院校學(xué)生宿舍裝配式設(shè)計研究范文

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摘要：廣東某院校學(xué)生宿舍項目采用裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)。經(jīng)對比分析研究，項目東西外墻采用外掛墻板+內(nèi)保溫的構(gòu)造方式以滿足建筑保溫隔熱要求，南北向外墻無需進行保溫隔熱設(shè)計。構(gòu)件拆分設(shè)計綜合考慮了生產(chǎn)、運輸及吊裝等環(huán)節(jié)的要求；連接節(jié)點設(shè)計還考慮了構(gòu)件安裝的可行性和易操作性。經(jīng)對建筑裝配率核算，項目各單體均滿足裝配率50%以上的裝配式建筑評價標準。

關(guān)鍵詞：裝配整體式；外墻保溫隔熱；外掛墻板+內(nèi)保溫；拆分設(shè)計；節(jié)點連接；鋼筋避讓；裝配率；裝配式建筑

1工程簡介

廣東某院校學(xué)生宿舍項目位于廣東省清遠市省級職業(yè)技術(shù)教育示范基地內(nèi)，為廣東省建筑工程集團有限公司首個裝配式EPC項目，被評為“廣東省第一批裝配式示范項目”。該項目共7棟6層高21.55m的單體，總建筑面積58089m2，無地下室，采用裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)，首層和屋面現(xiàn)澆，2~6標準層采用裝配式，學(xué)生宿舍樓效果如圖1所示。

2外墻保溫隔熱設(shè)計對比與分析

2.1建筑外墻劃分

根據(jù)《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》［1］，本項目需按照夏熱冬暖地區(qū)北區(qū)建筑節(jié)能要求設(shè)計，設(shè)計中應(yīng)考慮夏季降溫，兼顧冬季采暖要求。如圖2所示，將建筑外墻分為南北外墻和東西外墻。圖2中東側(cè)、南側(cè)、北側(cè)宿舍的外陽臺有效遮擋和減少了進入宿舍內(nèi)部的熱量，減輕了圍護結(jié)構(gòu)的熱能耗。根據(jù)標準要求，廣東清遠地區(qū)建筑南北向可不進行保溫隔熱設(shè)計，東西向有保溫隔熱設(shè)計要求。

2.2保溫形式的對比分析

適用于裝配式混凝土建筑的常用外墻的保溫形式一般有4種，分別為自保溫（常用形式為加氣混凝土外掛墻板）、夾心外掛墻板、外掛墻板+內(nèi)保溫（保溫砂漿形式）、外掛墻板+內(nèi)保溫（復(fù)合板形式）。其中加氣混凝土外掛墻板技術(shù)不成熟［2］，運輸過程存在風(fēng)險；外掛墻板+保溫砂漿內(nèi)保溫系統(tǒng)存在濕作業(yè)工序，影響建筑的裝配式評價指標和施工工期。參考國內(nèi)部分地區(qū)裝配式剪力墻住宅外墻保溫模式［3］，本項目可采用夾心外掛墻板的形式。根據(jù)本項目的特點，還可以采用外掛墻板+內(nèi)保溫（復(fù)合板形式）的形式，設(shè)計前對該兩種構(gòu)造形式進行了前期研究。利用清華斯維爾節(jié)能設(shè)計軟件對各建筑單體建筑建模，并按表1和表2賦予模型不同的設(shè)計參數(shù)。夾芯外掛墻板的方案采用滿足結(jié)構(gòu)需求的鋼筋混凝土最小厚度值進行節(jié)能核算，經(jīng)變換參數(shù)驗算，表1中數(shù)據(jù)均符合學(xué)生宿舍的保溫隔熱要求，且滿足《建筑設(shè)計防火規(guī)范》［4］第6.7.3條規(guī)定：建筑外墻采用保溫材料與兩側(cè)墻體構(gòu)成無空腔復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)體系時，保溫材料兩側(cè)的墻體應(yīng)采用不燃材料且厚度應(yīng)≥50mm。表2為按外掛墻板+內(nèi)保溫系統(tǒng)進行節(jié)能計算時選取的不同厚度參數(shù)進行計算。計算結(jié)果表明：表2中參數(shù)均能滿足建筑外墻保溫隔熱設(shè)計要求。同時對夾芯外掛墻板、外掛墻板+內(nèi)保溫系統(tǒng)2種做法進行了經(jīng)濟性對比，如表3所示。經(jīng)上述比較分析，最終采用相對經(jīng)濟的外掛墻板+內(nèi)保溫（復(fù)合板）的保溫做法。裝配式混凝土建筑推薦采用保溫隔熱一體化的外圍護系統(tǒng)，因此我國較多省區(qū)采用夾心保溫外墻板的形式，但廣東省屬于夏熱冬暖地區(qū)，采用這種保溫形式并不能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，因此很少采用。外掛墻板+內(nèi)保溫（復(fù)合板）的做法不足之處在于不能實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件與保溫隔熱一體預(yù)制，內(nèi)保溫層需在預(yù)制外掛墻板安裝后再施工安裝。考慮到裝配式建筑的施工特點，上層構(gòu)件安裝的同時，下面已安裝好的樓層可以同步進行裝修工作，彌補了該做法多道工序?qū)ㄖて谠斐捎绊懙牟蛔恪Ｔ撟龇ㄍ瑫r可以減少現(xiàn)場濕作業(yè)，達到節(jié)能環(huán)保的要求。

3預(yù)制構(gòu)件拆分設(shè)計

本工程中框架柱全為現(xiàn)澆，標準層外圍框架梁和衛(wèi)生間沉箱及周邊部分梁、樓梯休息平臺等為現(xiàn)澆外，標準層其他構(gòu)件均為預(yù)制，主要采用的預(yù)制構(gòu)件有鋼筋桁架疊合板、疊合梁、預(yù)制外掛墻板、預(yù)制樓梯、全預(yù)制懸挑板、預(yù)制空調(diào)板等。標準層預(yù)制構(gòu)件平面布置情況如圖3所示。

3.1預(yù)制樓板拆分

預(yù)制底板的厚度，除要滿足構(gòu)件本身的受力要求外，還需根據(jù)構(gòu)件生產(chǎn)、運輸、吊裝以及現(xiàn)場施工過程的荷載通過計算確定。本項目中裝配式標準層的疊合樓板總厚度為130mm，預(yù)制層厚度取60mm。考慮建遠構(gòu)件廠內(nèi)生產(chǎn)構(gòu)件固定模臺寬度為3.5m［5］，可生產(chǎn)板類構(gòu)件最大寬度為3.2m；考慮道路和運輸車輛寬度限制，運輸構(gòu)件短邊方向出筋寬度不得超過3.2m。因此根據(jù)本項目疊合樓板受力特點和在結(jié)構(gòu)中所處位置，按單向疊合板和雙向疊合板進行拆分。走廊部位樓板基本為單向板傳力模式，因此按單向疊合板拆分（見圖4a），拆分時，樓板沿非受力方向劃分，預(yù)制底板采用分離式接縫，可在任意位置拼接；房間內(nèi)板塊尺寸過大，且樓板為雙向板傳力模式，因此按雙向疊合板拆分（見圖4b）。考慮拼接后樓板底部拼接縫的觀感效應(yīng)，房間內(nèi)預(yù)制板之間采用整體式接縫，接縫位置設(shè)置在疊合板的次要受力方向上受力較小部位，預(yù)制板間預(yù)留300mm寬現(xiàn)澆帶，兩側(cè)預(yù)制板外伸鋼筋在現(xiàn)澆帶中搭接連接。

3.2外掛墻板拆分

外掛墻板是裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)上的非承重外維護掛板，其拆分通常限于一個層高和一個開間，拆分設(shè)計時要考慮到構(gòu)件生產(chǎn)、運輸和吊裝條件等因素的影響。外掛墻板拆分的同時還應(yīng)根據(jù)建筑立面的特點，合理設(shè)置拼縫的位置，減少對建筑立面效果的影響。因此外掛墻板的拆分既要滿足墻板的尺寸控制要求，又要符合建筑外觀設(shè)計要求。本項目外掛墻板拆分時充分利用了建筑外立面凹凸線條的特點，有陽臺的立面外墻巧妙地將拼縫隱藏于U型裝飾假柱和空調(diào)板百葉窗內(nèi)（見圖5a）。由于層高為3.55m，西側(cè)無陽臺外墻若按開間拆分，墻板尺寸超出構(gòu)件生產(chǎn)和運輸尺寸的要求，且構(gòu)件過重，與吊裝設(shè)備不匹配，因此將一個開間的墻板拆分成3塊（見圖5b）。考慮到生產(chǎn)和運輸問題，項目中的預(yù)制空調(diào)板與外掛墻板采用分開制作生產(chǎn)，現(xiàn)場組合拼裝的方式，簡化了生產(chǎn)和運輸。

4預(yù)制構(gòu)件連接節(jié)點設(shè)計

構(gòu)件連接節(jié)點設(shè)計是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點內(nèi)容，連接節(jié)點設(shè)計不但要考慮結(jié)構(gòu)受力特性的要求，還要考慮構(gòu)件安裝時的可操作性，是保證建筑安全和質(zhì)量以及工程進度的重要因素。

4.1梁柱連接節(jié)點設(shè)計

為減少梁柱節(jié)點區(qū)域內(nèi)梁外伸鋼筋數(shù)量，在本項目的施工圖設(shè)計階段已對梁配筋進行合并，并在滿足梁端受力和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》［6］等相關(guān)規(guī)范要求的前提下，將梁第二排底筋在距兩端一定距離處截斷，減少外伸鋼筋的數(shù)量，同時采用錨固板的設(shè)計，方便節(jié)點區(qū)鋼筋避讓和構(gòu)件安裝（見圖6）。該節(jié)點連接形式基本等同于傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)連接節(jié)點，與采用套筒連接鋼筋的延性連接節(jié)點［7］相比，節(jié)點區(qū)鋼筋避讓設(shè)計是深化設(shè)計的難點，設(shè)計時同時考慮了構(gòu)件的吊裝順序和施工工藝等因素，才使得構(gòu)件安裝順利進行。

4.2主次梁連接節(jié)點設(shè)計

本項目主、次梁存在50mm的高差，采用主梁預(yù)留后澆槽口的方式因槽口太薄容易開裂，因此采用圖7所示的主次梁連接方式。這種連接方式缺點是次梁端部需預(yù)留現(xiàn)澆段，且考慮鋼筋搭接長度要求預(yù)留現(xiàn)澆段長度較長，對于跨度不大的次梁減去現(xiàn)澆段長度后預(yù)制段長度可能所剩無幾了。該節(jié)點連接屬于梁柱強連接［7］，梁端現(xiàn)澆段為大震作用下梁端生成塑性鉸提供了變形空間，能夠保證該結(jié)構(gòu)的抗震性能。

4.3疊合樓板連接大樣

本項目中鋼筋桁架疊合板的支座連接節(jié)點參照國標圖集《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點構(gòu)造》［8］的連接構(gòu)造，如圖8所示。對應(yīng)于3.1中預(yù)制樓板的2種拆分形式，疊合板間拼縫采取圖9中的分離式和整體式2種形式。

4.4外掛墻板支座節(jié)點設(shè)計

本項目中大部分外掛墻板底部有懸挑板支撐，上部與框架梁的支座連接主要起固定防傾覆作用（見圖10），其下端直接坐落在懸挑板上。沒有懸挑板支撐的外掛墻板上部設(shè)有線性支承式支座［9］，支座鋼筋錨入現(xiàn)澆框架梁內(nèi)，承受墻體所有平面外荷載，下部設(shè)置限位件對墻板起豎向支撐和限制墻板平面外位移的作用（見圖11）。

4.5外墻拼縫防水設(shè)計

防水設(shè)計是裝配式混凝土建筑外墻設(shè)計的重要內(nèi)容，也是實現(xiàn)建筑正常使用功能的重要保證。西側(cè)外墻按建筑開間拆分構(gòu)件尺寸較大，不符合構(gòu)件生產(chǎn)和運輸條件要求，且構(gòu)件重量過大與塔吊性能不匹配。因此中間設(shè)置一條豎縫（見圖5），為了防止墻體拼縫處滲水影響建筑正常使用，設(shè)計了一種新的外墻板中間拼縫大樣如圖12所示，拼縫外側(cè)打防水膠，內(nèi)側(cè)預(yù)留現(xiàn)澆混凝土缺口，利用混凝土的自身防水特性進行二道防水保護。其他部位外墻接縫采用結(jié)構(gòu)防水構(gòu)造與材料防水相結(jié)合的形式：圖13a中水平拼縫采用企口接縫，接縫兩側(cè)均設(shè)密封材料和密封膠雙層防水材料［10］；圖13b中豎向拼縫采用外側(cè)排水空腔及打膠，內(nèi)側(cè)依賴現(xiàn)澆部分混凝土自防水的內(nèi)澆外掛的預(yù)制外墻防水構(gòu)造［11］。

5建筑裝配率計算

根據(jù)《裝配式建筑評價標準》［12］的要求，裝配式混凝土建筑應(yīng)同時滿足下列要求：①主體結(jié)構(gòu)部分的評價分值不低于20分；②圍護墻和內(nèi)隔墻部分的評價分值不低于10分；③采用全裝修；④裝配率不低于50%。對照文獻［12］中表4.0.1的評分項，以B01棟單體為例，各項指標計算結(jié)果如表4所示。根據(jù)文獻［12］中公式（4.0.1）計算得到B01棟裝配率為：從上述計算可得本項目中B01棟符合裝配式建筑的評價要求。經(jīng)同樣方法復(fù)核，本項目其它單體同樣滿足裝配式建筑的評價要求。6結(jié)語⑴對位于廣東省的裝配式混凝土建筑，南北向一般無需進行保溫隔熱設(shè)計，東西向須進行保溫隔熱設(shè)計。本項目經(jīng)對比分析，采用外墻板+內(nèi)保溫的構(gòu)造形式比采用夾心保溫板方案經(jīng)濟合理。⑵預(yù)制構(gòu)件的拆分設(shè)計要考慮構(gòu)件生產(chǎn)、運輸和吊裝等各環(huán)節(jié)因素的要求，有助于節(jié)約成本和保證項目工期。⑶構(gòu)件節(jié)點連接設(shè)計是裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，也是保證建筑質(zhì)量的重要因素之一。節(jié)點設(shè)計時同樣要考慮生產(chǎn)、運輸和吊裝等各環(huán)節(jié)的要求，特別是鋼筋避讓對構(gòu)件安裝難易起決定性作用，也是影響施工進度的因素之一。⑷裝配率是評價裝配式建筑的評價指標，經(jīng)計算，本項目符合文獻［12］中關(guān)于裝配式建筑的評價要求。

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［12］裝配式建筑評價標準：GB/T51129-2017［S］.北京：中國

作者：毛娜 徐其功 單位：廣東省建科建筑設(shè)計院有限公司