预制混凝土框架的技术要点梳理及建议

预制混凝土框架的技术要点梳理及建议

陈肇辉

(身份证号：44128319891006497X)

摘要：预制混凝土框架结构由于其开间大，空间布置灵活的特点广泛用于公共建筑及工业建筑中，目前装配式领域内，通常采用预制梁、预制柱+现浇节点的装配式混凝土框架结构，其设计理念等同现浇。采用预制混凝土框架，可实现高效率施工建造。目前国内局部省市的装配式政策已倾向于采用预制竖向构件，对于框架结构而言，采用预制柱、预制梁已成为一种必然的选择。目前虽预制混凝土框架项目已有应用，但是项目经验不多，本文从预制混凝土框架体系的简介出发，对预制混凝土框架体系做出标准化的要求、设计要点、施工工序的梳理，以便对后续采用预制砼框架项目提供指导及建议。

关键词：装配式结构；预制框架；预制柱；预制梁

0 引言

随着我国装配式建筑的蓬勃发展，以国家标准《装配式建筑评价标准 GB/T 51129-2017》为基础编制的各省市装配式建筑评价标准，目前已有部分地区如海南省《装配式建筑装配率计算细则（2021版）》、深圳市《装配式建筑评分规则（2022版）-征求意见稿》明确规定预制竖向构件的最低得分要求，即装配式项目如无特殊情况均强制使用预制竖向构件；局部地区要求装配式建筑装配率较高，均不小于60%，如上海市《沪建建材〔2019〕97号文件》、北京市《京建发〔2021〕384号文件》，这间接导致装配式建筑一般需设置预制竖向构件才能满足高装配率的要求。对于框架结构体系，采用预制柱、预制梁成为装配式建筑发展新的要求。

目前承接预制竖向构件项目一般为预制剪力墙的装配式项目，除装配率或预制率要求较高（一般装配率不小于40%，装配率不小于60%）的上海、北京的项目一般设置预制内外墙板外，其余地方采用预制内墙板较多，如河北区域、山东区域等地。对于预制框架项目承接较少，项目经验不多。本文从常用的几种预制砼框架结构体系简介入手，梳理出预制砼框架结构的标准化设计要求、设计要点、施工工序等，对后续采用预制砼框架项目提供建议。

1、预制砼框架结构体系简介

（1）普通预制砼框架：主要由预制框架柱、预制叠合梁、叠合板（预应力砼双T板、楼承板等）和围护体系组成；适用于抗震设防烈度为8度及8度以下地区、适用于开敞空间较大的建筑、适用于装配率或预制率较高的项目。国标图集、行业规范推荐做法，技术成熟，普通预制砼框架，为本文研究的主要对象。

（2）预应力预制砼框架：主要由预制框架柱、预应力叠合梁、楼承板（预应力砼双T板、叠合板等）和围护体系组成；适用于抗震设防烈度为8度及8度以下地区、适用于大空间大跨度的建筑、适用于装配率或预制率较高的项目。采用高强度预应力叠合梁及预应力板可减少构件截面尺寸、节省钢筋用量、提高构件抗裂性能。

（3）预制空腔梁柱体系砼框架：主要由预制叠合柱、预制叠合梁、叠合板（双T板、楼承板等）和围护体系组成；适用于抗震设防烈度为8度及8度以下地区、适用于开敞空间较大的建筑、适用于装配率或预制率较高的项目。构件质量轻、运输吊装方便、构件纵筋搭接连接等同现浇、施工时可实现免模少撑。专利做法，仅部分企业、协会规程做法，非国标及行业规程推荐做法。

（4）钢砼组合预制框架：主要由预制框架柱、预制叠合梁、叠合板（双T板、楼承板）和围护体系组成；适用于抗震设防烈度为8度及8度以下地区、适用于开敞空间较大的建筑、适用于装配率或预制率较高的项目。采用钢结构连接节点+预制砼构件组合的形式，简化柱柱连接、梁柱连接、梁梁连接的形式，建造效率高。专利做法，仅部分企业、协会规程做法，非国标及行业规程推荐做法。

（5）全装配砼框架：主要由预制框架柱、预制梁、全预制楼板（叠合板、双T板等）和围护体系组成；适用于低抗震设防的低、多层建筑。构件不出筋，便于构件自动化生产、便于构件运输、构件生产成本低、施工便捷建造效率高。

2、准化设计要求（以下内容均以（1）普通预制砼框架展开）

（1）建筑专业：建筑设计应遵循少规格、多组合的原则；建筑和结构布置宜简单，平面布置规则，轴网尺寸模数化；宜选用大开间、大进深的平面布置。

（2）结构专业：结构布置需要有工业化思维，梁柱对中布置；如果上下层柱有变截面需求，上层截面变小，变截面柱边尽量与下层柱平齐；梁柱应合理归并，减少构件的类型和规格，如截面、配筋统一。

图2.1 梁柱对中布置，满足钢筋在节点处的避让              图2.2 上下层柱变截面做法

3、设计要点

（1）结构计算要点

a、预制框架结构除抗震烈度8度（地震加速度0.3g）时结构适用高度与现浇相比有所降低外，其余结构适用高度、抗震等级、结构位移角限值、结构最大高宽比均与现浇一致；预制框架满足《装标》、《装规》的要求时，可按等同现浇混凝土进行设计。

b、同一层内既有预制又有现浇抗侧力构件时，地震设计状况下宜对现浇抗侧力构件在地震作用下的弯矩和剪力进行适当放大。

c、内力和变形计算时，应计入填充墙对结构刚度的影响，当采用轻质墙板填充墙时，框架结构周期折减系数可取0.7~0.9。

d、结构内力和位移计算时，对现浇楼盖和叠合楼盖，楼面梁刚度可计入翼缘作用增大，增大系数根据翼缘情况近似取1.3~2.0。

e、预制框架应对叠合梁端、预制柱底等进行接缝抗剪强度验算。梁端抗剪一般均容易超限，根据计算结果设置抗剪短筋；预制柱截面尺寸不小于400mm且不小于同方向梁宽的1.5倍时，柱端抗剪一般不易超限。

图3.1 预制梁端抗剪不足时附加短筋做法

f、对预制构件短暂工况验算。对预制梁、预制柱、预制叠合板等需要考虑吊装工况下的抗裂计算。

（2）预制梁、预制柱的构造要求

预制柱的构造要求：

a、轴线宜中心对齐；矩形柱边长宜≥400mm；圆形柱直径宜≥450mm；边长宜≥同方向梁宽1.5倍。

b、预制柱钢筋接头处套筒外侧箍筋保护层厚度不应小于20mm（套筒导致纵筋保护层厚度增加，计算时需注意）；套筒净距不应小于25mm；

c、宜大直径，大间距；直径不宜小于20mm；受力钢筋间距不宜大于200mm，不应大于400mm；

d、纵向受力钢筋可集中四角配置且宜对称配置；纵向辅助钢筋直径不宜小于12mm和箍筋直径；

e、纵筋连接：总高大于12m或层数超过3层，宜采用套筒灌浆连接；（柱底连接时）箍筋加密区长度不应小于纵筋连接区长度与500mm之和；柱底接缝宜设置在楼面标高处；接缝厚度宜为20mm，并用灌浆料填实；套筒或(浆锚搭接)搭接段上端第一道箍筋距套筒或搭接段顶部不应大于50mm；

预制梁的构造要求：梁纵筋宜采用大直径，大间距；梁底筋的连接宜采用机械连接、套筒灌浆连接或焊接连接；次梁的连接多采用铰接。

预制梁、柱键槽及粗糙面构造要求：梁端面应设键槽且宜设粗糙面；柱底部应设键槽且宜设粗糙面；预制梁柱与后浇混凝土结合面应设粗糙面；粗糙面面积不宜小于结合面80%；预制梁端、柱端粗糙面凹凸深度不应小于6mm。

（3）预制梁柱节点及钢筋避让

a、考虑钢筋避让，柱纵筋可集中四角布置，梁纵筋可水平弯折或偏位，详见图3.2，梁纵筋可上下弯折或偏位，详见图3.3；不同方向梁底高差宜≥100mm，避免钢筋上下冲突；b、梁柱钢筋宜大直径、大间距；预制梁腰筋非抗扭时，可不伸入梁柱节点核心区。

图3.2 梁柱节点平面图                     图3.3 梁柱节点立面图

（4）主次梁连接节点

形式一（图3.4）：主梁预留后浇槽口。生产施工简单主梁后浇槽运输施工需加强；扭筋及贯通腰筋影响次梁安装；现浇及支模工程量较多。

形式二（图3.5）：次梁设后浇段，留设槽口。施工模板较少次梁底筋间接搭接；预埋直螺

纹套筒需做保护；次梁生产运输较麻烦。

形式三（图3.6）：搁置式（主梁设牛担板）。施工简单；次梁可不设或少设支撑；主次梁生产增加预埋件，稍复杂。

图3.4 主梁预留后浇槽口                   图3.5 搁置式（主梁设挑耳）

图3.6 搁置式（主梁设牛担板）

4. 预制梁、预制柱施工工序流程

预制梁、预制柱的施工工序一般分为以下几部分：a、预制柱安装＞b、节点区最下一道箍筋①布置＞c、安装梁底较低的梁1、2＞d安装梁1/2与梁3间箍筋②＞e、安装梁底较高的梁3＞f安装节点区其余钢筋③＞g、安装梁面纵筋④⑤＞h、节点区最上一道箍筋⑥

4. 总结及建议

（1）本文适用于抗震设防烈度为6~8度地区的装配整体式砼框架的建筑和结构施工图设计；

（2）装配整体式砼框架结构传力路径明确，装配效率高，现浇湿作业少，容易满足装配率得分要求，适用于开敞大空间的厂房、仓库、商场、办公楼等建筑；

（3）梁柱采用预制，节点采用后浇的连接方式，导致连接区域钢筋交错且构件出筋易碰撞，设计和施工难度大，技术要求较高；

（4）设计上应注重预制框架的标准化设计，以减少构件和连接节点种类，方便生产施工，降低成本；BIM技术应用，预制梁柱节点区域复杂，结合三维可视化建模、吊装模拟、碰撞检查，确保构件安装顺利。

参考文献：

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[2] 郭胜,肖晓泉.装配整体式混凝土框架结构设计方法[J].工程建设.2021,(3).DOI:10.13402/j.gcjs.2021.03.038.

[3] 刘佳.基于住宅产业化的预制装配整体式混凝土框架结构的研究与应用[J].西南交通大学.2014.

[4]张健.新型装配式主次梁刚性连接节点研究[J].广州建筑.2021,(3).DOI:10.3969/j.issn.1671-2439.2021.03.001

[5]田赫.装配整体式混凝土框架结构连接节点设计浅谈[J].低碳世界.2021,(6).160-161.DOI:10.3969/j.issn.2095-2066.2021.06.074.

[6]国标行业标准《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014第7章框架结构设计.

[7]国家标准《装配式混凝土建筑技术标准》GBT 51231-2016第5章结构系统设计第5.6条-装配整体式框架结构.

[8] 国家标准图集《装配式混凝土结构连接节点构造(框架)》20G310-3.