張樹傳 郭黎明 肖偉 何庸 匡子佑 范慶祥 蘇坤河 邱德瑜

(1.廈門合立道工程設(shè)計集團(tuán)股份有限公司 福建廈門 361004; 2.福建省瀧澄建筑工業(yè)有限公司 福建漳州 363104)

某辦公綜合樓裝配式框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

張樹傳1郭黎明2肖偉1何庸2匡子佑1范慶祥2蘇坤河1邱德瑜2

(1.廈門合立道工程設(shè)計集團(tuán)股份有限公司 福建廈門 361004; 2.福建省瀧澄建筑工業(yè)有限公司 福建漳州 363104)

文章通過對某辦公綜合樓裝配式框架結(jié)構(gòu)整體設(shè)計、平面拆分、外掛墻板設(shè)計、節(jié)點(diǎn)連接等裝配式關(guān)鍵做法進(jìn)行論述，探討裝配式框架的設(shè)計方法。

裝配式框架；拆分；外掛墻板；辦公綜合樓

0 引言

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)由預(yù)制混凝土構(gòu)件通過可靠的方式進(jìn)行連接，并與現(xiàn)場澆筑的混凝土、水泥基灌漿料形成整體的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、工人勞動強(qiáng)度低、保護(hù)環(huán)境、有利于社會可持續(xù)發(fā)展。采用裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)，可以有效節(jié)約資源和能源，提高材料在現(xiàn)實(shí)建筑節(jié)能和結(jié)構(gòu)性能方面的效率，減少現(xiàn)場施工對場地等條件的要求，減少建筑垃圾和對環(huán)境的不良影響，提高建筑功能和結(jié)構(gòu)性能，實(shí)現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)保”的綠色發(fā)展要求，實(shí)現(xiàn)低能耗、低排放的建造過程，促進(jìn)我國建筑業(yè)的整體發(fā)展，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的節(jié)能減排目標(biāo)。裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)是裝配式建筑中結(jié)構(gòu)整體性能、抗震性能較好且研究與應(yīng)用較廣泛的一種結(jié)構(gòu)體系。

1 工程概況

該辦公綜合樓位于龍海市浮宮鎮(zhèn)。地塊形狀規(guī)則平整，西北側(cè)輕工東路往省道208線，南側(cè)規(guī)劃道路往疏港公路。辦公樓占地面積約812.7m2，建筑面積5793m2，地上7層，無地下室，建筑高度為23.30m，如圖1所示。場地的地震基本烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15g，設(shè)計地震分組為第二組。抗震設(shè)防類別為丙類，建筑場地類別為Ⅲ類場地。基本風(fēng)壓為 0.70kN/m2，地面粗糙度為B類。結(jié)構(gòu)體系采用裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，預(yù)制率達(dá)56%。框架抗震等級為三級，抗震構(gòu)造措施為二級?；A(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)。

圖1 辦公綜合樓整體效果圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

辦公綜合樓3～5層為辦公區(qū)，6～7層為宿舍，結(jié)構(gòu)平面長度為47m，寬度為17m，主要建筑平面如圖2所示。在方案階段，根據(jù)建筑功能需求以滿足裝配式建筑“少規(guī)格、多組合”的特點(diǎn)，框架柱僅收縮一次斷面。結(jié)構(gòu)平面X方向僅設(shè)置框架梁，Y向在跨中位置設(shè)置一道次梁，框架梁和次梁分別確定為一種截面尺寸。因X方向軸距均為6.6m，樓板采用單向板。經(jīng)過結(jié)構(gòu)計算分析，結(jié)構(gòu)平面布置示意如圖3所示。

圖2 建筑三～五層平面圖

3 平面拆分

預(yù)制構(gòu)件拆分是否科學(xué)，將直接影響到建筑功能、建筑平立面、結(jié)構(gòu)受力狀況、預(yù)制構(gòu)件承載能力、工程造價等的好壞。該工程作為業(yè)主單位的辦公樓，也是試驗(yàn)裝配式技術(shù)的實(shí)驗(yàn)樓，一方面要滿足預(yù)制構(gòu)件種類的多樣化，業(yè)主可進(jìn)行各種預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、存儲、吊運(yùn)、安裝、施工等環(huán)節(jié)技術(shù)。另一方面也要做到每種預(yù)制構(gòu)件的規(guī)格少，重復(fù)率高，降低成本，提高構(gòu)件制作的效率和質(zhì)量穩(wěn)定性。

二層建筑設(shè)置廚房、餐廳、大會議室，并于一層大堂上空樓板開洞，相較其他層，荷載較大，平面較不規(guī)則，導(dǎo)致樓面梁截面尺寸較大且與其他標(biāo)準(zhǔn)層不同，不利于標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的設(shè)計，單獨(dú)生產(chǎn)用于此樓層的預(yù)制構(gòu)件，則將增加建造成本。基此，二層樓面及以下均為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

3～5層為辦公用房，在結(jié)構(gòu)方案階段對平面規(guī)則性與構(gòu)件統(tǒng)一進(jìn)行把控，保證了后續(xù)拆分設(shè)計的順利進(jìn)行。3～5層結(jié)構(gòu)拆分平面如圖4所示，除樓梯、電梯間周圈梁板，平面右上角衛(wèi)生間采用現(xiàn)澆外，其余區(qū)域均采用預(yù)制柱、預(yù)制梁及疊合樓板。

6～7層為宿舍，結(jié)構(gòu)平面布置與3～5層差別不大，除衛(wèi)生間現(xiàn)澆外，框架柱、框架梁、次梁、樓板均采用預(yù)制。

屋面層結(jié)構(gòu)原建造方案同3～5層結(jié)構(gòu)，后考慮到疊合樓板防水抗?jié)B性能不如現(xiàn)澆樓板，因此最后屋面層梁及樓板采用現(xiàn)澆形式，而框架柱保留預(yù)制裝配式形式，如圖5所示。

綜上所述，該工程預(yù)制范圍包含框架柱、框架梁、次梁、樓板、樓梯、外墻等，預(yù)制率達(dá)56%。主要預(yù)制構(gòu)件尺寸如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸表

圖4 3～5層結(jié)構(gòu)拆分平面圖

圖5 屋面層結(jié)構(gòu)拆分平面圖

4 節(jié)點(diǎn)連接

裝配整體式建筑能夠達(dá)到等同現(xiàn)澆的性能，節(jié)點(diǎn)連接是關(guān)鍵，該工程采用符合國家及福建省現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范規(guī)定的連接形式。

(1)預(yù)制柱與預(yù)制梁節(jié)點(diǎn)做法

預(yù)制梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)后澆混凝土，上下柱縱向鋼筋采用套筒灌漿連接，梁與柱的連接采用梁下部縱筋交錯式整澆節(jié)點(diǎn)。預(yù)制梁底筋水平錯開，節(jié)點(diǎn)兩側(cè)反對稱布置。如箍筋角部沒有縱向受力鋼筋，在該角落設(shè)置輔助縱向鋼筋，輔助縱向鋼筋不伸入梁柱節(jié)點(diǎn)。預(yù)制中間層中柱及預(yù)制梁的裝配整體式框架節(jié)點(diǎn)做法如圖6所示，預(yù)制中間層邊柱及預(yù)制梁的裝配整體式框架節(jié)點(diǎn)做法如圖7所示。

圖6 預(yù)制中間層中柱及預(yù)制梁的裝配整體式框架節(jié)點(diǎn)

圖7 預(yù)制中間層邊柱及預(yù)制梁的裝配整體式框架節(jié)點(diǎn)

(2)主次梁牛擔(dān)板連接做法

為了方便施工安裝，該工程主次梁采用牛擔(dān)板連接做法，該做法優(yōu)勢是預(yù)制主梁與次梁連接處不需要混凝土斷開，避免了吊裝時容易彎折預(yù)制主梁主筋的風(fēng)險。具體做法如圖8所示。

圖8 主次梁牛擔(dān)板連接節(jié)點(diǎn)

(3)疊合樓板端部及接縫處構(gòu)造做法

該工程疊合樓板采用單向板設(shè)計，預(yù)制部分厚60mm，后澆部分厚80mm。疊合板構(gòu)造措施參考15G310-1《裝配式混凝土連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造》。

5 外掛墻板設(shè)計

該工程南北立面預(yù)制外掛墻板通過對墻板單體，如圖9所示。進(jìn)行對稱、鏡像，再進(jìn)行有規(guī)律地排列組合，形成豐富立體的空間效果。

預(yù)制外掛墻板作為非承重結(jié)構(gòu)，本工程墻板根據(jù)生產(chǎn)、施工安排，建議采用“后安裝法”施工方式，即待主體結(jié)構(gòu)施工后，再將預(yù)制好的墻板安裝在主體結(jié)構(gòu)上。設(shè)計時經(jīng)過方案比選后確定采用點(diǎn)支承連接方式，墻板與主體結(jié)構(gòu)之間的連接形式為下端兩個承重節(jié)點(diǎn)，上端兩個轉(zhuǎn)動節(jié)點(diǎn)。保證在使用階段各工況下，墻板與主體結(jié)構(gòu)連接安全可靠，并可使墻板在平面內(nèi)有變位調(diào)整能力，節(jié)點(diǎn)做法如圖10所示。

該預(yù)制墻外掛墻板單體結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜，重量較大，重心位置均不在水平和豎向的中心位置，結(jié)構(gòu)設(shè)計時通過有限元軟件進(jìn)行脫模吊點(diǎn)、吊裝吊點(diǎn)比較分析得出合理的吊點(diǎn)，并通過有限元分析得出各工況內(nèi)力和支承節(jié)點(diǎn)反力，具體內(nèi)容另詳見論文細(xì)述。

圖9 外掛墻板排列組合

圖10 外掛墻板干式連接節(jié)點(diǎn)

6 BIM貫穿全流程設(shè)計

BIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是整合信息，提高效率，通過把建筑業(yè)務(wù)流程和表達(dá)建筑物本身的信息更好地集成起來，使傳統(tǒng)的建筑信息模型延伸至動態(tài)的建筑信息模型。在裝配式精細(xì)化設(shè)計中，BIM技術(shù)尤為重要。該工程從方案設(shè)計到深化設(shè)計全流程運(yùn)用BIM技術(shù)，在方案階段，通過BIM參數(shù)化技術(shù)形成豐富的立面，在施工圖設(shè)計階段，通過BIM軟件直接出施工圖，設(shè)備管線與土建之間的所有碰撞問題消滅在虛擬的電腦之中。

在裝配式深化設(shè)計階段，將鋼筋納入模型中，對鋼筋的排布進(jìn)行校核，完成鋼筋的深化。在預(yù)制結(jié)構(gòu)的連接區(qū)域，如梁柱節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行鋼筋碰撞校核，方便、準(zhǔn)確地尋找出碰撞問題。有效地提高圖紙質(zhì)量，減少后期施工問題。

該工程由于預(yù)制外掛墻板造型復(fù)雜，外掛墻板模板圖和配筋深化圖均通過BIM軟件繪制，解決了二維軟件無法實(shí)現(xiàn)的空間構(gòu)件深化圖繪制問題。

7 結(jié)語

本文以一框架結(jié)構(gòu)辦公樓為例，對裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計過程做了詳細(xì)的論述，對以后類似項(xiàng)目的設(shè)計施工具有一定的參考價值。

圖11 現(xiàn)場施工照片

目前該辦公樓正在施工中，如圖11所示，得益于精細(xì)化的深化設(shè)計及BIM技術(shù)，現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)件的安裝快速有序，節(jié)約了現(xiàn)場人工成本，同時提高了建造效率，是一項(xiàng)成功的裝配式建筑實(shí)施案例。

[1] DBJ 13-216-2015 福建省預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].福建：海峽出版發(fā)行集團(tuán)，2015.

[2] JGJ 1-2014裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[3] 中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.裝配式建筑系列標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用實(shí)施指南(裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑)[M].北京：中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院，2016.

TheDesignofaPrefabricatedFrameStructureofanOfficeBuilding

ZHANGShuchuan1GUOLiming2XIAOWei1HEYong2KUANGZiyou1FANQingxiang2SUKunhe1QIUDeyu2

(1.Xiamen Hordor Architecture & Engineering Design Group Co.LTD,Xiamen 361004; 2.Longcheng Construction Industry,Zhangzhou 361004)

In this paper,the design method of prefabricated frame is discussed by means of the prefabricated frame design,plane distribution,facade panel design and connections of an office building.

Prefabricated frame; Distributed design; Facade panel ;Office building

TU3

A

1004-6135(2017)11-0040-05

張樹傳(1971.7- )，教授級高工。

E-mail:zhangsc@hordor.com

2017-08-23