211026790_装配式建筑在框架结构设计中的应用分析
价值工程
0引言
装配式建筑在我国蓬勃发展，应用率也在不断提升。我国工业化水平也在不断提升，预制构件的质量越来越
好，制造速度越来越快，
走的结构装配式建筑也进入了发展的黄金期。装配式柱梁结构体系从预制构件应用的类型来看种类
并不多，主要是柱、
主梁、次梁、楼板、楼梯，构件的外形比较规整，但构件外形简单并不意味着建造筒单。装配式结
构能够达到与现浇结构相同的抗震性能，
同样也遵循着强节点、弱构件的设计原则。很多时候施工中发生的问题不
能单纯地归咎于野蛮施工，
把责任推给施工方，而有可能存在设计上的先天不足。
1装配式混凝土建筑设计概述1.1装配式混凝土结构的概念
装配式混凝土结构是以钢筋混凝土预制构件为主，
现场可靠连接和组装的混凝土结构。
装配式混凝土结构可按特定程序连续完成工程的多个或全部工序，
减少进场所需施工机械的种类和数量，减少施工工序连接的空闲时间，
实现立体交叉作业，
减少施工人员，提高工作效率，减少材料消耗，减少环境污染，为绿施工提供保障。
装配式结构也在很大程度上减少了建筑垃圾，
如废钢筋、废铁丝、废竹木和废混凝土。
1.2装配式混凝土建筑设计的特点
装配式混凝土建筑的设计比现浇混凝土建筑对建筑、结构、水电暖通设备各专业设计配合的密切程度要求更
高，同时装修设计也需要被纳入设计体系，
提前到施工图设计阶段介入。
整个设计过程须具有高度的衔接性和互动性，设计要求也更加精细化、模数化和标准化。
装配式混凝土建筑的设计流程有别于传统现浇项目，
设计过程需要遵循一定原则，
按装配式建筑的规律和特点进行设计，完成流程中每个节点的设计内容，才能把装配式设计做好。
1.3装配式混凝土建筑的发展现状
装配式混凝土建筑作为新鲜事物，
近几年在国内也迅速发展起来。与多数国家一样，
目前我国开始推行装配式建筑的实施时也都给予了政策扶持，
我国各地也制定了鼓励装配式建筑发展的政策，且带有强制性的要求。我国的
装配式建筑仍处于发展的初级阶段，
距离市场自觉采用装配式建筑的成熟阶段还有很长的路要走。
2装配式建筑在框架结构设计中常见问题
习惯了现浇结构的设计人员在设计装配式结构时，
若无特殊提示往往按现浇思路去设计，
但其实，结构布置对装配式结构却有着很大的影响，
布置不合理往往是造成装配式结构施工效率低、成本高的主要原因之一。
2.1楼盖设计
楼盖预制装配方案的经济性和设计优化考量，
应综合考虑生产安装效率、
人工成本、工业化水平等，达到成本最优的目的。
叠合板设计分为单向板和双向板两种。
叠合板的拆分方式如图1所示，
当预制板之间采用分离式接缝时，按单向板进行设计，板的受力传导方式按单向板对边导荷，接
缝处容易出现裂缝，
故接缝处须采取加强构造措施，如图2所示；
对长宽比不大于3的四边支承叠合板，当采用整体式接缝或整间板设计时，
按双向板进行设计，受力传导方式按双向板四边导荷，板间采用后浇带整体式连接接
缝，在支座处伸出钢筋进行锚固，
如图3所示。单向密拼叠合楼板较双向叠合楼板在生产制作和安装效率方面有较大优势，对拼缝不敏感的公建项目或有装修吊顶的住宅项目，宜优先选用单向板拆分设计方案。
叠合板尺寸应根据叠合板的平面尺寸、分缝原则、
工厂生产模台尺寸、运输宽度限制的要求确定。可通过适当增加叠合板宽度或采用标准宽度加上调整宽度的方法来减少板类型的数量。
2.2预制柱设计
框架柱作为柱梁结构体系中主要竖向受力构件，
是结构整体抗侧移刚度的重要组成部分。在结构的概念设计中，
要求结构的竖向和水平布置宜使结构具有合理的刚度和承载力分布，
避免由于刚度和承受力的局部突变或结构——————————————————————
—作者简介：李飞（1995-），男，河北保定人，助理工程师，工学学
士，研究方向为建筑结构设计。
装配式建筑在框架结构设计中的应用分析
Application Analysis of Fabricated Building in Frame Structure Design
李飞LI Fei
（北京市住宅建筑设计研究院有限公司，
北京100010）（Beijing Residential Architecture Design and Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100010，China ）
摘要：文章将对装配式建筑在结构设计中的应用分析，
根据多年从事结构设计的工作经验，并查阅相关资料，分析了装配式建筑在框架结构设计中的应用。文章从装配式混凝土建筑设计概述、
装配式建筑在框架结构设计中常见问题等方面进行了分析。Abstract:This article will analyze the application of prefabricated buildings in structural design,based on many years of experience in structural design and consulting relevant information,and analyze the application of prefabricated buildings in frame structure design.The article analyzes the design overview of prefabricated concrete buildings and common problems in the design of frame structures for prefabricated buildings.
关键词：装配式建筑；
结构设计；框架结构Key words:prefabricated buildings ；structural design ；frame structure 中图分
类号:TU318文献标识码:A 文章编号:1006-4311（2023）09-094-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.09.031
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Value Engineering
图4梁柱边平齐布置
300250
50
KIAa
Z-C2500×600
20
FL-C24300×260×190
50
250300
KIAa
的扭转效应而形成薄弱部位，
结构的侧向刚度宜自下而上逐渐均匀变化。因此，
柱的变截面设计通常根据荷载大小和刚度分布进行。
柱变截面设计对于现浇施工没有太大影响，只需按照构造要求进行下层柱纵筋收头或弯折即可，但是考虑到预制构件的生产和装配特点，截面变化过多不
仅会使得生产模具规格和数局增多，
造成构件的生产成本升高，还会使现场施工的难度增加。结构设计考虑受力合
理性和经济性，
柱在截面尺寸变化的数量和方式上做一些适应装配式结构特点的调整也是必要的。
柱截面变化的同时，还需要注意预制柱纵筋变化的问
题，若柱截面不变，
而钢筋面积减少，则不宜变化钢筋根数，
而是尽量采用上下根数不变，直径变化的方式。若截面变化，钢筋面积也变化时，尽量保持相同投影截面内的钢
筋根数与对应关系不变化。此外，
由于纵向钢筋主要通过灌浆套管连接，常规套管两端的对接钢筋直径不应跳级。
《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》
（JGJ 355-2015）第4.0.5-2条规定，接头连接钢筋的直径规格不得大于灌浆套管规定的连接钢筋直径规格，且不宜小于灌浆套管规定的连接钢筋直径规格一级以上，这是设计中应注意的重要
问题。
这就要求设计人在进行预制柱详图设计时不能分层设计，而应上下层贯通考虑，才能保证预制柱钢筋的合理设置。
2.3预制梁设计
装配式柱梁结构体系的预制边柱与预制边梁的吊装
施工往往费工费时，
钢筋冲突干涉情足施工进度而随意截断外露钢筋的违规操作。
当梁与柱按齐边布置时，
为防止梁外侧纵筋与柱外侧纵筋发生干涉，
需将梁外侧纵筋在预制构件内按1:6水平斜弯折后伸出进行避让
（图4）。当梁柱配筋不多，通过这种方式弯折梁筋后可以实现钢筋避让时，
建筑和结构专业在设计时无须做特殊考虑。当梁柱配筋较多，
此方式中梁与梁的钢筋相互干涉情况处理起来非常困难，
尤其当遇到梁筋除了水平弯折还需同时向上弯折的特殊情况，
要做到空间斜向弯折是难以实现的。
当采用梁边与柱边不平齐的布置方式时
（图5），梁在平而排布上向内侧移50mm ，这个方法可以较好地解决钢筋干涉问题，
可以降低预制构件的生产难度，
还可以提高施工效率、保证施工质量。但是须特别注意的是采用此方法会对建筑立面造型和楼层间防火分区阻隔产生一定影响，所以须在建筑早期确定方案效果时就应提出并讨论。
当采用预制装配时，
主梁布置时宜采用有高差的设计方式。倘若柱梁交叉节点XY 两个方向框架梁梁高一样，
即梁底平齐，
由于预制梁端外伸钢筋位置在工厂生产时已定型，而事先未考虑梁下部出筋互相避让的话，
待到预制梁吊装时由于两方向梁底筋十字交叉且位于同一标高，
会造成垂直重叠产生干涉冲突，
而构件成型钢筋又难以随意弯折，将导致施工变得困难。同样地，在预制主次梁相交
时，若连接方式采用次梁钢筋锚固于主梁内的方式，
设计时也需考虑主次梁高差，
或是考虑次梁下部纵筋弯折避让和锚固。在次梁布置时宜单向布置，尽量避免梁与梁的交叉，这样可以降低预制构件加工、施工安装的难度，预制构件受力传递路径也会比较清晰。
2.4预制梁柱节点
柱梁构件基本都是长方体，钢筋和模具加工相对简单，生产效率较高。装配式柱梁结构的柱梁核心区应重点关注，尤其核心区为现浇节点时更应当重视。预制柱和预
制梁体积、重量、钢筋直径都相对较大，
现场很难临时调整，
设计时若考虑不周就可能导致无法施工甚至部分预制图1叠合板拆分方式
单向叠合板双向叠合板
叠合板
梁或墙分离式接缝
整体式接缝
叠合板
梁或墙
图2单向叠合板板侧接缝构造
板底连接纵筋A sd 板底连接纵筋A sd
附加通长构造钢筋附加通长构造钢筋通长附加钢筋≥ϕ6
30~50
≥15d ≥15d ≥15d ≥15d （a ）密拼接缝
（b ）后浇小接缝
直径≥ϕ6，间距≤300直径≥ϕ4，
间距≤300图3双向叠合板板侧接缝构造
≥10
≥I a
l h ≥200
≥10
接缝处顺缝板底纵筋A 12
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价值工程
图5梁柱边不平齐布置
1000×800
15
500×650
梁连接套筒65
200
500
1352006555
400959555100100
135200
500构件不得不报废。
柱梁节点按平面部位划分，
可分为L 形角部节点、T 形边侧节点、
十字形中间节点，其中十字形中间节点由于XY 两方向都有预制梁，
因此最为复杂。现浇施工时，柱的两侧梁底部钢筋在支座处通常是通长排布，基本不会出现钢筋
锚固困难或操作空间不足的问题，
因此十字形节点处理起来并不算难。而预制装配施工时，
柱两侧梁的底部钢筋随着预制梁一体化生产伸出，两侧梁筋都需要在支座内分别
锚固，
并满足水平锚固长度过支座中心至对面柱纵筋内测向上弯折
（图6）。由于梁筋有弯起，只能采用水平并排错开的方式互相避让，
按钢筋排布构造要求还需满足钢筋之间净距不小于25mm 与钢筋直径最大值的要求。
当梁宽度较小而钢筋较多时，既要考虑两侧梁钢筋之间的净距要求，还要避让预制柱伸上来的纵筋，就很难满足作业要求。
为简化施工保证施工质量，
可使用钢筋端部锚固板来替代钢筋弯起段，使核心区有更大的操作空间。目前，工程
中经常采用部分锚固板（图7）
，即预制梁钢筋水平锚固长度+端部锚板的方法，通过锚筋与混凝土的粘结作用和锚板的承压作用共同承担钢筋的锚固力。当两侧梁筋水平并
列交借空间不足时，可以采用梁筋竖向上下交错，采用钢
筋端部锚固板的方式来实现锚固。
当采用锚固板也无法保证梁筋互相避让时，
尤其是当XY 两个方向的四根梁分别都有梁筋伸进支座锚固时，设计中梁筋横向连接可以考虑使用灌浆套筒的方式。
灌浆套筒内壁中间没有限位隔挡，套筒可沿梁筋左右横移，
两侧梁筋无须考虑交错相互避让而居中对接，
施工时将套筒套住两侧钢筋，
且都满足伸入长度8d 后再进行灌浆。这种方法相当于将钢筋拉通，且可以在同一截面连接，
极大的简化了设计工作量。
为了减少核心区梁筋的锚固干涉，有时也采用连跨
梁。连跨梁中间的混凝土断开而钢筋贯通，
混凝土断开部位设在柱子支座处，
钢筋排布同现浇一样在支座处通长设置，
设计时考虑避让梁筋与柱筋的位置，吊装时相邻两根预制梁一并安装，
施工效率高且质量好。但是由于连跨梁重量偏大，需选用较大起重量的起重设备，
所以应对吊装机械措施费的性价比进行分析比较。
3结语
分析造成上述这些问题的原因，
基本都是因设计考虑不周或设计经验不足而导致的。通过对问题的详细剖析，
掌握容易出错的地方，
才达到预防问题发生的目的。由于梁柱节点多样化，
且节点之间关联性很强，因此设计时不可按区域或按楼层分开设计，
应各个节点同步设计，宜按照先节点、后构件的顺序进行设计，
有条件的可采用三维建模来进行细部设计或校核。
参考文献:
[1]洪斌.装配式建筑用套筒灌浆料的制备及应用研究[D].东南大学，2017.
[2]王晓锋，
沙安，洪洁，等.行业标准《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》（JGJ 355-2015）编制概况[J].混凝土世界，2015（07）：8-13.
[3]阎鹏举.浅谈装配式混凝土建筑发展[J].工程建设标准化，2015（01）：305.
[4]朱建华.装配式混凝土框架结构施工控制研究[D].苏州科技学院，2020.
图6
梁筋端部弯锚
图7
梁筋端部锚固板
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