某不规则装配整体式框架结构预制柱的应用研究

某不规则装配整体式框架结构预制柱的应用研究

田俊永 张丁

（重庆市设计院有限公司，重庆400050）

摘要：装配式框架结构中框架柱和框架梁是重要的受拉构件，通过节点连接形成整体结构。从平面布置、预制构件的拆分设计和连接节点等都需要合理的设计，本文结合某不规则框架结构进行分析探讨，以归纳出装配式框架柱的设计经验和要点，以供参考。

关键词：装配式建筑；预制柱；钢管混凝土柱；节点连接

0 引言

随着建筑工业化发展的需要，装配式混凝土结构有了广泛的应用，装配式框架结构作为一种简单可靠的结构体系，便于工程的实际应用，有利于减少施工现场湿作业工作量、减少扬尘和建筑垃圾，以实现节能减排和保护环境的目的。本文结合具体的工程实践，结合重庆市装配式产业发展政策要求，对结构预制柱的平面布置，构件拆分和设计等进行分析和总结，为类似装配式工程的设计提供借鉴。

1工程概况

该工程为重庆市某法院工作大楼，地上建筑层数为五层，地下室层数为一层，地上建筑高度最大为23.50m，地下建筑高度4.20m。抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度六度，基本地震加速度0.05g，设计地震分组第一组，建筑场地类别Ⅱ类，特征周期0.35s。依照重庆市装配式建筑产业化目标，本工程要求装配率不低于50%。结合本工程特点进行综合分析，确定主体结构的框架柱竖向构件采用预制构件，满足装配式建筑计算分值不小于10分。

2装配式结构设计

2.1平面布置

本项目结构体系为装配整体式混凝土框架结构，因建筑功能的需要，结构存在平面不规则项和竖向不规则项。由于塔楼内部功能需求中部上空而形成较大洞口；项目位于重庆地区坡地上，存在一层掉层结构，南侧地面标高为建筑一层，为广场地面，北侧、东侧和西侧地面高度为二层地面标高，三面一层高度范围均有土体掩埋，主体在地下室部分和一层高度三面设置现浇钢筋混凝土侧墙支挡，基坑边坡与主体结构之间在主体施工完后回填，一层结构抗扭刚度分布不均匀，在具有偶然偏心的规定水平力作用下，楼层两端的最大弹性水平位移大于该楼层两端弹性水平平均值的1.2倍，形成扭转位移不规则。

2.2预制框架柱构件设计

装配式混凝土建筑平面设计应优先选用规则的平面布局，合理布置竖向预制柱的位置，并考虑模数协调作为建筑部品部件以实现通用性和互换性的基本原则，实现部品部件的规格化和通用化，来提高预制构件的生产质量，减低成本。本工程预制柱的位置避免选用大开洞区域和建筑周边受力复杂部位，选用两侧规则楼板区域内部空间布置钢筋混凝土预制柱。在建筑东侧、西侧和南侧入口部位设置通高部位钢管混凝土框架柱，可减少现场支模作业，依据重庆市装配式建筑装配率计算细则，钢管混凝土柱可计入预制构件进行应用比例计算。

2.3预制柱连接节点设计

装配整体式框架结构的节点连接主要有干式和湿式连接，干式连接主要采用螺栓连接或预应力连接，节点核心区在工厂预制时在预制梁柱端头预埋钢连接件，现场采用高强螺栓进行固定连接；预应力连接需要在工厂预制构件时预留孔道，施工现场通过张拉预应力将构件拼接在一起，合理的预应力设置可以同步改善梁的挠度变形。湿式连接主要采用在预制构件端部预留现浇段，待施工现场构件就位后，进行钢筋连接，并在节点区采用混凝土浇筑，保证节点的整体受力性能。湿式连接作为一种操作简单，性能可靠的节点连接方式得到了较为普遍的应用。

装配整体式混凝土框架结构设计是基于等同现浇的设计原则，在预制构件之间及预制构件与现浇及后浇混凝土的接缝处，当受力钢筋采用可靠的连接，接缝处采取粗糙面、键槽等抗剪构造措施后，进行灌浆处理，使结构的整体性能等同现浇。

（1）本项目楼面采用钢筋桁架楼承板，楼层梁采用现浇，梁柱节点现浇混凝土。柱子纵筋选用直径为22mm，沿预制柱周边均匀布置，应选用规则平面中部框架柱，主要承受楼面竖向荷载，框架柱承担的弯矩和剪力较小，纵筋间距较大，便于钢筋安装对位和连接。

（2）框架柱的连接采用半灌浆套筒机械连接，减少焊接的工作量，并能保证接头质量，套筒钢筋重叠区提供了附加刚度，增加了承载能力，是一种可靠地连接形式。很多学者通过实验对比和有限元软件模拟分析，发现灌浆套筒机械连接与现浇结构的破坏机理和破坏方式基本相同。同时也根据实验数据显示，使用灌浆套筒的预制柱和现浇柱的大部分裂缝均出现在柱体底部，在柱底灌浆缝处会产生横向的贯穿裂缝，这是由于底部灌浆层整体性附近柱体的整体性较差导致的，设计文件可要求预制柱在工厂生产时，在套筒段外部增设钢丝网，以降低套筒段的裂缝开展，加密套筒段箍筋或焊接箍筋弯钩以增强该区段的变形能力。同时，灌浆套筒机械连接收到现场施工工人的技术水平影响较大，必须严格按照既定的施工次序并采用合格的灌浆料进行施工，避免产生灌浆质量缺陷，严重影响节点的承载能力。

2.4钢管混凝土柱设计

钢管混凝土柱可以减少现场支模工作量，钢管固定后，采用自密实细石混凝土浇筑。由于钢骨混凝土柱具有良好的塑性和延性,其抗震性能远比钢筋混凝土柱优越,因而提高了整个建筑物的可靠性。钢管混凝土的基本原理是借助圆形钢管对核心混凝土的套箍约束作用,使核心混凝土处于三向受压状态而获得更高的抗压强度和极限变形能力，而内填混凝土的支撑作用又有助于提高钢管壁的稳定性，从而使钢管混凝土结构具有相当高的承载力和优良的抗震性能。南侧、东侧和西侧入口的12根通高柱，高度为22.8米，直径0.8米。结构抗震计算采用性能化设计，通高柱均设置为关键构件，满足性能C的要求。

3装配式构件施工

预制构件开始吊装施工后，对各个施工作业面设计广泛，施工条件要求较高。预制柱施工前，应合理安排施工现场进度，控制预支构件的进场时间，避免过多堆放造成现场混乱，减少因环境问题产生的预留钢筋锈蚀情况的发生。预制构件吊装前首先按照设计图纸要求复核检验柱子插筋的数量、规格和位置是否满足施工规范标准要求，施工操作人员按照拟定的吊装流程核对构件编号、安装位置和构件方位，病标准吊装顺序；另一方面应对对吊装设备型号、吊具、吊索等安全防护装置进行检查，要求符合规定要求。

预制柱注浆应遵循严格的施工工序：清理接触面→铺座浆料→安放预制柱→调整并固定预制柱→拌制注浆料→注浆→个别补注→封堵→完成注浆。所用注浆材料和机具有：注浆机、砂浆搅拌机、注浆料搅拌桶、注浆料搅拌枪、流动度测试仪、流动度测试平板手锤等；严格按照《装配式混凝土结构技术规程》和图纸设计要求进行注浆料配比。灌浆料的强度需要满足C40的要求，灌浆料适宜温度为5 ℃～30 ℃，需在30分钟内使用完毕。保证节点灌浆要求。灌浆后可采用内窥镜法进行套筒灌浆的饱和度监测，确保孔道末端灌浆料密实，灌浆饱满度达到100%。

4总结

本文通过对一装配式混凝土框架结构装配预制柱的研究，结合重庆的装配式政策要求，分析了装配式预制柱的实现过程和设计、施工的注意事项，可以作为重庆地区其他装配式框架结构预制柱实施的借鉴。

参考文献

[1]肖承波,吴体,淡浩,等.装配式混凝土建筑构件质量控制现状分析研究[J].建筑科学,2020, 36(07): 123- 129.

[2]宋小辉,装配式混凝土建筑中竖向承重构件连接节点构造研究[J].建筑结构,2023,53(01): 1206-1210 .

[3]装配式混凝土建筑技术标准GB/T51231-2016［S］

[4]装配式混凝土结构技术标准J1736-2014［S］