聶 宏 星

(容海川城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030027)

相比傳統(tǒng)建設(shè)方法，裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)生產(chǎn)效率高、施工速度快，既節(jié)省模板，降低工程費(fèi)用，又具有外裝飾效果，適合工業(yè)化生產(chǎn)，故在現(xiàn)代土木工程中得到越來(lái)越多的應(yīng)用[1]。然而，就目前來(lái)看，其作為一種新型建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)方法還不是很成熟，設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性尚欠缺，應(yīng)用的案例及可利用經(jīng)驗(yàn)也較少。因此，對(duì)其設(shè)計(jì)方法及要點(diǎn)進(jìn)行分析與探討，提高設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、合理性及可操作性，已迫在眉睫。

1 裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

1.1 裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)是為提高工程的整體性和抗震性，由預(yù)制混凝土構(gòu)(部)件通過(guò)連接并現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土而成[2]?，F(xiàn)階段，裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，在現(xiàn)代土木工程中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

1.2 裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合了現(xiàn)澆整體式和預(yù)制裝配式的優(yōu)點(diǎn)，其具有如下優(yōu)點(diǎn)[3]：

1)工業(yè)化生產(chǎn)。

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)由于“裝配”而來(lái)，具備裝配結(jié)構(gòu)的一般特點(diǎn)，即所需各種預(yù)制構(gòu)件可直接在工廠中統(tǒng)一生產(chǎn)，有效提高生產(chǎn)效率。

2)產(chǎn)品質(zhì)量佳。

通過(guò)工廠工業(yè)化生產(chǎn)，能夠更為嚴(yán)格的控制構(gòu)件尺寸與外觀，各項(xiàng)參數(shù)更為準(zhǔn)確，使其可實(shí)現(xiàn)集約化管理，提高預(yù)制件的質(zhì)量，降低對(duì)工程結(jié)構(gòu)性能的影響。

3)成本費(fèi)用低。

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)工業(yè)化生產(chǎn)使其資源利用率及生產(chǎn)率更高，從而可以降低成本。

4)施工難度小。

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)由于“裝配”性能，使其便于施工，即通過(guò)對(duì)施工人員簡(jiǎn)單培訓(xùn)，便可實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的連接與安裝，并且，因?yàn)樽鳂I(yè)工序的減少，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督管理難度也更低。

5)外部干擾少。

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可將各種給排水、供電管道等與主體工程有效結(jié)合，減少不同項(xiàng)目之間的相互干擾，保證結(jié)構(gòu)在施工中順利實(shí)施。

然而，作為新生事物，裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)仍具有以下缺點(diǎn)：

1)設(shè)計(jì)難度大。

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)是我國(guó)一個(gè)新的建筑結(jié)構(gòu)，多數(shù)設(shè)計(jì)人員尚缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，也未形成完整的體系與規(guī)范，對(duì)于想要達(dá)到理想的設(shè)計(jì)目標(biāo)而言，還存在一定難度。

2)整體性較差。

相比傳統(tǒng)工程結(jié)構(gòu)來(lái)講，由于裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行后期拼裝，加之一般建筑工程結(jié)構(gòu)具有龐大的特點(diǎn)，故整體效果存在一定差距。

3)運(yùn)輸限制多。

由于裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)不同于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，其經(jīng)過(guò)工業(yè)化生產(chǎn)還需要運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝施工，會(huì)有運(yùn)輸費(fèi)用的增加；同時(shí)，為了保證構(gòu)件拼接時(shí)的完好性，預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸時(shí)要嚴(yán)禁任何因素造成損壞。因此，裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)運(yùn)輸時(shí)，需充分考慮各影響因素及預(yù)防措施，盡量短距離運(yùn)輸，降低運(yùn)輸成本的同時(shí)，保證質(zhì)量的完好，以備正常使用。

2 國(guó)內(nèi)外裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)常用的設(shè)計(jì)方法

2.1 國(guó)外設(shè)計(jì)方法

科學(xué)、合理、可行的設(shè)計(jì)方法是保證裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于實(shí)際建筑的基礎(chǔ)。目前，國(guó)外采用的設(shè)計(jì)方法與整體現(xiàn)澆式大有不同，其采用的是具有優(yōu)良的非線性特性、在線彈性范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)的恢復(fù)性能良好的基于性能的設(shè)計(jì)方法[4]。采用此方法設(shè)計(jì)的裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)，在地震等外力作用下，彈塑性變形發(fā)生在構(gòu)件的連接區(qū)域，而基本不會(huì)發(fā)生在構(gòu)件本身上，外力下?lián)p壞也是如此?？梢哉f(shuō)，這種設(shè)計(jì)方法使結(jié)構(gòu)在地震下具有相當(dāng)強(qiáng)的可修復(fù)性。

2.2 國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)方法

與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)目前采用的設(shè)計(jì)方法不如國(guó)外先進(jìn)與成熟。國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)方法與整體現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法類似，只是相對(duì)增加了設(shè)計(jì)任務(wù)的工作量，增多了設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮的因素，并針對(duì)工程建設(shè)的具體實(shí)際情況，加強(qiáng)了設(shè)計(jì)階段各專業(yè)及各階段參與方的協(xié)作等，此方法設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)，地震作用下易使預(yù)制構(gòu)件發(fā)生破壞[5]。因此，對(duì)于我國(guó)而言，目前加強(qiáng)裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究，促進(jìn)結(jié)構(gòu)的整體性、穩(wěn)定性及抗震性已勢(shì)在必行。

3 我國(guó)裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是由預(yù)制混凝土構(gòu)(部)件連接、裝配而成，具有改善質(zhì)量、縮短建設(shè)周期、節(jié)約能源和清潔生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。20世紀(jì)末開始尤其是近10年，隨著建筑業(yè)“四節(jié)一環(huán)保”可持續(xù)發(fā)展要求的提出，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、材料技術(shù)、施工技術(shù)的進(jìn)步，作為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的重要方面，裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)建筑業(yè)發(fā)展迅速。目前，為了配合和推廣裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用，在國(guó)家和各地政府建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化政策支持下，我國(guó)根據(jù)裝配式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)制定了相應(yīng)的規(guī)范和規(guī)程，如JGJ 1—2014裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程、JGJ 355—2015鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程等[6]。然而，由于裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)是為提高工程的整體性和抗震性，由預(yù)制混凝土構(gòu)(部)件通過(guò)連接并現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土而成，其在現(xiàn)階段雖然發(fā)展迅速，應(yīng)用也極為廣泛，但也存在自身的缺陷，如整體性較差、設(shè)計(jì)難度大等。因此，新形勢(shì)下，在裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮“裝配”及“整體”等特點(diǎn)，貫徹結(jié)構(gòu)整體性的概念設(shè)計(jì)，使其能夠更好地實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、工期、成本和環(huán)保等方面要求。

4 改善我國(guó)裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及要點(diǎn)探討

4.1 整體現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整體現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)及第一步，因此，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范及實(shí)際情況，完成一個(gè)初步的、可靠的設(shè)計(jì)方案，為裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.2 預(yù)制構(gòu)件拆分與歸并

預(yù)制構(gòu)件拆分與歸并是裝配整體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的另一重要環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)時(shí)需注意如下幾點(diǎn)：

1)預(yù)制構(gòu)件拆分之前，設(shè)計(jì)人員需與施工方進(jìn)行溝通，考慮施工條件(如預(yù)制構(gòu)件的吊具及承載能力等)，或者征得業(yè)主的同意(具體施工單位不確定時(shí))之后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定及一般施工水平，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行拆分與歸并設(shè)計(jì)；

2)設(shè)計(jì)人員應(yīng)掌握預(yù)制構(gòu)件制作方的制作方法和加工精度，同時(shí)對(duì)整體現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初步方案進(jìn)行分析，了解方案中梁、板等的功能和安裝部位及各部位相互聯(lián)系，以便制定預(yù)制構(gòu)件的安裝方法和裝配方案；

3)由于裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)有著自身的特點(diǎn)，拆分和歸并后的預(yù)制構(gòu)件盡可能的保證截面形狀相同，盡可能減少?gòu)濄^的數(shù)量，同時(shí)，種類要盡量減少，遵循“少規(guī)格、多組合”基本原則，從而減少模板的種類，以便于實(shí)際施工階段能順利完成預(yù)制構(gòu)件的安裝和裝配；

4)澆筑完后，預(yù)制構(gòu)件需要通過(guò)交通工具送到施工現(xiàn)場(chǎng)，為了提高工程質(zhì)量及整體性，預(yù)制構(gòu)件拆分與歸并還應(yīng)滿足運(yùn)輸、堆放及質(zhì)量的控制要求；

5)拆分與歸并完畢后，在進(jìn)行下一環(huán)節(jié)之前，需用整體現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行重新計(jì)算，并根據(jù)結(jié)果，正常進(jìn)入下一環(huán)節(jié)，或者有針對(duì)性的調(diào)整拆分與歸并方案，直至滿足設(shè)計(jì)要求等。

4.3 三維碰撞檢測(cè)

預(yù)制構(gòu)件的拆分與歸并完畢后，便可進(jìn)入預(yù)制構(gòu)件的裝配環(huán)節(jié)。為了保證實(shí)際施工過(guò)程中，預(yù)制構(gòu)件的裝配能順利進(jìn)行，應(yīng)采用一定的技術(shù)如BIM技術(shù)等在裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中增加碰撞檢測(cè)。具體設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

1)選擇需要進(jìn)行的測(cè)試項(xiàng)目；

2)根據(jù)要求設(shè)置碰撞檢測(cè)的規(guī)則；

3)查看三維碰撞檢測(cè)結(jié)果；

4)生成碰撞檢測(cè)報(bào)告。

4.4 預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)

在裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)尤為重要，其包括鋼筋組裝圖、模具圖和吊裝圖設(shè)計(jì)等。實(shí)際工程中，預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)由構(gòu)件廠完成。其注意點(diǎn)分別如下：

1)鋼筋組裝圖設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，要對(duì)每種類型鋼筋進(jìn)行編號(hào)標(biāo)示，且保證編號(hào)唯一，不能錯(cuò)亂，以為預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的本質(zhì)基礎(chǔ)；

2)模具設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)其強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，并應(yīng)保證模具和構(gòu)件連接緊密和混凝土的養(yǎng)護(hù)；

3)吊裝圖設(shè)計(jì)包括豎向構(gòu)件和水平構(gòu)件的吊裝設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)需注意構(gòu)件的堆放、吊具的種類和承載力及吊環(huán)對(duì)構(gòu)件運(yùn)輸和裝配的影響。

4.5 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝配整體式結(jié)構(gòu)因整體性較低，抗震能力相對(duì)不足，故為達(dá)到工程安全性與穩(wěn)定性目標(biāo)，保障人們?nèi)松砼c財(cái)產(chǎn)安全，裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)尤其重視抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。具體的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)應(yīng)詳細(xì)了解抗震規(guī)范，保障工程設(shè)計(jì)滿足相關(guān)規(guī)范；

2)需總結(jié)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，綜合分析實(shí)際情況，不斷完善抗震設(shè)計(jì)方案；

3)應(yīng)提高建筑平面的對(duì)稱性與規(guī)則性，以平均分配由于地質(zhì)變化等引起的應(yīng)力改變，同時(shí)保證豎向抗側(cè)力構(gòu)件的均勻性與連續(xù)性，有效提高工程整體性，保障工程抗震能力；

4)選擇應(yīng)用樁筏基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建設(shè)，減少常見的不均勻沉降問題發(fā)生；

5)用多螺式柱箍筋加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)約束力，提高構(gòu)件抗震性能；

6)對(duì)剪力墻與框架柱的軸壓比進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，同時(shí)保證預(yù)制構(gòu)件結(jié)合部位、疊合梁及板現(xiàn)澆部分的密實(shí)度，并依照雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的要求設(shè)計(jì)工程，以保障建筑工程的抗震性滿足要求等。

4.6 關(guān)鍵構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)的連接設(shè)計(jì)

為保障構(gòu)件間連接的合理性及工程整體性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，做好裝配整體式結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)的連接設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)有：

1)多螺箍筋柱設(shè)計(jì)時(shí)，要注意大小螺旋箍筋之間的交匯面積；

2)疊合樓板設(shè)計(jì)時(shí)，可將樓板的表面設(shè)計(jì)為大小與凸凹低于4 mm的人工粗糙面，以滿足樓板抗剪力的需求；

3)豎向結(jié)合面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)疊合層混凝土各參數(shù)性能，計(jì)算各種預(yù)制構(gòu)件所需要的抗剪值以提高工程整體質(zhì)量；

4)在設(shè)計(jì)梁、柱間的節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)首先考慮節(jié)點(diǎn)的抗剪設(shè)計(jì)，同時(shí)，對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)縱橫方向采取等高截面，減少可使用模板類型，并有效控制預(yù)制構(gòu)件成本；

5)連接部分設(shè)計(jì)時(shí)，預(yù)制板中的鋼筋應(yīng)長(zhǎng)于構(gòu)件的斷部，以避免碰撞而影響施工。此外，還應(yīng)利用附加接縫鋼筋對(duì)連接進(jìn)行處理提高連接力度，采用一筆箍方式提高箍筋保護(hù)層效果等。

5 結(jié)語(yǔ)

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)作為一種新型建筑結(jié)構(gòu)，具有眾多優(yōu)勢(shì)，符合我國(guó)綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)及新時(shí)期建筑業(yè)的發(fā)展方向。然而，我國(guó)裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)目前應(yīng)用所累積的經(jīng)驗(yàn)尚不足，存在設(shè)計(jì)難度大、整體性較差、運(yùn)輸限制較多等缺陷。因此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員還需積極學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)理念，從四大環(huán)節(jié)及抗震結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)等方面，對(duì)其做好各細(xì)節(jié)控制及優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高我國(guó)裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，推動(dòng)其可持續(xù)發(fā)展。