装配式建筑结构计算

时间：2019-02-15 15:59:35 来源：筑傲网

　　装配整体式剪力墙结构体系，其主要预制构件包括承重墙(预制剪力墙)、非承重墙(外填充墙、内隔墙等)、预制楼梯(预制楼梯梯段，端部伸出连接钢筋，伸入叠合平台板，通过叠合现浇形成整体楼梯)、预制阳台板(根据建筑要求，整体预制各种样式的阳台板，板边缘伸出连接钢筋，伸入叠合楼板，通过叠合现浇实现阳台板与主体结构的可靠连接)、叠合楼板(预制薄板，既是楼板的一部分，又可作为施工阶段叠合楼板的底模，设置桁架钢筋，增强薄板的刚度和强度，钢筋桁架节点又可兼做吊点)，如图所示。

图片100.png

　　装配整体式剪力墙结构的组成

　　对于高层住宅建筑而言，预制装配整体式剪力墙结构具有良好的实用性。首先，这种建造方式现场施工少，受高层建筑施工中垂直运输的不便影响小，其次，这种结构建筑速度快，由于它是经过预制或者半预制而成的，因此在建造过程中速度很快，满足了建筑产业化、现代化的趋势。装配整体式剪力墙结构不仅施工效率高，而且现场污染少，构件质量稳定，更容易实现机械化施工。

装配整体式剪力墙结构的设计主要包括以下几个方面：

　　1、概念设计

　　对于预制建筑的概念设计应该得到充分重视。由于其直接影响建筑的整体效益和质量，因此应在概念设计时充分了解项目的定位，产业政策定位及外部条件。

　　(1)注重建筑设计方案的概念设计，控制建筑的高宽比。比现浇结构的控制稍严。

　　(2)根据现场土质情况，采取合理适宜的地基方案，加强地下室结构的刚度和整体性，适当提高基础结构的整体性和刚度，尽量避免结构产生不均匀沉降。

　　(3)重视无侧支墙体的稳定性验算及加强相应的技术措施。

　　(4)因结构底部加强部位属于结构抗震设计的重要部位，为提高装配整体式剪力墙结构的整体抗震性能，底部加强区一般采用全现浇结构。

　　(5)严格控制剪力墙肢的轴压比和剪压比，避免墙肢出现拉应力，加强屋面结构的整体性，屋面宜采用现浇混凝土梁板。

　　2、结构计算

　　装配整体式剪力墙结构的计算分析方法与现浇剪力墙结构相同，墙采用墙元模拟，预制墙板之间采用整体式拼缝，预制墙板和拼缝作为同一墙肢建模。梁采用叠合梁，板采用叠合板，结构内力与位移计算考虑叠合板对梁刚度的增大作用，中梁刚度增大系数和边梁刚度增大系数可以按实际情况确定，比现浇结构略小。

　　3、预制墙板设计

　　预制墙板在工厂生产其强度可靠度不低于现浇剪力墙结构，所以预制墙板四周连接面的形态与现浇拼缝的质量直接决定整体结构的抗震性能。在设计中，预制墙板水平接合面采用粗糙面，竖向接合面做成键槽，键槽长度方向垂直于主剪力方向。

　　4、墙板间的连接设计

　　预制墙板间的连接设计是装配整体式剪力墙结构设计的重要内容，包括预制墙板水平缝连接与竖向缝连接。预制墙板间钢筋的连接方式主要有三种：一是套筒灌浆连接;二是约束浆锚搭接连接;三是波纹管浆锚搭接连接。第一种是钢筋直接连接，第二、三种是钢筋间接连接。

　　由于存在后浇拼缝，使结构整体刚度有所削弱，在地震作用和风荷载作用下的实际位移略大于现浇结构。若预制墙板间采取可靠的连接方式后，可具备等同现浇剪力墙结构的受力性能和承载力。

　　5、叠合梁、叠合板设计

　　预制墙板洞口上方的预制连梁应与水平现浇带形成叠合连梁。预制连梁的箍筋应伸出其上表面，水平现浇带的纵筋应穿在箍筋内。如预制墙板为倒L形，预制连梁一端宜设置现浇边缘构件，连梁纵筋应锚固在现浇边缘构件内，连梁端部应做成粗糙面或者设置键槽。

　　叠合板按同厚度的现浇板进行计算。叠合板跨度较大时，楼板内力和挠度应考虑预制板拼缝的影响进行调整，并根据计算结果设置抗剪钢筋，楼板采用钢筋桁架板。

基本规定

　　1、结构布置

　　《装配式混凝土结构建筑技术标准》(GB/T 51231)规定装配式剪力墙结构的布置应满足下列要求：

　　(1)应沿两个方向布置剪力墙;

　　(2)剪力墙的平面布置宜简单、规则，自下而上宜连续布置，避免层间侧向刚度突变;

　　(3) 剪力墙门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁;抗震等级为一、二、三级的剪力墙底部加强部位不应采用错洞墙，结构全高均不应采用叠合错洞墙。

　　根据《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1)，抗震设计时，高层装配式剪力墙结构不应全部采用短肢剪力墙;抗震设防烈度为8度时，不宜采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。当采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构时，应符合下列规定：

　　(1)在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担的力矩不宜大于结构底部总地震倾覆力矩的50%;

　　(2)房屋适用高度应比第2章表2.3中规定的装配整体式剪力墙结构的最大适用高度适当降低，抗震设防烈度为7度和8度时，宜分别降低20m。

　　2、结构整体分析

　　装配整体式剪力墙结构可采用与现浇剪力墙结构相同的方法进行计算分析，应符合国家现行标准《混凝土结构设计规范》(GB 50010)、《建筑抗震设计规范》(GB 50011)、《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1)、《装配式混凝土结构建筑技术标准》(GB/T 51231)和《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3)的有关规定。

　　《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1)规定：对同一层内既有现浇墙肢也有预制墙肢的装配整体式剪力墙结构，现浇墙肢水平地震作用下的弯矩、剪力宜乘以不小于1.1的增大系数。此项规定是考虑预制剪力墙的接缝会造成墙肢抗侧刚度的削弱，所有对弹性计算的内力进行调整，适当放大现浇墙肢在水平地震作用下的剪力和弯矩。

　　3、连接要求

　　预制装配整体式剪力墙结构的连接应符合下列要求：

　　(1)预制装配整体式剪力墙结构各构件间的连接应能保证结构的整体性。

　　(2)预制装配整体式剪力墙结构各构件间的连接破坏不应先于构件破坏。

　　(3)预制装配整体式剪力墙结构各构件间的连接的破坏形式不能出现钢筋锚固破坏等脆性破坏形式。

　　(4)预制装配整体式剪力墙结构各构件间的连接构造应符合整体结构的受力模式及传力途径。

结构设计计算

　　1、截面验算

　　预制装配整体式剪力墙结构应进行构件截面承载力计算，包括正截面、斜截面、扭曲截面、受冲切、局部承压等承载力计算，具体计算应按国家现行标准《混凝土结构设计规范》(GB50010)的规定执行。

　　预制装配整体式剪力墙结构应进行构件截面抗震验算，具体计算应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011)的规定执行。

　　2、正常使用极限状态验算

　　预制装配整体式剪力墙结构应进行使用阶段下的裂缝控制验算，裂缝宽度计算及限值应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010)的规定执行和确定。

　　预制装配整体式剪力墙结构应进行挠度验算。挠度验算可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010)的规定执行，结构挠度验算应考虑荷载长期作用的影响，取构件长期刚度进行计算。挠度限值可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010)的规定确定。

　　3、施工阶段承验算

　　施工阶段承载能力验算应按下列规定进行：

　　(1)预制装配整体式剪力墙结构的预制构件应对脱模、起吊、运输和安装等工况进行承载能力极限状态计算，包括构件截面承载力计算以及必要的抗倾覆和稳定验算。

　　(2)预制装配整体式剪力墙结构预制构件在脱模、起吊、运输和安装等工况应选取相应的荷载设计值，选用合理的计算简图进行计算，应将构件自重乘以脱模吸附系数或动力系数。其中，脱模吸附系数可取1.5，构件自重的动力系数取1.2，脱模吸附力应根据构件和模具的实际状况取用，且不宜小于1.5kN/m2。

　　施工阶段抗裂及变形验算应按下列规定进行：

　　(1)预制装配整体式剪力墙结构预制构件应进行正截面抗裂验算。正截面抗裂验算应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010)的规定进行，并按一般要求不出现裂缝的构件验算。

　　(2)预制装配整体式剪力墙结构预制构件应进行挠度验算，挠度验算应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010)的规定执行。预制构件挠度验算可不考虑荷载长期作用的影响，取构件短期刚度进行验算。构件挠度限值可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010)的规定执行，并按使用上对挠度有较高要求的构件进行取值。

　　(3)预制装配整体式剪力墙结构预制构件应按施工阶段实际的受力情况、边界条件，选取合理的计算简图以及荷载组合进行正截面抗裂以及挠度验算。安装阶段应考虑临时支撑的有利作用。

　　4、整体稳定性验算

　　高度大于24m和10层以上，或高宽比较大的预制装配整体式剪力墙结构应进行结构整体稳定性验算，具体计算应按现行国家标准《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3)的规定执行，即应满足下式要求：

图片101.png

　　其中：

　　EJd — 结构一个主轴方向的弹性等效侧向刚度，可按倒三角分布荷载作用下结构顶点位移相等的原则，将结构的侧向刚度折算为竖向悬臂受弯构件的等效侧向刚度;

　　H — 房屋高度;

　　Gi — 第i楼层重力荷载设计值，取1.2倍的永久荷载标准值与1.4倍的楼面可变荷载标准值的组合值。

　　5、抗倾覆验算

　　预制装配整体式剪力墙结构应进行整体结构抗倾覆验算。抗倾覆验算应满足下列计算公式要求：

　　M≤[M]/K

　　其中：

　　M —— 倾覆力矩，由风荷载或地震作用的基础顶面处的最大倾覆力矩，应考虑两者的不利合;

　　[M] —— 抗倾覆力矩，由竖向荷载对房屋基础边缘取矩所得的总力矩，楼层活荷载50%，恒荷载取100%;

　　K —— 抗倾覆安全系数，当建筑高宽比大于4时，取3.0;当建筑高宽比小于4时，取2.3。

　　6、变形验算

　　预制装配整体式剪力墙结构应进行多遇地震作用下的抗震变形验算。结构弹性层间位移应符合下式要求：

　　Due£[qe]h

　　其中:

　　Due —— 多遇地震标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移，应计入扭转变形，各作用分项系数均取1.0，构件截面刚度可采用弹性刚度;

　　[qe] —— 弹性层间位移角限值，对预制装配整体式剪力墙结构，取为1/1000;

　　h —— 计算楼层层高。

　　预制装配整体式剪力墙结构应进行罕遇地震作用下的结构薄弱层(部位)弹塑性变形验算，具体计算应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的规定进行。结构薄弱层(部位)弹塑性层间位移应符合下式要求：

　　Dup£[qp]h

　　其中：

　　Dup —— 弹塑性层间位移;

　　[qp] —— 弹塑性层间位移角限值，对预制装配整体式剪力墙结构，取为1/120;

　　h —— 计算楼层层高。

　　7、水平接缝验算

　　预制装配剪力墙水平接缝处的受剪承载力设计值应按下式计算：

QQ截图20181022133523.jpg

　　其中：

　　Vue -水平接缝受剪承载力设计值;

　　fy- 垂直穿过水平结合面的钢筋或螺杆抗拉强度设计值;

　　Asd -垂直穿过水平结合面的抗剪钢筋或螺杆面积;

　　N- 与剪力设计值V相应的垂直于水平结合面的轴向力设计值，压力时取正，拉力时取负;当大于时，取;此处为混凝土的轴心抗压强度设计值，为剪力墙厚度，为剪力墙截面有效高度。

　　例：

图片102.png

　　剪力墙截面尺寸

　　选取一实际工程中的装配剪力墙，墙体构件施工图详图4.84。钢筋采用HRB400，fy=360N/mm2;剪力墙结合面的抗剪钢筋为11根16，钢筋面积As=2211.7mm2由计算结构查得剪力墙轴向力设计值为N=4577.2kN，与之相应的剪力墙底部剪力设计值为V=347.5kN。

　　根据《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)中第8.3.7条，剪力墙水平接缝的受剪承载力设计值：

图片103.png

　　=0.6×360×2211.7/103+0.8×4577.2=4139.5kN≥347.5kN

　　满足要求。

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