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“尖山印象“裝配式建筑項目案例剖析——結構設計篇

3.2結構設計

3.2.1設計標準和配套設計圖集


結構設計依據標準:

《建筑結構可靠度設計統一標準》GB50068-2001

《建筑結構荷載規范》GB50009-2012

《建筑抗震設計規范》GB50011-2010(2016年版)

《砌體結構設計規范》GB50003-2011

《建筑樁基技術規范》JGJ94-2008

《裝配式混凝土結構技術規程》JGJ1-2014

《裝配式混凝土建筑技術標準》JB/T51231-2016

《建筑工程設計文件編制深度規定》2008版

《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010

《建筑抗震設防分類標準》GB50223-2008

《混凝土結構設計規范》GB50010-2010(2015年版) 

《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011

《地下工程防水技術規范》GB50108-2008

結構設計配套圖集:

《裝配式混凝土結構連接節點構造》(樓蓋結構和樓梯)15G310-1

《裝配式混凝土結構連接節點構造》(剪力墻結構)   15G310-2

《預制混凝土剪力墻外墻板》15G365-1

《預制混凝土剪力墻內墻板》15G365-2

《桁架鋼筋混凝土疊合板》(60mm厚底板)15G366-1

《預制鋼筋混凝土板式樓梯》15G367-1

《預制鋼筋混凝土陽臺板、空調板及女兒墻》(剪力墻結構)15G368-1

《混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造樣圖》16G101-1


3.2.2結構體系選擇


本項目采用裝配整體式現澆剪力墻結構,即現澆剪力墻搭配疊合水平構件、預制外墻掛板、預制內隔墻的技術體系,此種結構體系避免了結構主體豎向的拼接,同時也可以解決外保溫壽命短、外墻滲漏水嚴重等現澆筑結構中常遇到的難題,實現外墻的結構保溫和裝飾一體化,實現免砌筑;在搭配使用鋁模板的情況下,也可以省去抹灰等后續工作。預制外墻掛板在工廠內完成了貼磚、飾面、保溫等多道現場施工困難且不易保證質量的工序,且在工廠可加工任意形式的立面,大大降低了高層建筑結構外立面施工的難度,提高了施工質量和安全性。結構體系中豎向構件均為現澆,其適用范圍、最大適用高度等與現澆結構相同。

而預制剪力墻結構體系在采用套筒灌漿連接技術時,要求套筒及豎向連接鋼筋的定位必須精準,澆筑混凝土前須對套筒所有的開口部位進行封堵,以防在套筒灌漿前有混凝土進入內部影響灌漿和鋼筋的連接效果。雖然套筒灌漿連接技術保障了裝配整體式剪力墻結構的可靠性,但由于其存在構件生產要求精度高、施工工序繁瑣的問題,且由于剪力墻內豎向鋼筋數量大,豎向鋼筋連接時仍會存在成本高、生產施工難度大等問題。

本項目綜合考慮項目的整體經濟、技術指標和生產、施工的便捷性與可靠性,選擇了裝配整體式現澆剪力墻結構體系。


3.2.3結構設計說明:


項目概況:本工程為尖山印象公租房項目,33層,首層架空層層高4.800米,標準層層高2.900米,建筑總高度97.550米,裝配整體式現澆剪力墻結構。

設計信息:主體結構的設計使用年限為50年,建筑結構安全使用等級為二級。根據《中國地震參數區劃圖》,該工程所在地的地震基本烈度為6度,設計地震分組為第一組,設計基本地震加速度值為0.05g,場地類別為Ⅱ類

分類等級:本工程建筑結構安全等級為二級;地基基礎設計等級為甲級;抗震設防類別為丙類;剪力墻抗震等級為三級;建筑防火分類及耐火等級為一級。

結構材料:混凝土強度等級:墻柱C55~C35,梁板C35,鋼筋:HRB400級鋼筋,HRB400E級抗震鋼筋,其中抗震等級為一級、二級、三級的框架和斜撐構件(含梯段),其縱向受力鋼筋采用普通鋼筋時,鋼筋的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值應≥1.25;鋼筋的屈服強度實測值與屈服強度標準值的比值應≤1.30,且鋼筋在最大拉力下的總伸長率實測值應≥9%。

結構構件設計:本工程項目豎向受力構件采用全現澆剪力墻,水平受力構件采用疊合梁、疊合板。預制結構構件包括疊合梁、疊合板、疊合陽臺、預制樓梯;

非結構構件設計:本項目預制非結構構件包括外墻掛板、預制隔墻、預制空調板、預制女兒墻。

內裝修:內隔墻采用輕鋼龍骨石膏板內隔墻。


3.2.4預制構件設計說明:


一、疊合梁


1、預制梁與后澆混凝土疊合層之間的結合面應設置粗糙面,預制梁端面應設置鍵槽且宜設置粗糙面,鍵槽的深度不宜小于30mm,寬度不宜小于深度的3倍且不宜大于深度的10倍;鍵槽可貫通截面,當不貫通時槽口距離截面邊緣不宜小于50mm,鍵槽間距宜等于鍵槽寬度,鍵槽端部斜面傾角不宜大于30°。為了保證梁的粘接強度,應嚴格按施工縫的處理措施來處理現澆剪力墻、柱及疊合梁節點接合面,包括清除垃圾、水泥浮漿層,在接合面形成凹凸差不小于6mm粗糙度的粗糙面,充分濕潤(不宜小于24小時),在施工前涂刷界面劑或采用高標號水泥砂漿接漿。

2、疊合梁的設計和施工注意事項應滿足普通鋼筋混凝土梁的要求。

3、由于設備要求需要在梁上開洞或留設預埋件,應嚴格按照設計圖紙的要求施工。當設計圖未作交待時,一般應按下圖(圖3.2.4-1)要求加設附加筋,澆灌鋼筋混凝土梁前應仔細復核預留洞及預埋件是否符合相關設計要求。

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圖3.2.4-1梁上洞口加強筋


4、疊合梁的箍筋配置應符合下列規定:

①抗震等級為一、二級的疊合框架梁的梁端箍筋加密區宜采用整體封閉箍;

②采用組合封閉箍的形式時,開口箍筋上方應做成135°彎鉤;非抗震設計時,彎鉤端頭平直段長度不應小于5d(d為箍筋直徑);抗震設計時,平直段長度不應小于10d,F場采用箍筋帽封閉開口箍,箍筋帽末端應做成135°彎鉤;非抗震設計時,彎鉤端頭平直段長度不應小于5d;抗震設計時,平直段長度不應小于10d。(如下圖)


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(b)采用組合封閉箍筋的疊合梁

圖3.2.4-2疊合梁箍筋構造示意

1-預制梁;2-開口箍筋;3-上部縱向鋼筋;4-箍筋帽;5-封閉箍筋


5、疊合梁十字交叉處,考慮吊裝和施工工藝,同一個梁柱節點處X方向與Y方向的梁高應設置不小于50mm的高差。


二、疊合板


1、本項目中疊合板的現澆層厚度取70mm,預制層的厚度取60mm,除特別說明外,疊合板厚度為130mm(如圖3.2.4-3)。

2、預制板出筋方向底筋伸出100mm且不小于5d及伸過支座中線。

3、施工過程中,疊合板現澆前,應在疊合板下設可靠支撐,使預制構件在二次成形澆筑混凝土的重量及施工荷載下,不至于發生影響內力的變形。

4、為了保證板粘接強度,應嚴格按施工縫的處理措施來處理板預制層與現澆層接合面,包括清除垃圾、水泥浮漿層,在接合面形成凹凸差不小于4mm粗糙度的毛面,充分濕潤(不宜小于24小時),在施工前涂刷界面劑或采用高標號水泥砂漿接漿。

5、疊合樓板的拆分需考慮生產模具的要求,一般短邊需小于3.2m。


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圖3.2.4-3預制樓板示意圖


三、疊合陽臺


1、本項目中疊合陽臺板的現澆層厚度取70mm,預制層的厚度取60mm,疊合陽臺板厚度為130mm,陽臺板下沉30mm。

2、疊合陽臺板其他構造及施工要求同疊合板。


四、樓梯板


1、預制裝配樓梯板宜為整體預制構件(如圖3.2.4-4)。

2、預制裝配樓梯板的厚度不宜小于120mm。

3、預制樓梯與支承構件之間宜采用簡支連接,采用簡支連接時,預制樓梯宜一端設置固定鉸,另一端設置滑動鉸,其轉動及滑動變形能力應滿足層間位移的要求,且預制樓梯端部在支承構件上的最小擱置長度應滿足《裝配式混凝土結構技術規程》JGJ1-2014表6.5.8的規定。

4、預制樓梯設置滑動鉸的端部應設置防止滑落的構造措施。

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圖3.2.4-4預制樓梯示意圖


五、預制外墻掛板


1、外圍護結構采用預制混凝土外墻掛板,外墻掛板與主體結構的連接節點應具有足夠的承載力和適應主體變形的能力。

2、外墻掛板和連接節點的結構分析、承載力計算和構造要求應符合國家現行標準《混凝土結構設計規范》GB50010-2010(2015年版)、《裝配式混凝土結構技術規程》JGJ1-2014、《裝配式混凝土建筑技術標準》JB/T51231-2016有關規定。

3、抗震設計時,外墻掛板與主體結構的連接節點在墻板平面內應具有不小于主體結構在抗震設防烈度地震作用下彈性層間位移角3倍的變形能力。

4、外墻掛板最外層鋼筋的混凝土保護層厚度除有專門要求外,應符合下列規定:

①對石材或面磚飾面,不應小于15mm;

②對清水混凝土,不應小于20mm;

③對漏骨料裝飾面,應從最凹處混凝土表面算起,且不應小于20mm。

5、外掛墻板間接縫構造應符合下列要求:

①接縫構造應滿足防水、防火、隔聲等建筑功能要求;

②接縫寬度應滿足主體結構層間位移、密封材料的變形能力、施工誤差、溫差引起的變形,且不應小于15mm。

6、外墻掛板內外葉間通過玻璃纖維筋連接,當玻纖筋與其他預埋件干涉時,可適當移動玻纖筋。

7、外墻掛板與梁的結合面應采用粗糙面并設置鍵槽,外墻掛板通過墻板側面和上部的預留鋼筋或螺栓錨入結構梁、墻中,與主體相連,外墻掛板不作為主體結構的組成部分(如圖3.2.4-5)。


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圖3.2.4-5外掛板示意圖


六、預制內隔墻

1、當填充墻采用預制輕質隔墻時,與梁底用[email protected]拉接鋼筋相連(可與疊合梁在工廠連接成整體)。

2、預制輕質填充墻體的具體工藝設計和制造均應在滿足建筑消防耐火、結構荷載計算、現場施工吊裝的要求基礎上盡量減輕其自重。


3.2.5節點設計


一、疊合梁和疊合板的連接

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圖3.2.5-1 預制疊合梁板連接做法(出筋方向)

1-預制疊合梁;2-預制疊合樓板;3-桁架;4-樓板現澆層

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圖3.2.5-2 預制疊合梁板連接做法(非出筋方向)

1-預制疊合梁;2-預制疊合樓板;3-桁架;4-樓板現澆層

5-拼縫鋼筋(間距≤250);6-附加通長構造鋼筋


二、外掛板的豎向連接

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1-建筑密封膠;2-發泡聚乙烯棒;3-墻板槽口130*130*50;4-夾心三明治外掛板;5-外爬架套筒;6-玻璃纖維筋;7-疊合梁預制層;8-疊合樓板預制層;9-連接鋼筋;10-混凝土現澆層;11-企口;12-限位連接件

圖3.2.5-3外墻掛板上下連接節點一


注:圖3.2.5-3外墻掛板上下混凝土封邊,增加企口強度。外墻掛板水平縫設置企口,企口主要用于防水,且在施工澆筑樓板現澆層時有利于阻止混凝土溢出。當設置企口時,施工時應注意水平企口不被破壞。

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1-建筑密封膠;2-發泡聚乙烯棒;3-墻板槽口130*130*50;4-夾心三明治外掛板;5-玻璃纖維筋;6-企口

圖3.2.5-4外墻掛板上下連接節點二


注:圖3.2.5-4采用全斷橋方式,適合節能要求較高的地區。外墻掛板水平縫設置企口,企口主要用于防水,且在施工澆筑樓板現澆層時有利于阻止混凝土溢出。當設置企口時,施工時應注意水平企口不被破壞。

綜上所述,外墻掛板水平接縫宜采用高低縫或企口接縫構造,結合材料防水達到防水作用,企口形式及尺寸可根據需求設計,令構件易生產,施工易操作。


三、樓梯的連接(擱置式樓梯)

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1- 休息平臺;2-預制樓梯;3-水泥砂漿找平層;4-錨頭;5-注膠;6-PE棒;7-聚苯填充;8-灌漿料;9-砂漿封堵

圖3.2.5-5 擱置式樓梯

3.2.6本項目特點


1、本項目塔樓均采用裝配整體式現澆剪力墻結構,剪力墻抗震等級為三級。結構嵌固部位為地下室頂板。

2、項目底部加強區采用現澆混凝土結構,底部加強區以上采用裝配整體式現澆剪力墻結構,外掛墻板作為外圍護,兼具剪力墻外模板的作用。

3、考慮項目總體經濟指標,結構平面布置中不設置次梁。

4、本工程洗手間采用的是預制沉箱,下沉400mm;空調板采用全預制空調板;陽臺采用疊合陽臺。


3.2.7小結


1、裝配整體式現澆剪力墻結構體系適用的地域和高度

承重構件(剪力墻、框架柱)現澆+水平構件(樓板、框架梁)疊合的技術體系原則上適用于任何區域,其最大適用高度根據建筑的結構類型、所處區域抗震設防烈度、建筑抗震設防分類等因素,滿足現行《抗震設計規范》GB50011-2010(2016年版)、《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010、《裝配式混凝土結構技術規程》JGJ1-2014、《裝配式混凝土建筑技術標準》GB/T51231-2016和相關的地方規程規范的要求,對于高度超過50米的框架結構、筒體結構和復雜高層結構,應注意采取可靠措施(加厚疊合樓蓋現澆層厚度,加大現澆層的配筋等)增強疊合樓板的整體剛度。

2、裝配整體式現澆剪力墻結構體系技術要點

①在裝配整體式現澆剪力墻結構體系中,外墻掛板作為圍護結構,需在墻板的頂部邊緣預留鋼筋與鍵槽,與主體結構梁或者板連接并后澆混凝土形成可靠連接。

②裝配整體式現澆剪力墻結構體系既要保證外墻掛板本身的安全以及與主體結構連接的安全性,又要避免對主體結構的剛度及內力分布造成不利影響。

③外墻掛板與主體結構之間、掛板之間縫隙要進行防水、防火、隔聲、保溫等處理措施,縫隙要避免剛性材料填充;

④外墻掛板除與主體結構的可靠連接外,還需要平面外的定位、限位措施。

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