技術(shù)上可以選擇腰筋后裝，但是做梁腰筋本身就不是一個(gè)好的選擇，最好的設(shè)計(jì)是不設(shè)置抗扭腰筋。如果必須設(shè)置抗扭腰筋，就需要考慮后裝，否則會妨礙另一方向預(yù)制梁的吊裝。還有別的形式可以不妨礙吊裝，比如梁鋼筋放置在節(jié)點(diǎn)外連接，另一個(gè)方向的梁鋼筋放置在節(jié)點(diǎn)外。如何設(shè)計(jì)成梁無需抗扭？本來就需要靜力平衡的抗扭腰筋除外，因?yàn)樵偃绾谓鉀Q都存在扭矩，而協(xié)調(diào)扭矩應(yīng)該釋放，例如，次梁的端支座應(yīng)該考慮鉸接，這樣主梁就不存在扭矩了。否則，主梁都帶有很小的扭矩，就需要設(shè)置腰筋，工程師在設(shè)計(jì)中就非常被動(dòng)。
圖11 裝配式框架結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)-后澆梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造（二）
來源：G310-1~2《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造（2015年合訂本）》
梁底縱筋節(jié)點(diǎn)外后澆段內(nèi)的連接構(gòu)造如圖12所示。
圖12 裝配式框架結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)-后澆梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造（三）
來源：G310-1~2《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造（2015年合訂本）》
12.主次梁連接節(jié)點(diǎn)
JGJ1中的圖7.3.4給出了主次梁節(jié)點(diǎn)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造示意。圖13給出了現(xiàn)場工程實(shí)例。還可參考其他資料中的圖A.0.3-1給出了牛擔(dān)板企口接頭示意，圖A.0.1的平企口端部配筋示意圖，A.0.2的挑耳梁截面配筋。
圖13 裝配式框架結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)-主次梁連接節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場施工實(shí)例
13.疊合板接縫
疊合板縫的連接在JGJ1中的圖6.6.4給出了疊合板端及板側(cè)支座構(gòu)造示意；圖6.6.6給出的是雙向疊合板整體式接縫構(gòu)造，安裝時(shí)鋼筋會互相妨礙，國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集（《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造》G310-1～2(2015年合訂本)，后簡稱G310-1～2）中給出的是圖14所示的后澆帶形式板縫，安裝時(shí)沒有妨礙，但是后澆帶會寬一些。還可能出現(xiàn)JGJ 1中的圖6.6.5中單向疊合板板側(cè)分離式拼縫構(gòu)造，對板縫預(yù)制或現(xiàn)澆帶提出更具體的要求。
圖14 后澆帶形式板縫
來源：G310-1~2《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造（2015年合訂本）》
五、裝配式框架結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)
深化設(shè)計(jì)最重要的原則是滿足生產(chǎn)和安裝的要求。裝配式框架結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)最大的區(qū)別是：有短暫設(shè)計(jì)狀況。JGJ1中規(guī)定如下，
其中，如制作、運(yùn)輸和堆放、安裝等短暫設(shè)計(jì)狀況下的預(yù)制構(gòu)件需要按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)算。這樣設(shè)計(jì)工況就有很大的不同。除此以外，還有裝配式建筑的一些具體的情況，比如吊裝、預(yù)埋件、設(shè)備管線的集成等，都要反應(yīng)到深化設(shè)計(jì)中，所以深化設(shè)計(jì)圖內(nèi)容比較復(fù)雜，如圖15所示。
圖15 裝配式框架結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)圖示例
六、裝配式框架結(jié)構(gòu)案例分析
（一）案例一：合肥某辦公綜合樓
1、概況
案例是一個(gè)多層建筑，建筑面積為6100m2,單體建筑預(yù)制率很高83%左右。為什么預(yù)制率做這么高呢？這也是設(shè)計(jì)策劃的時(shí)候客戶提出的要求，是一個(gè)展示裝配式技術(shù)的建筑。所以盡量使用裝配整體式，預(yù)制率比較高。從建筑的角度來說，做一個(gè)型體上的分析。柱網(wǎng)尺寸是裝配式框架建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，標(biāo)準(zhǔn)化柱網(wǎng)基本決定了預(yù)制疊合梁和疊合板的布置方式和種類數(shù)量。項(xiàng)目平面布局采用了6.9m×6.9m的標(biāo)準(zhǔn)化柱網(wǎng)尺寸，奠定了裝配式建筑設(shè)計(jì)的基本模數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)化柱網(wǎng)使得樓板跨度和開間種類不超過3種，預(yù)制柱、梁、板的種類大大減少。可以說從前期策劃就考慮了工業(yè)化需求。項(xiàng)目平面布置方正，立面設(shè)計(jì)采用工業(yè)化理念，少規(guī)格多組合，應(yīng)該說達(dá)到了建筑物個(gè)性化的需求。
項(xiàng)目基本信息如下，效果圖如圖16所示。
▲ 建筑面積6100平方米，地上5層，建筑總高度22.1m
▲ 主要建筑功能為辦公、展示及廠區(qū)配套服務(wù)用房
▲ 各層層高分別為：底層層高5.0m，二～五層均4.2m
▲ 大樓整體立面采用玻璃幕墻＋外掛PC墻板
▲ 結(jié)構(gòu)體系：裝配整體式框架結(jié)構(gòu)，抗震等級為三級
▲ 預(yù)制范圍：預(yù)制外掛墻板、預(yù)制柱、預(yù)制疊合梁、預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心板疊合樓板（局部鋼筋桁架疊合板）、預(yù)制樓梯、預(yù)制清水混凝土內(nèi)墻、NALC加氣混凝土輕質(zhì)條板、預(yù)制女兒墻等
▲ 單體建筑預(yù)制率：83％左右
圖16 合肥某項(xiàng)目效果圖
2、建筑設(shè)計(jì)——體塊分析
▲ 6100㎡體量分解---引入綠色中庭，雙面采光解決24m進(jìn)深中部采光差的問題。
▲ 采光中庭可使辦公空間的自然采光性均好，減少用電照明，節(jié)能且光環(huán)境佳。
▲ 同時(shí)創(chuàng)造視線和空間交流上的趣味性。
圖17 建筑設(shè)計(jì)——體塊分析
3、建筑設(shè)計(jì)——柱網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化
▲ 柱網(wǎng)尺寸是裝配式框架建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，標(biāo)準(zhǔn)化柱網(wǎng)基本決定了預(yù)制疊合梁和疊合板的布置方式和種類數(shù)量。
▲ 平面布局采用了6.9m×6.9m的標(biāo)準(zhǔn)化柱網(wǎng)尺寸，奠定了裝配式建筑設(shè)計(jì)的基本模數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)化柱網(wǎng)使得樓板跨度和開間種類不超過3種，預(yù)制柱、梁、板的種類大大減少。
圖18 建筑設(shè)計(jì)——柱網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化
4、建筑設(shè)計(jì)——平面設(shè)計(jì)
圖19 建筑設(shè)計(jì)——平面設(shè)計(jì)
5、建筑設(shè)計(jì)——立面設(shè)計(jì)
圖20 建筑設(shè)計(jì)-立面設(shè)計(jì)
6、預(yù)制體系
考慮到本項(xiàng)目為預(yù)制裝配式示范項(xiàng)目，為進(jìn)一步體現(xiàn)裝配式建筑工業(yè)化建造的優(yōu)勢，盡量減少現(xiàn)場濕作業(yè)，設(shè)計(jì)遵循預(yù)制構(gòu)件范圍最大化原則來進(jìn)行裝配結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)。預(yù)制范圍如下：
1）框架柱（-0.200～屋頂）
2）主、次梁（二～屋頂層）（采用疊合梁做法）
3）樓板（局部采用鋼筋桁架疊合樓板，其余均采用預(yù)應(yīng)力空心板疊合板）
4）內(nèi)隔墻（預(yù)制清水混凝土內(nèi)墻、預(yù)制陶粒混凝土內(nèi)墻、NALC加氣混凝土輕質(zhì)條板）
5）樓梯（預(yù)制梯段＋預(yù)制門架）；
6）外立面（預(yù)制外掛墻板＋玻璃幕墻）
7、體系特點(diǎn)
本項(xiàng)目建筑物盡可能考慮裝配式的部分，預(yù)制結(jié)構(gòu)體系主要特點(diǎn)：
1）框架柱從基礎(chǔ)頂面～屋頂全高預(yù)制，底層柱柱腳擴(kuò)大截面，見圖21（a）。
2）辦公房間無次梁布置，采用預(yù)應(yīng)力空心板疊合板，免模免支撐提高了施工效率，見圖21（b）。
3）部分大跨度框架梁采用先張法預(yù)應(yīng)力預(yù)制疊合梁
4）外立面采用預(yù)制外掛墻板＋玻璃幕墻交錯(cuò)布置
圖21 預(yù)制結(jié)構(gòu)體系主要特點(diǎn)
（二）案例二：上海某大型商業(yè)購物中心
1、項(xiàng)目概況
該項(xiàng)目為集購物中心、休閑娛樂為一體的大型商業(yè)購物中心，位于上海市閔行區(qū)；建筑平面尺寸約為183mX167m（長度x寬度），柱網(wǎng)尺寸8.4mX8.4m；內(nèi)院式中庭的設(shè)計(jì)可以活躍空間氛圍，但導(dǎo)致建筑平面復(fù)雜，部分區(qū)域難以采用預(yù)制；主體建筑設(shè)計(jì)：中建上海院；施工總承包：中建八局；PC深化設(shè)計(jì)：上海天華。效果圖與概況見圖22。
圖22 項(xiàng)目效果圖與概況
值得注意的是，由于各種原因，這個(gè)設(shè)計(jì)到后期才開始深化設(shè)計(jì)。最初，業(yè)主通過其他的工業(yè)化措施實(shí)現(xiàn)裝配式建筑，但是不能達(dá)到上海政府部門對建筑裝配率的要求，其他工業(yè)化措施可以在裝配式建筑中實(shí)施，但是不能代替預(yù)制率，這個(gè)項(xiàng)目是按照建筑預(yù)制率30%來實(shí)施的。圖19中粉紅色部分采用的是雙T板樓蓋方案，其他部分采用的平板形式。
圖23 典型樓層結(jié)構(gòu)平面布置圖
2、上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
建筑平面，寬度167mx長度183m，平面尺度大，結(jié)構(gòu)超長；地上四層，局部五層，主要屋面標(biāo)高為20.900m，局部影廳屋蓋標(biāo)高23.750m，室內(nèi)外高差0.3m；總建筑高度＜24m，按多層建筑設(shè)計(jì)；商業(yè)內(nèi)中庭平面開大洞，影廳夾層樓板開大洞，有效樓板削弱較多；平面內(nèi)存在多處大懸挑梁、大跨梁；上部結(jié)構(gòu)采用裝配整體式框架結(jié)構(gòu)，柱均現(xiàn)澆，單體建筑預(yù)制率達(dá)到30%，在上海不算高，上海現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)已提高至40%。因項(xiàng)目施工初期介入，柱網(wǎng)布置已既成事實(shí)，而且商業(yè)建筑平面、立面比較靈活，不宜大面積采用裝配式，需要同時(shí)考慮到施工的因素。如果設(shè)計(jì)初期介入，可以考慮柱網(wǎng)采用預(yù)制柱形式，從而提高預(yù)制率。目前，該項(xiàng)目采用預(yù)制方案為預(yù)制樓梯、疊合梁（預(yù)制+現(xiàn)澆疊合層），標(biāo)準(zhǔn)單元內(nèi)采用預(yù)制雙T疊合板底板，不太規(guī)整的部分采用鋼筋桁架疊合板底板這種平板形式。可以說除柱網(wǎng)布置外，其他有能力并適合采用裝配式的部分都已經(jīng)采用了。還有一些構(gòu)件尺寸很大，影響吊裝的部分，就直接選擇放棄采用裝配式。根據(jù)中建八局現(xiàn)場施工組織匯報(bào)預(yù)制構(gòu)件統(tǒng)計(jì)的情況，總合計(jì)5708件，采用的主要構(gòu)件類型有框架梁、次梁、疊合板、梯段、雙T板（見表1）。
表1 PC構(gòu)件統(tǒng)計(jì)表
數(shù)據(jù)來源：中建八局---現(xiàn)場施工組織方案匯報(bào)
3、預(yù)制疊合板的比選
該項(xiàng)目最重要的技術(shù)特點(diǎn)是樓板使用了雙T板，并做了經(jīng)濟(jì)性比較（見圖24）。
圖24 方案與經(jīng)濟(jì)性對比
雙T疊合板方案比疊合板方案還是略便宜一些，價(jià)格也視當(dāng)?shù)毓┴浘唧w情況而定。雙T板方案最大的優(yōu)勢是免模免支撐，吊裝效率高。如果采用普通的無鋼筋桁架疊合板方案，是兩根次梁的形式，通常劃分為六塊板，兩根次梁的存在容易影響吊裝等施工進(jìn)度。所以選用雙T板有助于效率的提高。項(xiàng)目中使用的雙T板方案與標(biāo)準(zhǔn)圖集的雙T板略有差別的（見圖25），項(xiàng)目采用的雙T板是等截面的肋，挑出部分也是等截面的，等截面的一個(gè)優(yōu)勢是在切割板的時(shí)候保證板端部尺寸一樣、厚度一樣，從室內(nèi)看感官比較好；等截面另一個(gè)優(yōu)勢是便于做不同跨度的連接板時(shí)選用同樣的模具來制作。如圖26所示，雙T板支座處采用倒T型的雙挑耳或單挑耳來支撐雙T板，雙T板與支承構(gòu)件采用干連接形式。除了雙T板外，次梁也采用干連接的形式擱置在挑耳上。
圖25標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)的雙T板
圖26雙T板、次梁支座做法
4、塔吊及汽車吊布置
由于項(xiàng)目構(gòu)件的重量比較大，其中雙T板是比較輕的，重量接近5噸，可使用塔吊吊裝。還有超過10噸的梁等其他構(gòu)件，需要采用汽車吊完成吊裝。項(xiàng)目由塔吊和汽車吊相結(jié)合完成安裝，如圖27所示。
圖27 塔吊及汽車吊布置
5.施工現(xiàn)場
圖28 給出了一些典型預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場施工情況。
（e）預(yù)制樓梯吊裝
圖28 現(xiàn)場施工
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