中国建筑上海设计研究院有限公司200063
摘要：在国家政策的引导下，装配式建筑迅速发展，传统的建筑结构设计已经无法满足时代的发展要求。装配式建筑能够有效提高施工效率、节约资源，但其结构安全性确收到各种因素的影响，本文通过案例分析的方式，对装配式建筑结构设计进行探究和优化。
关键词：结构设计、装配式建筑、夹心保温、优化设计
1工程概况
本项目位于上海市青浦区，规划总用地面积35379m2，总建筑面积97016m2，主要为普通商品房，包括8栋14层住宅和2栋10层住宅。按照上海市政府相关政策和标准的要求，本项目实施装配式建筑，装配式建筑面积实施比例为100%，建筑单体预制率不低于40%。本项目结构类型选用装配整体式剪力墙结构，采用预制夹心保温外墙设计。
2结构设计
2.1设计参数
（1）风荷载：按50年一遇的基本风压W0=0.55kN/m2（50年重现期），地面粗糙度为B类。
（2）雪荷载：基本雪压S0=0.20kN/m2（50年重现期），雪荷载准永久值系数分区：III。
（3）地震设防：抗震设防类别均按照标准设防类别（丙类）采用，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。设计地震分组为第二组，场地类别IV类，多遇地震作用下特征周期值为0.90s，结构阻尼比为0.05，多遇地震作用下水平地震影响系数最大值为0.08。本工程地下室顶板作为上部结构嵌固部位。
（4）地下室水浮力的有关设计参数：根据地勘报告提供的地下水位及周边场地的施工经验，本工程取室外地坪下0.5m作为抗浮工况的设计水位，取周边道路以下1.5m作为抗压工况的设计水位。
（5）主要材料选用
1.钢筋：
主要应用构件：a.楼板：均采用HRB400级；b.梁（柱）：采用HPB300级、HRB400级；c.墙：采用HPB300级、HRB400级。
2.混凝土
主要应用构件：基础采用C35级，抗渗等级P6；地下室外外墙、覆土顶板采用C35级，抗渗等级P6；墙、柱、梁、板采用C30级。
2．2结构选型与布置
14层小高层住宅，项目采用装配整体式剪力墙结构，极少设置短肢剪力墙，根据需要的抗侧刚度及抗扭刚度调整剪力墙的设置，尽量减小建筑物的偏心扭转效应，以求达到较大程度地满足建筑使用功能和较好的经济性。剪力墙墙厚均为200mm（南侧个别墙肢为250mm厚），内外填充墙均采用厚度为200mm（内薄隔墙采用100mm厚）的砂加气混凝土砌块材料。楼板均采用钢筋混凝土楼板。住宅设有一层地下室,在地下室内设置适当数量的剪力墙，满足嵌固端刚度比的要求。地下室顶板厚180mm，底板厚650mm，外墙厚300mm，基础采用桩筏基础。
2．3结构设计分析
本工程设计的结构计算软件采用北京盈建科软件有限责任公司的盈建科建筑结构计算软件(YJK-A)，进行了结构整体分析；地震作用计算时考虑双向水平地震作用扭转耦连及偶然偏心影响，均按等同现浇设计。按规范要求对于装配整体式剪力墙结构，预制楼层中的现浇墙肢进行在水平地震作用下的弯矩及剪力进行1.1倍的增大调整。
3装配式结构设计
3.1装配式结构布置及设计原则
本工程在结构整体布置上做到符合抗震概念设计要求，建筑的竖向体形宜规则、均匀、避免有过大的外挑和内收，结构的侧向刚度下大上小，逐渐均匀变化，平面较规则、对称，整体计算等同现浇混凝土结构计算方法进行。
结合本工程建筑方案，以及预制率不小于40%进行设计，本工程具体结构布置如下：
住宅的地下室结墙体为现浇，剪力墙、外围护墙、梯段板、部分楼板、阳台、凸窗采用预制。夹心保温外墙，剪力墙厚度200mm，夹心保温材料厚度为50mm，外叶板厚度为60mm，总厚度为310mm。《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）第6.1.8条规定：高层装配式剪力墙结构底部加强部位宜采用现浇混凝土，本项目预制范围为底部加强范围以上楼层。预制剪力墙墙板竖向连接采用钢筋套筒灌浆连接，连接后形成一体，达到构件连接可靠，满足结构的安全性和耐久性。预制剪力墙在楼面标高以及屋面标高均设置连续的后浇板带和圈梁，通过在下一层预制剪力墙墙顶预留楼板钢筋，后期与现浇楼（屋）面板钢筋可靠连接，与楼（屋）面板浇筑为整体，保证水平的传递。
3.2装配式设计方案
本项目设计原则主要为贯彻适用、安全、经济、美观，做到技术先进、功能合理、确保工程质量。同时充分发挥建筑工业化的优越性，促进住宅产业化的发展。结合以上原则，根据建筑设计方案，综合考虑建筑的使用功能、设计经济性以及施工便利性，对住宅采用装配整体式剪力墙结构体系。各专业间相互配合，统筹安排，与内装幕墙等深化设计专业前期配合，大量施工及安装。工作需在前期设计时精准确定，通过最大限度配合，达到最优配置，实现装配式一体化设计。
3.3构件的选择原则
构件标准化、模块化；用带悬翼板的剪力墙,实现外立面封闭；尽可能维持原方案房型设计且不超过原房型建筑面积；构件尽量平面化，便于加工、运输。
3.4预制剪力墙竖向连接
（1）预制剪力墙边缘构件竖向连接做法
上下层预制剪力墙边缘构件采用逐根钢筋套筒连接，下层的预制构件的钢筋伸出构件顶面一定距离，上层的预制构件安装时，预埋套筒套入下层钢筋内，待上层结构施工完毕后，对该层墙板套筒进行注浆，灌浆料强度不低于85Mpa，直到溢浆孔浆料溢出停止灌浆。水平缝做法外侧为耐候胶和直径25mm的圆形PE棒，在水平缝外侧放胶条，防止砂浆外露，高强灌浆料灌浆，内侧为防水砂浆封堵。
（2）预制剪力墙非边缘构件竖向连接做法
上下层预制剪力墙非边缘构件采用梅花形钢筋套筒连接，构造方式及施工步骤同预制剪力墙边缘构件。
（3）上下层预制非受力墙采用螺纹盲孔连接，下层的预制构件的伸出钢筋的强度等级为HRB400，直径不小于16mm，间距不大于1200mm，伸出构件顶面260mm，上层的预制构件安装时，预埋套筒套入下层钢筋内，待上层结构施工完毕后，对该层墙板套筒进行注浆，灌浆料强度不低于85Mpa，直到溢浆孔浆料溢出停止灌浆。
4结构整体优化设计
为保证装配式建筑的结构安全性、增强其整体性，在建筑方案设计以及初步设计的过程中，需要结合预制构件拆分方案深入分析建筑平面布置、户型选取、分缝位置，针对实际情况提出具体解决措施，以减少在构件深化、生产、施工阶段产生的问题，提高装配式建筑质量。
采用装配式建筑设计，预制构件集成了多个设计专业，在各专业配合过程中，应注意优化设计流程，建筑、结构、暖通、水电等各个专业的设计修改都会影响到预制构件，设计变更将导致已经生产完成的构件报废，因此，装配式建筑设计宜采用BIM技术，各专业在同一个模型中进行设计，便于各专业之间的相互配合、避免现场施工拼接错位。
在结构计算过程中，考虑装配整体式剪力墙结构体系对结构计算模型的影响，合理选取预制构件，本工程预制楼板叠合层厚度为60mm，现浇层厚度为70mm，确保水平地震作用的传递；采取有效措施保证剪力墙边缘构件的可靠连接和受力。考虑到部分围护外墙采用预制构件制作，通过采取合理的节点做法，减少其对结构整体刚度的影响。
装配式建筑的节点设计尤为重要，节点连接的有效性和可靠性是增强装配式建筑结构整体性的关键，合理的节点设计要能够保证荷载的有效传递，同时还要满足施工方便的要求，保证建筑物的抗震性能。
5结语
在国家政策的推动和引领下，装配式建筑近年发展迅速，在经济发达地区发展迅速，但是目前装配式建筑成本较高、相关经验和案例相对较少，目前装配式建筑的发展还需要进一步改进和提升。只有不断优化设计流程，提高装配式建筑设计的标准化、模数化，才能进一步降低成本、提高生产效率和质量。本文为装配整体式剪力墙结构设计提供了相关案例和参考，以进一步提高装配式建筑的设计质量和可靠性。
参考文献：
[1]戴贞亮[1],装配式建筑结构设计优化分析.华东科技（综合）,2018,0(3)