装配式混凝土框架结构设计要点分析

袁峥嵘

摘要： 近年来，装配式建筑及建筑产业现代化在我国快速发展，推进建筑产业现代化是建筑业适应经济发展的新常态。装配式建筑的工程质量和经济成本成为行业关注的重点，设计是控制工程项目质量和成本的源头，本文从此视角，对装配式混凝土框架结构的设计要点做一些探讨。

关键词：装配式混凝土框架结构;设计要点;预制构件;连接节点

装配式混凝土结构是由预制混凝土构件通过可靠的连接方式装配而成，具有提高生产效率，节约资源，保护环境等优点。当前，各地政府紛纷出台政策推动装配式建筑的发展，发展建筑工业化是推动建筑行业转型升级与高质量发展的重要手段。装配式建筑具有多种结构形式，装配式混凝土框架结构是最常见的结构形式之一，其广泛应用于多高层的公共建筑中，比如公寓，学校等，本文对装配式混凝土框架结构设计要点做一些探讨。

一、装配式混凝土框架结构计算分析

装配式混凝土框架结构设计的基本原则是等同现浇，需采取有效措施加强结构的整体性，应避免平面和竖向不规则，使各节点和接缝受力明确，确保结构可靠。在结构整体计算时，现浇楼盖和叠合楼盖，均可假定楼盖在其自身平面内为无限刚性，楼层梁的刚度增大系数可根据翼缘情况近似取1.3～2.0，框架梁端弯矩调幅系数为0.7～0.8，次梁支座根据主次梁连接节点考虑铰接或刚接，叠合楼板的传力路径根据叠合板的具体设计进行判断，必要时进行包络设计。

二、预制构件拆分设计要点

装配式混凝土框架结构的经济性很大程度取决于预制构件的拆分。拆分一般以受力构件为单位进行拆分，比如预制柱、叠合梁、叠合板。在保证结构安全的情况下，预制构件的拆分需考虑工厂生产台模的尺寸、运输车辆的长宽以及运输过程中道路涵洞的高度以及施工吊装机械的限重等方面，遵循少规格，多组合的原则，确定构件的最优尺寸，提高预制构件的标准化。以叠合楼板为例，在台模宽度为3.6米的生产线上生产，叠合板的短边最小尺寸不能超过3.2米，叠合板的运输一般为水平叠放，受运输车辆宽度的限制，其短边宽度不宜超过2.4米。不同建筑物之间也可以实现构件的通用性，从而降低构件生产的模具成本。

三、预制构件设计要点

预制构件与后浇混凝土、灌浆料、坐浆材料的结合面应设置粗糙面、键槽，增强构件间的粘结性，有利于结构的整体性。装配式混凝土框架结构中，常见的预制构件有预制柱、叠合梁、叠合板、预制楼梯、预制外挂墙板等。

（一） 预制柱

预制框架柱作为竖向抗侧力构件，其布置应该连续，均匀，应避免结构的侧向刚度和承载力沿竖向突变。预制柱截面尺寸不宜小于400mm，且不宜小于同方向梁截面宽的1.5倍，其纵向受力钢筋的直径不宜小于20mm。采用大直径钢筋及较大的柱截面，可减少钢筋根数，增大间距，便于柱钢筋连接及节点区钢筋布置。目前，工程中常见的预制柱连接方式是套筒灌浆，套筒连接区域以上500mm高度区域内柱箍筋需加密，上下预制柱间同一套筒连接处钢筋大小不宜相差2个等级以上。在高层装配式混凝土框架结构中，首层柱不宜预制。

（二）叠合梁

叠合框架梁的后浇混凝土叠合层厚度不宜小于150mm，次梁的后浇混凝土叠合厚度不宜小于120mm，预制梁截面可采用矩形和凹口截面。为避免梁柱节点处钢筋过多发生碰撞，施工安装不便利，叠合梁配筋宜采用大直径钢筋，以减少预制梁外伸钢筋的根数，必要时在工厂浇筑时进行弯折。主次梁都采用叠合形式时，可采用牛担板连接节点，相比主梁开槽连接吊装方便、拼装便捷。

（三）叠合板

考虑楼板的整体性要求以及管线预埋、施工等方面的因素，叠合板后浇层的最小厚度不应小于60mm;考虑脱模、吊装运输等因素，叠合板的预制板厚度不宜小于60mm，也可采取可靠的构造措施，如设置桁架钢筋或板肋，增加其刚度。根据预制板接缝构造、支座构造和长宽比，叠合板可按单向板或双向板设计。按单向板设计时，考虑生产和施工方便，长边支座可采用附加钢筋的方式代替不伸出的构造钢筋，保证楼板的整体性和连续性。高层装配式混凝土框架结构中，顶层宜采用现浇楼盖结构。

（四）预制混凝土楼梯

板式楼梯和梁板式楼梯均可采用预制混凝土楼梯，一般与支承构件间采用简支连接，一般设置固定铰，另一端设置滑动铰，其转动和变形能力需满足结构层间位移要求。6度区，预制楼梯端部在支承构件上的最小搁置长度为75mm。预制混凝土楼梯要满足吊装运输等短暂状况下的设计要求，宜设置双层双向钢筋，钢筋保护层厚度不应小于15mm。建筑层高一定时，预制楼梯的规格尺寸一致，便于批量生产，降低成本，可以解决现浇楼梯模板复杂，施工速度慢的问题。

（五）预制外挂墙板

预制外挂墙板安装在装配式混凝土框架结构上，起围护、装饰作用，与主体结构的连接应采用柔性连接，适应其变形能力。预制外挂墙板一般以一个层高作为高度，安装、规格都便于统一。由于外挂墙板受到平面外风荷载和地震作用的双向作用，其厚度不宜小于100mm，宜采用双层双向配筋，配筋率应大于等于0.15%，钢筋直径不宜小于5mm，间距不宜大于200mm。在预制外挂墙板要在应力集中位置设置加强钢筋，如门窗洞口周边、角部。预制外挂墙板接缝间在满足防火防水隔声等建筑功能外，还需要考虑主体结构变形、施工误差以及温度变形的要求，不应小于15mm。

四、连接节点设计要点

装配式混凝土框架结构中，节点和接缝是影响结构受力性能的关键部位，是结构等同现浇的根本。预制构件节点及接缝处后浇混凝土强度等级不应低于预制构件的混凝土强度等级。预制柱水平接缝，叠合板水平结合面接缝，叠合梁端结合面接缝等均要实现强连接，保证不在接缝处发生破坏，要求接缝的承载力设计值大于被连接的承载力设计值乘以强连接系数。

在框架的节点核心区，梁柱钢筋在节点中锚固及连接方式要满足强节点弱接缝，保证节点的受力性能和施工可行性。预制柱叠合梁构件应尽量采用较粗直径、较大间距的钢筋布置方式，节点区的主梁钢筋较少，有利于节点的装配施工，保证施工质量。

目前，预制外挂墙板与主体结构的连接方式主要有点支承和线支承两种方式。点支承采用的柔性连接，一般设置4个支承点，上部设置两个承重节点，下部设置两个非承重节点，或是上部设置两个非承重节点，下部设置两个承重节点。线支承要保证节点在多遇地震和设防地震作用下的抗震性能，罕遇地震作用下外挂墙板顶部剪力键不破坏，连接钢筋不屈服。外挂墙板上部与楼面梁连接时，连接区段要避开楼面梁塑性铰区域。

五、结语

当前，装配式混凝土结构发展迅速，在满足建筑设计安全，经济，适用的的基本原则上，结构设计需探索可靠的连接节点和合理的拆分方案，方便施工，降低造价成本，来推动装配式混凝土结构的发展，从而实现经济建设和环境保护双赢。除此之外，装配式建筑可利用BIM技术等进行建筑建设项目全过程的监控、管理和优化。

参考文献：

[1]余小燕，刘娅婷，装配式混凝土框架结构拆分初探【J】，科教导刊，2019（29）：286

[2]装配式混凝土结构技术规程，JGJ 1-2014

[3]叶森，装配式混凝土框架结构设计初探【J】，安徽建筑，2019（09）：71-72，160