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预制装配式混凝土结构主要设计要点

(1)结构布置:为保证结构的整体性能,高层建筑的底层及顶层应采用现浇结构;避免竖向构件不连续;剪力墙不宜有转角窗;剪力墙开洞位置应上下对齐。在房屋有凹凸不规则位置,应采用现浇梁板连接,以减小凹凸位置的长宽比。由于装配式剪力墙结构工程经验相对较少,且房屋高度较高,国家规程中对装配式剪力墙结构、装配式框架-现浇剪力墙结构的适用高度比现浇结构有所降低。

(2)结构计算:预制构件的建筑物的结构设计原则上全部采用与适用于现浇钢筋混凝土构件相同的设计荷载及计算方法。需要特别注意的是:装配式混凝土结构由于装配缝、叠合楼板等的使用,使得结构整体刚度比现浇结构要小,结构计算时应尽可能考虑。例如:对于预制叠合楼板应根据具体情况分析楼板刚性假定是否成立,楼面梁计算刚度不可再考虑楼板的翼缘作用等等。另,由于装配式剪力墙结构存在墙板间接缝影响,且计算中无法考虑,位移角也需按规程从严控制。

(3)材料方面:由于工厂生成的养护条件较好,混凝土宜使用高强度混凝土,不宜低于C30。并采用高强钢筋,节约钢材。为了保证连接所需的摩擦力,并有效传递应力,需要用热轧带肋钢筋。但构件安装用的吊环需要用HPB300钢筋。

(4)构件设计:荷载方面,装配式混凝土结构中的预制构件设计,除了要考虑常规的恒、活、地震和风荷载以外,还需对预制构件在脱模、吊装、运输、堆放及安装过程中的安全性进行分析。可行性及成本方面,预制构件的成本计算通常按体积、类型数量核算。因此在构件设计时,应对构件进行归并,减少构件的规格。构件设计前还需与生成厂家、施工单位提前沟通,了解生产及施工限制条件。例如,某工程生成厂家的框架梁铝模只能生产450mm宽以内的框架梁,如果构件设计宽度超出该范围,需重新加工铝模,增加了生成费用;构件重量如果超过施工现场塔式吊车最大起重量,现场可能需额外增加履带式吊车,甚至根本无法施工。

(5)构件连接设计:连接设计是装配式结构设计的核心技术,合理的连接节点及其构造措施,是实现结构整体性、延性、承载力和耐久性的关键。主要的连接包括梁端接缝、柱顶底接缝、剪力墙的竖向接缝和水平接缝等。接缝处的压力通过混凝土、灌浆料传递;拉力由钢筋连接传递;剪力由混凝土、键槽和摩擦力传递。其中拉力和剪力的传递方式是连接设计的重点。连接构造设计应保证结构的传力途径和变形与计算假定相同。如果由于生成、施工原因导致的偏差,需在结构计算阶段提前考虑,并对计算结果进行调整。例如:采用预制外墙板时,窗洞上下部位如采用钢筋混凝土,需考虑外墙板对整体结构刚度的影响,结构计算时可按双连梁考虑。也可采取设缝等构造措施,使窗间墙与主体结构脱开。钢筋的连接方式常用的有钢筋套管灌浆连接、约束浆锚搭接连接、波纹管浆锚搭接连接等。竖向构件的钢筋连接宜采用套管灌浆连接、约束浆锚搭接连接;水平构件可根据不同部位,分别采用焊接、机械连接或套筒灌浆连接。钢筋套管灌浆连接的灌浆料需有较高的抗压强度,灌浆套筒应具有较大的刚度和较小的变形。约束浆锚搭接连接还要求搭接的钢筋间距较大。结构连接设计时,需考虑接缝位置能够切实有效传递内力。故需与设备、装修等专业提前沟通,剪力墙内内不宜设置设备管线,确需设置时,应避开边缘构件,预制柱内则不应设置设备管线。

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