广东某超高层住宅装配式设计

广东某超高层住宅装配式设计

廖伟城

华阳国际广州分公司 广东佛山 528000

摘要：广东某超高层住宅项目采用装配整体式混凝土剪力墙结构。经对比分析研究，项目采用了叠合楼板+预制沉箱+预制楼梯的选型方案，经对建筑装配率核算，项目各单体均满足装配率50%以上的装配式建筑评价标准。经多款软件计算分析，设计结果安全合理。

关键词：装配式选型；超高层；装配率；装配式建筑；节点连接

1、引言

在建筑业转型升级背景下，国务院持续出台若干政策大力推进装配式建筑发展。2016 年9 月，国务院常务会议上提出“力争用10 年左右时间使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%”的具体目标[1]。

为了促进我国装配式建筑的发展，本着立足当前实际、适度面向发展的原则，国家标准《装配式建筑评价标准》（GB/T 51129—2017）[2]于2018 年2 月1 日正式实施。

2019年8月26日广东省住房和城乡建设厅发布了广东省标准《装配式建筑评价标准》（DBJ/T 15-163-2019）[3]，该标准沿袭国家标准，学习借鉴各地装配式建筑经验，结合广东省装配式建筑特色，做到了简明易行。该标准采用“装配率”的概念来综合反映建筑的装配化程度。对应装配式建筑的四大系统，从三个层次给出了装配率评价体系的三类指标——主体结构（Q1）、围护墙和内隔墙（Q2）、装修与设备管线（Q3），同时结合广东省经验提出细化项（Q5）和鼓励项目（Q6），采用得分求和的方式获得装配率，同时制定了四个对于装配式建筑发展初级阶段相对合理可行的准入门槛，即：1）主体结构的评价分值不低于20 分；2）围护墙和内隔墙部分的评价分值不低于10 分；3）采用全装修；4）装配率不低于50%。[3]

2、工程概况

广东某超高层住宅项目位于广东省广州市海珠区南洲路北，东晓南路以西。该项目由 3 栋（1#住宅、2#住宅、3#住宅） 57 层高 174.70 m 的住宅楼，1栋1层的商业、公建配套楼，1栋6层的公建配套楼，1栋1层的垃圾收集站，及3层地下汽车库、设备房组成，设计使用年限50年，总用地面积为18358m2，拟建总建筑面积16.13万m2，地上12.3916.13万m2，地下3.74万m2，装配式建筑面积116486 m2。

超高层住宅地上57层，地下3层，本工程抗震设防类别丙类，抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组为第一组，建筑场地为Ⅲ类，采用整体装配式混凝土剪力墙，项目效果如图1所示。根据《广东省人民政府办公厅关于大力发展装配式建筑的实施意见》、《广州市人民政府办公厅关于大力发展装配式建筑加快推进建筑产业现代化的实施意见》、广东省标准《装配式建筑评价标准》 （DBJ/15-163-2019）,3栋超高层住宅为装配式建筑，装配率不得低于50%。[3]

图1  项目效果图

3、装配式结构设计

3.1 装配式选型策略

3.1.1 鼓励项（Q6）及固定得分项（19.5分）

a.平面布置标准化（1分）：

b.节点标准化（1分）：

c.智能化应用（0.5分）：

本项目采用智能化系统。

d.智能化应用（1分）：

本项目采用绿色施工，施工评价为合格。

e.全装修（6分）

f.非承重围护墙非砌筑（5分）

g.内隔墙非砌筑（5分）

3.1.2 非固定得分项比选（目标得分不小于31分）：

本项目提出了三个满足装配率不小于50%的选型方案，参考文献4的成本数据与算法，对三个选型方案进行比选，见下方表格：

不小于50%装配率的装配设计方案          表1

文献4指出，在合适的得分范围内，随着竖向构件增加1分，其成本增量将增加23.01元/m2，水平构件每增加1分，引起的成本增量为1.02元/ m2，集成厨房每增加1分，其成本增量将增加1.20元/ m2，集成卫生间每增加1分，其成本增量将增加1.56元/ m2，对方案进行经济性比选：

方案每平米成本增量表             表2

a、从经济性的角度出发，方案一每平米成本增量为36.49元，比其他两个方案成本更低；

b、从施工难易，构件生产，绿色环保的角度出发，方案一比方案二、方案三施工更容易，构件规格更少，标准化更高，符合国家绿色环保的建筑产业化方向；

c、从对结构的影响大小的角度出发，方案一仅采用预制水平结构构件，采用标准化连接节点，其承载能力等同于现浇，不需要放大地震影响系数，对结构计算影响小于其他两个方案。

综上所述，本项目的装配式选型采用方案一。

图2 塔楼标准层水平构件平面布置图

3.1.3 预制构件设计

1)预制叠合楼板设计

非屋面层预制楼板一般采用60mm预制层+80mm现浇层设置宽缝位置，采用双向板受力，预制楼板在拼缝边底部设置压槽。

   图3 叠合楼板与现浇中墙（或中梁）连接节点(出筋方向)

              图4 叠合楼板宽缝连接节点（出筋方向）

图5 叠合楼板与现浇边墙（或梁）连接节点（出筋方向）

2)预制楼梯设计

本项目三栋塔楼均从三层开始采用预制楼梯，避难层由于层高原因，改为现浇楼梯。现采用Midas有限元软件，补充预制楼梯情况下，剪力墙屈曲分析，软件计算截图如下。

图6

屈曲分析表明第一阶屈曲的荷载因子为29811，墙底内力共63.5kN，即该墙肢的临界荷载为29811×63.5=1893014kN，而该墙肢在首层的1.0 恒载+0.5 活载工况下的轴力为23381kN，则屈曲因子为1893014/23381=81.0。

以上分析证明，剪力墙稳定性有足够的安全度。

预制楼梯采用滑动支座，预制楼梯上端采用固定铰支座，下端采用滑动铰支座，结构抗震可不考虑其斜撑作用，考虑罕遇地震作用下结构的层间弹塑性位移，梯段下端与主体结构预留30mm变形缝。

图6预制梁式楼梯上端连接节点

图7预制梁式楼梯下端连接节点

3)预制沉箱设计

预制沉箱预制范围为整个卫生间底板，包含大小降板，沉箱四边结构构件为现浇混凝土，预制沉箱侧边按规范  要求预留钢筋与现浇混凝土构件连接，同时在大沉箱边上增加反坎，增强防水效果。

图8 预制沉箱连接节点

3.2 主体结构计算
3.2.1 结构不规则判定

a 结构高度为174.70 m，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）3.3.1条，B级高度限值为150 m，本项目为超B级高度的超高层建筑。

b 结构总宽为29.91 m，突出长度为11.88m，l/B=0.40，大于该方向平面总尺寸的30%，本项目为凹凸不规则的建筑。

                    图9 标准层平面示意图

c 本项目二层为架空层，2层、11层、27层、43层存在局部转换，本项目为局部不规则的建筑。

3.2.2 性能目标

综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构本身特点、建造费用和修复难易程度等因素，根据广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ15-92-2013）对抗震性能目标的划分，结构抗震性能目标定为C级。

3.2.3 结构计算与分析

    鉴于本工程的复杂性及超限程度，分别采用北京盈建科软件股份有限公司《盈建科建筑结构计算软件》（版本号：2.0.3版）、北京筑信达工程咨询有限公司开发研制《ETABS三维结构分析软件》（版本号：V17.0.1版）、北京迈达斯技术有限公司编制的 Midas Gen 2020和广州建研数力建筑科技有限公司，建研科技股份有限公司开发研制《高性能弹塑性动力时程分析软件PKPM-SAUSAGE》（版本号：V3.1）。

本项目为标准设防类，采用整体装配式剪力墙体系，其承载能力等同现浇。经计算分析，得到以下结论：

1.在多遇地震作用及风荷载作用下，YJK和ETABS两种软件分析的各项指标基本一致；结构构件处于弹性阶段，承载能力和变形能力均能满足现行规范要求。时程分析与反应谱之间具有一致性和规律性，符合工程经验及力学概念所做判断；能够满足预定的抗震性能水准1的要求；

2.在设防烈度地震作用下，穿层墙、穿层柱、剪力墙受弯、受剪能够满足预定的抗震性能水准3的要求；框架梁和连梁均部分受弯受剪，能够满足预定的抗震性能水准3的要求；

3.在罕遇地震作用下，弹塑性层间位移角满足规范限值要求；穿层墙，穿层柱，剪力墙未出现明显的受压损伤，且钢筋未屈服，部分框架梁纵筋屈服，能够满足预定的抗震性能水准4的要求；

4.该结构满足设定的抗震性能目标且满足各项规范要求。

4、结语

在设计装配式建筑的过程中，装配式的选型结合建筑条件、施工技术条件和土建成本综合考虑；预制构件的拆分考虑构件生产、运输和吊装等各环节因素的要求，以利于节约成本和保证项目工期。本项目属于不规则的超高层装配式建筑，合理的选型和拆分降低了装配式建造对结构计算的影响，减少了构件类型与规格，遵循“规格少、组合多”的原则，降低了土建造价上的增量，有助于易保证项目工期。

参考文献：

[1] 国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见[J].住宅产业, 2016(10): 10-12.

[2] 国家标准《装配式建筑评价标准》（GB/T 51129—2017），中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局联合发布，2017.

[3] 广东省标准《装配式建筑评价标准》（DBJ/T 15-163-2019），广东省住房和城乡建设厅发布，2019.

[4]顾浩声，谭礼,金瑞珺.装配式混凝土住宅成本敏感度分析[J] .建筑结构2021（51）：1092-1097.

[5] 高层建筑混凝土结构技术规程: JGJ 3—2010[S]. 北京:

中国建筑工业出版社, 2011.

[6] 建筑抗震设计规范: GB 50011—2010[S]. 2016 年版. 北

京: 中国建筑工业出版社, 2016.

[7] 超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点: 建质

[2015]67 号[A].