[分享]装配式建筑的设计流程是怎样的？
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《装配式混凝土建筑设计与应用》
一般而言，任何形式的钢筋混凝土现浇结构体系建筑，如框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、部分框支剪力墙结构、无梁板结构等，都可以实现装配式。但因为抗震等因素，目前国内尚没有实现所有结构构件预制的装配式建筑。从结构形式上来看，装配式混凝土建筑的结构体系主要有：框架结构体系；剪力墙结构体系；框架-剪力墙结构体系；框架-核心筒结构体系；框架-钢支撑结构体系等。按照结构中预制混凝土构件应用部位及预制率的不同又可分为：
（1）竖向承重构件现浇，外围护墙、内隔墙、楼板、楼梯等构件预制；
（2）部分竖向承重构件以及外围护墙、内隔墙、楼板、楼梯等采用预制形式；
（3）全部竖向承重构件，水平构件和非结构构件均采用预制形式。
以上三种情况结构的预制率由低到高，具体分类详见表4.1。
表4.1预制构件的应用部位
目前，装配式混凝土结构设计的基本原则是基于“等同原则”，即通过采用可靠的连接技术与必要的构造措施，使装配式混凝土结构与现浇混凝土结构达到基本相同的力学性能。进而可以采用现浇结构的分析方法进行装配式混凝土结构的内力分析和设计计算。要实现“等同原则”，结构构件可靠的连接是根本保障。根据国内外多年的研究成果，对于装配整体式混凝土框架结构：当节点的构造及性能满足行业标准《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1）中的相关规定时，可认为其性能与现浇混凝土结构基本一致。对于装配整体式混凝土剪力墙结构，由于墙体之间的接缝数量多、连接复杂，接缝的施工质量对结构整体抗震性能的影响较大，并且缺乏成熟的可借鉴的工程经验，因此目前装配整体式混凝土剪力墙结构从技术上来讲很难完全实现与现浇混凝土剪力墙结构的“等同原则”，只能做到其承载力和抗震性能满足现行国家规范要求且不低于对应的现浇剪力墙结构。所以与现浇剪力墙结构相比，其最大适用高度有所降低。装配式框架-剪力墙结构是我国目前在高层公共建筑中应用较为广泛的一种预制装配混凝土结构体系，通常情况下采用框架预制，剪力墙现浇的方法以保证结构的整体抗震性能，结构适用高度可等同于现浇框架-剪力墙结构。
Ø 设计流程
装配式混凝土结构设计主要包括结构整体计算分析、结构构件的设计、预制构件的拆分与归并设计、预制构件的连接节点设计、预制构件的深化设计。其设计流程如图4.1所示。
图4.1设计流程图
（1）结构整体计算分析
目前，装配式混凝土结构设计时采用等同现浇的设计分析方法，故其整体计算分析与现浇混凝土结构相同。但考虑到装配式混凝土结构与现浇混凝土结构的区别，在利用目前设计常用的商用软件进行结构分析时，可按照现行国家规范及一些成熟的预制装配技术的要求对某些计算参数和计算模型进行调整。
（2）结构构件的设计
当结构整体计算分析完成后，需依据分析结果及现行国家规范进行结构构件设计。设计预制梁、柱、板等预制构件，可依据的现行规范有《混凝土结构设计规范》（GB50010）、《建筑抗震设计规范》（GB50011）、《装配式混凝土建筑技术标准》（GB/T 51231）、《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1）、《预制预应力混凝土装配整体式框架结构技术规程》（JGJ224），《高层建筑混凝土结构设计规程》（JGJ3）等。预制混凝土构件的设计除了要满足现浇混凝土构件的全部设计要求外，还要考虑构件在制作、运输与安装阶段的计算，包括预制构件生产阶段和施工阶段的验算。
（3）预制构件的拆分设计
预制构件的拆分应在确定结构方案时统一考虑。装配整体式混凝土结构的构件拆分是设计的关键环节。拆分应考虑多方面的因素，包括项目定位、产业化政策、外部条件、建筑功能和艺术性、结构合理性、标准化模数化的集成、工厂化生产及经济、环境与制作运输安装环节的可行性和便利性等。构件拆分前，设计方需与建造商和施工方沟通，拆分应考虑施工条件和施工单位施工能力的影响，如运输吊装设备的大小规格是否满足施工要求。拆分应减少模板的种类，应使构件的种类尽量少，做到少规格、多组合，并且满足构件的运输、堆放和安装等要求。拆分应由建筑、结构、预算、工厂、运输和安装各个环节技术人员协作完成，技术协同应当贯穿整个项目建设过程，如图4.2所示。
（4）预制构件的连接节点设计
装配式混凝土结构等同现浇混凝土结构的设计是通过节点的可靠连接来保证的。装配式混凝土结构连接节点的选型和设计应注重概念设计，满足承载力、延性及耐久性要求。通过合理的连接节点与构造，保证构件传力的连续性和结构的整体稳定性，使整个结构具有与现浇混凝土结构相当的承载能力、刚度和延性，以及良好的抗风、抗震和抗偶然荷载的能力，并避免结构体系出现连续倒塌。装配式混凝土结构的节点连接应同时满足正常使用和施工阶段的承载力、稳定性和变形的要求；在保证结构整体受力性能的前提下，应力求连接构造简单，受力明确，传力直接，施工便捷，适合于工业化、机械化、标准化的施工及安装。
（5）预制构件的深化设计
装配式混凝土结构的深化设计是装配式混凝土结构预制构件设计的重要组成部分。深化设计是指在原设计方案、施工图基础上，结合现场施工方案，工厂的生产条件，运输路况等对图纸进行完善、补充，绘制成具有满足构件厂加工要求的施工图纸。预制构件的深化设计须同时满足建筑、结构、机电、内部装修等各等专业及构件运输、安装等的要求。
Ø 装配整体式混凝土框架结构设计
1、结构布置
a. 平面
《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1）关于装配式混凝土结构平面形状的规定与《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3）关于混凝土结构平面布置的规定相同，即满足以下要求：
（1）平面形状宜简单、规则、对称，质量、刚度分布宜均匀；不应采用严重不规则的平面布置；
（2）平面长度不宜过长，长宽比（L/B）宜按表4.15采用；
（3）平面突出部分的长度l不宜过大，宽度b不宜过小，l/Bmax、l/b宜按表4.1-1采用；
（4）平面不宜采用角部重叠或细腰形平面布置。
图4.58 建筑平面规则性
表4.15平面尺寸及突出部位尺寸的比值限值
b. 立面
《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1）规定：装配式结构竖向布置应连续、均匀，应避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变，并应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011）的有关规定。
2、结构整体分析
根据国内外多年的研究成果，有抗震设防要求的装配整体式框架结构，当采取了可靠的节点连接方式和合理的构造措施后，其性能可等同于现浇混凝土框架结构。装配整体式混凝土框架结构在满足现行国家标准《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1），《装配式混凝土建筑技术标准》（GB/T 51231）的相关规定时，可采用与现浇混凝土框架结构相同的方法进行结构分析。当同一层内既有预制又有现浇抗侧力构件时，地震设计状况下宜对现浇抗侧力构件在地震作用下的弯矩和剪力进行适当放大。
《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1）规定：在结构内力与位移计算时，对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；楼面梁的刚度可计入翼缘作用予以增大；梁刚度增大系数可根据翼缘情况近似取为1.3~2.0（现浇楼盖），也可取合理的增大系数（叠合楼盖）。
《装配式混凝土结构技术标准》（GB/T 51231）规定：主体结构计算时，应按下列规定计入外挂墙板的影响：
（1）应计入支承于主体结构的外挂墙板的自重；
（2）当外挂墙板相对于其支承构件有偏心时，应计入外挂墙板重力荷载偏心产生的不利影响；
（3）采用点支承与主体结构相连的外挂墙板，连接节点具有适应主体结构变形的能力时，可不计入其刚度影响。
（4）采用线支承与主体结构相连的外挂墙板，应根据刚度等代原则计入其刚度影响，但不得考虑外挂墙板的有利影响。
在进行结构的内力和变形计算时，应考虑填充墙及外围护墙对结构刚度的影响。当采用轻质墙板填充墙时，可采用周期折减的方法考虑其对结构刚度的影响；对于框架结构，周期折减系数可取0.7~0.9。
3、连接要求
《装配式混凝土建筑技术标准》（GB/T 51231）规定：装配式混凝土结构中，节点及接缝处的纵向钢筋连接宜根据接头受力、施工工艺等要求选用套筒灌浆连接、机械连接、浆锚搭接连接、焊接连接、绑扎连接等连接方式。直径大于20mm的钢筋不宜采用浆锚搭接连接，直接承受动力荷载的构件纵向钢筋不应采用浆锚搭接连接。当采用套筒灌浆连接时，应符合现行行业标准《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》（JGJ355）的规定；当采用机械连接时，应符合现行行业标准《钢筋机械连接技术规程》（JGJ107）的规定；当采用焊接连接时，应符合现行行业标准《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18）的规定。
预制构件的拼接应符合下列规定：
（1）预制构件拼接部位的混凝土强度等级不应低于预制构件的混凝土强度等级；
（2）预制构件的拼接位置宜设置在受力较小的部位；
（3）预制构件的拼接应考虑温度作用和混凝土收缩徐变的不利影响，宜适当增加配筋。
纵向钢筋采用挤压套筒连接时应符合下列规定：
1连接框架柱、框架梁、剪力墙边缘构件纵向钢筋的挤压套筒接头应满足I级接头的要求，连接剪力墙竖向分布钢筋、楼板分布钢筋的挤压套筒接头应满足I级接头抗拉的要求；
2被连接的预制构件之间应预留后浇段，后浇段的高度或长度应根据挤压套筒接头安装工艺确定，应采取措施保证后浇段的混凝土浇筑密实；
4.关键部位承载力计算
Ø 接缝正截面承载力
装配整体式结构中，接缝的正截面承载力应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010）的规定。接缝的受剪承载力应符合下列规定：
Ø 叠合梁端竖向接缝受剪承载力
叠合梁端竖向接缝主要包括框架梁与节点区的接缝、梁自身连接的接缝以及次梁与主梁的接缝几种类型。叠合梁端竖向接缝受剪承载力的组成主要包括：新旧混凝土结合面的黏结力、键槽的抗剪能力、后浇混凝土叠合层的抗剪能力、梁纵向钢筋的销栓抗剪作用。
行业标准《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1）不考虑新旧混凝土结合面的黏结力，取混凝土抗剪键槽的受剪承载力、后浇层混凝土部分的受剪承载力，穿过结合面的钢筋销栓抗剪作用之和。地震往复作用下，对后浇层混凝土部分的受剪承载力进行折减，参照混凝土斜截面受剪承载力设计方法，折减系数取0.6。
混凝土叠合梁端竖向接缝的受剪承载力设计值应按下列公式计算：
例：
选取一实际工程项目中的次梁为例计算，次梁截面尺寸详见图4.60。混凝土强度等级为C35，fc=16.7N/mm2，ft=1.57N/mm2；钢筋采用HTRB600E，抗拉强度设计值为500N/mm2。次梁端部伸入主梁底部配筋2根25，上部5根25，由计算结果查得梁端剪力设计值为360kN。
根据《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）中第7.2.2条，
1) 持久设计状态：
其中：
Ac1=130×300+50×180=48000mm2
Ak1=180×200=36000mm2
Ø 预制柱底水平接缝受剪承载力
预制柱底水平接缝处的受剪承载力的组成包括：新旧混凝土结合面的黏结力、粗糙面或键槽的抗剪能力、轴压产生的摩擦力、柱纵向钢筋的销栓抗剪作用或摩擦抗剪作用，其中后者为抗剪承载力的主要组成部分。在地震往复作用下，混凝土黏结作用及粗糙面的受剪承载力丧失较快，计算不考虑。当柱受压时，计算轴压产生的摩擦力，柱底接缝灌浆层上下表面接触的混凝土均有粗糙面及键槽构造，因此摩擦系数取0.8。当柱受拉时，没有轴压力产生的摩擦力，且由于钢筋受拉，计算钢筋销栓作用时，需要根据钢筋中的拉应力结果对销栓受剪承载力进行折减。因此在柱全截面受拉的情况下，不宜采用装配式构件。
根据《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1），在地震设计状况下，预制柱底水平接缝的受剪承载力设计值应按下列公式计算：
（1）当预制柱受压时：
以一实际工程中的柱为例。矩形柱截面计算参数：b=800mm，h=1000mm；混凝土强度等级为C45，fc=21.10N/mm2，ft=1.80N/mm2；钢筋采用HRB400，fy=360N/mm2；柱截面的纵向钢筋面积为As=314.16×8+490.87×10=7422mm2；由计算结果查得柱的轴向力设计值为4051kN，与此轴向力相应的柱底剪力设计值为V=234.78kN。
根据《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）中第7.2.3条，预制柱底水平接缝的受剪承载力设计值：
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