预制装配整体式混凝土框架-剪力墙结构设计

预制装配整体式混凝土框架-剪力墙结构设计

Summary：在这个经济、科技飞速发展的当代社会，民众对于建筑的追求更加多样化。但是，传统建筑存在诸如建设周期长、保证质量难、材料消耗大等不利因素，这已经大大的影响了建筑业的发展。建筑行业工业化生产为建筑行业提供了新的方向，下文将以一栋结构为框架-剪力墙结构的楼房作为案例，着重分析预制装配整体式框架-剪力墙结构的设计理念，并结合国内行业现状，针对该结构性能强度，进行关键构件节点等关键点的深入探究。Keys：预制技术；装配整体式；结构设计；住宅企业化；框架—剪力墙结构一、引言在城市化进程稳中求快背景下，增设各类保障性住房成百数千万套，促进住宅建筑的发展。因为传统住宅项目在设计和施工中普遍存在高能源消耗、施工周期长、计算错误、节能设计不合理等问题，所以需要利用工业化手段对住宅建筑结构进行升级，以此提高住宅项目设计与施工质量，缩短设计与施工周期，凸显“四节”，加速推进住宅产业化工作。当下，我国部分城市已经开启住宅产业化试点，并对其进行了线上、线下预热推广。为了减少一些不必要的阻力，地方政府在政策、资金等方面给予了一定的支持，进而连续建造成了一批不同结构形式的预制装配式混凝土结构试点。虽然预制技术比较成熟，完全符合国家对住宅产业建设的具体要求，但是国内既有的试点工程预制率都比较低。某城市建设设计总院与某建筑公司双方均有合作意向，最终达成合作。首次合作成果喜人，6栋高层建筑作为试点，预制率均在50％以上，其中一栋多层住宅建筑预制率竟然高达75％。二、工程概况本工程是保障性住房工程某基地一栋地上14层、地下一层的建筑，地上首层及以上各层层高均为2.8m，地下一层的层高为3.0m，总建筑高度为39.45m，建筑面积为4166m2的住宅，选用装配整体式混凝土框架—剪力墙结构。结构标准层平面布置图，见图1。标准层结构主要部分均采取预制的方式，次要部分均采取现浇的方式，其余部分均为叠合构件。另外，图中没有标注标准层主梁截面0.3×0.5m，次梁截面0.2x0.4m，框架柱及端柱截面为0.6x0.6m，剪力墙厚度是0.2m，平面布置如图1所示。图1标准层结构平面布置图对于多层结构的建筑来说，设计师经常会将混凝土等级控制在C25~C40，通常情况下是C30~C35。此建筑地下1层、地上4层剪力墙及柱采用的混凝土强度等级是C35,而4层以上剪力墙及柱选用的混凝土强度等级是C30。产业化住宅预制框架柱连接采用套筒灌浆方法，（套筒由球墨铸铁制作，所用灌浆材料是无收缩砂浆），衔接性能良好，28天内，其抗压强度≥85MPa。此建筑修建于Ⅳ类场地，设计地震分组为一组，属于丙类标准设防，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速值为0.10g，特征周期为0.90s。本工程剪力墙抗震等级是二级，框架抗震等级是三级。因为缺少相同结构形式工程的设计资料，所以本工程只能按照现浇结构设计并进行整体计算。为了让结构的整体性、预制构件承载力及变形达到相关规范要求，需要进行针对性的补充计算，还要选取适宜的抗震措施。三、对本工程整体结构设计进行分析3.1结构体系的确定本工程可以选择的结构体系有3种，设计师需要根据工程对结构的具体需求及客户要求，经过多方面考虑和衡量之后，从3个结构体系中确定1个最贴近、最符合要求及需求的。3种备选结构体系分别是：现浇筑剪力墙、全预制剪力墙、框架—剪力墙结构体系。前者，比较适合低端消费群体，满足毛坯交房的消费习惯。现浇筑剪力墙结构体系因构件数量庞大问题，不利于工业化生产，而舍弃。第二种体系因横向与纵向接合缝隙又多、又长，无法保证结构的整体性。加之，对应的整体计算方法正走在“研究”的路上，试验次数比较少，尚未实际经过遭遇大震的检验而舍弃。第三种体系具有预制构件可控自重、节点区采用现浇法，能保证结构稳定性等优点。另外，建筑物室内可选择轻质隔断，让室内空间具有多变性，提高室内空间布局的适用性、实用性。因此，框架—剪力墙结构被择优选用。3.2工程结构分析计算因为本工程结构按照等同现浇设计，所以结构整体计算方式需与现浇相同。预制和现浇是两种不同的现代建筑结构，二者之间存在区别。若想要保证预制结构的整体性、安全性，实现计算模式与预制结构真实受力情况一致的目标，在进行结构整体计算时，需要采取如下措施：1）在计算模式中，将次梁和主梁的连接方式应指定铰接。2）结构上下与预制外挂墙板衔接方式必须选择铰接，因预制墙板构件具有控制自重的优点，墙板自重由上部连接悬挂承重，在进行结构整体计算时，无需考虑预制墙板对其支撑梁刚度的影响。预制外墙板的大样图见图2。（图中显示的La符号，可代表接合缝隙钢筋的锚固长度）图2预制外挂墙板大样图3）因为住宅建筑非承重墙体过多，外挂预制墙板又比较重，所以可以将本工程周期折减系数定为0.7。（在住宅建筑隔墙偏多情况下，可以把周期折减系数取值范围控制在0.7—0.8）在合适的取值范围内，可以控制非承重墙的刚度，提高结构的安全性，确保结构抗震性能良好。4）框架结构梁端弯矩塑性调幅。优势在于：可以增强结构的延性，以此满足结构的抗震延性设计要求，实现设计与实际受力等同的愿望。通常情况下，装配整体式框架梁，梁端负弯矩调幅系数应在0.7—0.8范围内。本工程叠合梁板施工时采用了临时支撑的措施，必须提高节点区混凝土强度等级，进而负弯矩调幅系数可以定为0.8，尽可能消除梁端负弯矩取值偏低，跨中弯矩值偏高，对梁内力的不利影响。预制技术是建筑行业新技术。同理，本工程也是应用新技术的高层建筑，必须要对其进行抗震设防专项审查，以此保证本工程的抗震设防质量。在对工程结构进行计算分析时，选用SATWE与PMSAP两种分析方式，其计算结果如表1和表2所示，从表中可以看出，计算结构均满足规范要求。表1CQC法计算结果周期周期比剪重比地震作用下层间位移角最大层间位移比计算指标T1T2T3X向Y向X向Y向X向Y向SATWE1.0351.0000.8900.865.865.931/10761/10531.161.17PMSAP1.0371.0290.9140.885.6875.8901/10511/10981.171.18规范控制值不大于0.9不小于1.61/800不大于1.5表2弹性时程分析计算结果软件SATWEPMSAP时程曲线CQCTH1T0.9RH2T0.9TH3T0.9平均CQCTH1T0.9RH2T0.9TH3T0.9平均X向地震作用嵌固端剪力4237423239364060407640713670376938183752与CQC比值100%99.8%92.8%95.9%96.3%100%90.0%92.5%93.7%92.1%最大层间位移角1/10781/12951/12251/12391/12521/10511/12491/11411/10471/1140Y向地震作用嵌固端剪力4283386538543989390342203742380139353826与CQC比值100%90.1%90.1%93.0%91.0%100%88.6%90.0%93.1%90.6%最大层间位移角1/10531/12841/12031/11041/11851/10981/12301/11701/10251/11353.3本工程对抗震措施的具体要求想要让本工程结构抗震性能达到抗震设防强制性标准，提高抗震性能，有效规避或减轻地震灾害对建筑物的破坏。本工程在进行结构设计时，所采取的抗震设防措施主要有以下要求：1）在对结构整体布置进行抗震设计时，设计师务必要遵循“四强三弱”理念。其中，四强是指：强柱、强剪、强连接、强节点；三弱是指：弱梁、弱弯、弱构件。2）本工程为了有效控制不均匀沉降及基础总沉降值在许可范围内，决定采取桩筏基础方式。同时本工程将地下室顶板作为嵌固端，按照规范要求对相应的梁、板、柱均进行构造加强设计，如板厚设置为180mm，地下室柱配筋不低于上层柱的1.1倍等。3）为了预防剪力墙、框架柱轴压比出现超限问题，按双重抗侧力结构进行设计，并通过提高箍筋的配置进而来提高竖向构件的延性性能。4）在叠合构件的现浇与预制部分接合处，把预制梁板构件的表面进行打磨，以此提高其粗糙程度，并对预制构件的抗剪承载力进行验算。四、结束语总之，建筑行业的发展是大势所趋，事关民众生活水平的提升，必须得到所有人的重视。民用住宅进行产业化生产是非常必要的，但是，我国的住宅产业化正处于行业内的起步阶段，需要各位同仁共同加强自身专业知识水平，帮助该项目在我国建筑行业中茁壮成长，为千家万户带来更安全、更