装配整体式结构常见配筋问题分析_邓立彬.pdf

Architectural and Structural Design建筑与结构设计1引言在各地大力推广装配式建筑的大环境下，越来越多的设计院开始逐步了解并独立完成装配式设计。因为对装配式的了解需要一个过程，目前很多设计师在设计时配筋还是按现浇思维进行设计的案例非常多，给后期的深化设计以及施工安装造成很大困扰。本文按构件类型列举在设计中遇到的装配整体式结构常见配筋问题进行分析。2各种构件常见的配筋问题2.1板常见的配筋问题2.1.1设计配筋间距未做有效归并，模具重复率低目前，结构设计配筋间距主要有110140mm、160190mm等，预制板模具需对应配筋间距开槽，综合考虑存放等因素，模具重复利用率非常低。结构设计时配筋间距可考虑采用50的模数，两种规格进行搭配，交错布置，这样模具各项目之间共用比较方便，可大大节省模具成本。例如：8 mm125 mm可考虑采用8 mm100 mm和8 mm150 mm交错布置替代，8 mm130 mm间距也可以考虑直接替换为8mm100mm和8mm150mm交错布置，钢筋用量微微提升，但综合模具成本后相比还是替代后更经济。2.1.2板上砌筑墙体时，板底附加钢筋规格过大板上砌筑墙体时，板底附加钢筋规格过大，与常规板配筋不匹配造成板拼缝位置搭接长度过大，需加大板拼缝或者向上弯折造成施工困难。遇到此类情况时，设计时宜尽可能替换为与板直径相同或者接近的直径（8 mm、10 mm等），以便施工。目前，常见的配置为3 14 mm，以常规的板配筋为10 mm200 mm为例，附加筋可考虑调整 为6 10 mm100 mm，间隔放置于板配筋中，规避板拼缝增大或者附加筋需向上弯折的问题。2.1.3叠合板不考虑跨度直接按间距不600 mm 设置桁架钢筋JGJ 12014装配式混凝土结构技术规程1第6.6.2条2款规定，跨度3 m时宜采用钢筋桁架叠合板。跨度3 m的叠合板完全可以不设桁架筋或者设置少量桁架筋，按照间距600 mm进行设计造成钢筋大量浪费。研究表明，即使跨度3m的钢筋桁架叠合板，桁架筋间距600mm也是可行【作者简介】邓立彬（1978），男，安徽淮北人，工程师，从事装配式及结构工程设计与研究。装配整体式结构常见配筋问题分析Common Reinforcement Problems Analysis of Prefabricated Integral Structures邓立彬（上海德森建筑设计有限公司，上海 200333）DENG Li-bin(Shanghai Desen Architectural Design Co.Ltd.,Shanghai 200333,China)【摘要】分析了目前很多设计项目配筋给后期深化设计、生产、施工带来困扰大，经济性差甚至存在安全隐患的现状，采用列举的方法对现阶段装配整体式结构设计中的常见配筋问题进行总结分析，按构件类型进行总结，分析其对后期的深化设计、生产、施工的影响，并给出设计建议。【Abstract】This paper analyzes the current situation that the reinforcement of many design projects has brought great trouble to the laterdeepening design,production and construction,poor economy and even potential safety hazards,and summarizes and analyzes the commonreinforcement problems in the design of the assembled integral structure at the present stage by enumeration method,makes examplesaccording to the type of components,to summarize and analyze the impact on the later deepening design,production and construction,andgive design suggestions.【关键词】装配式建筑；整体式结构；设计；配筋问题【Keywords】prefabricated bulding;integral structure;design;reinforcement problem【中图分类号】TU756【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）04-0033-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.04.01033Construction&DesignForProject工程建设与设计的，规范此处采用的“宜”，很多设计师对于桁架筋的作用理解不到位，死卡600 mm的间距，甚至桁架筋间距610 mm、620 mm此类的间距都不可接受，再增加一条桁架筋间距变成400500 mm间距，造成不必要的浪费。笔者做过统计，桁架筋在叠合板钢筋含量占比基本在40%47%，此项优化带来的经济效益非常可观。2.2梁常见的配筋问题1）框架梁配筋采用多排小直径，节点设计困难，与计算模型差异大。装配整体式框架结构中，梁柱节点钢筋碰撞是目前的痛点之一。在装配式推广之初就提出梁配筋宜采用大直径钢筋或者高强钢筋，但从最近的图纸反馈效果来看并不理想。随着设计软件的成熟，大部分设计院梁配筋都是采用软件自动生产后微调的模式，以提高设计效率。软件生成配筋时未考虑优先采用大直径导致类似于6 22 2/4之类的配筋很多，如采用直径25 mm、28 mm、32 mm等大直径钢筋，将钢筋排数减少为一排，节点区锚固长度满足的情况下，可考虑采用高强钢筋，可有效减少节点区钢筋弯折过多，与原设计产生差异，同时钢筋根数减少更有利于节点区钢筋排布。2）对锚固板锚固构造不了解，配筋按现浇结构间距要求布置。为了方便节点区施工，减少节点区钢筋碰撞，目前绝大部分的预制框架梁端部采用锚固板。采用锚固板锚固时需考虑群锚效应的影响，钢筋静距不应小于1.5倍钢筋直径。目前，结构设计配筋时基本上都是按现浇设计1倍钢筋直径进行配置，导致深化设计时钢筋需大面积替换，替换完结构设计再确认，费时费工，还容易出错2。3）结构布置未考虑实配钢筋，钢筋无法满足锚固要求或锚固困难。设计项目过程中，结构师为了控制限额或满足建筑要求，结构截面控制得比较小，计算配筋又比较大，实际配筋时未考虑具体实施构造，导致梁钢筋锚固长度无法满足锚固要求或者锚固困难的情况时有发生。某二级抗震的学校建筑，框架柱截面为400mm400mm，300mm宽框架梁底筋实配4 22 mm，按现浇考虑，刚刚满足锚固要求，与该框架柱相连连的4根框架梁均做预制，采用弯锚施工基本上不现实。梁底筋采用锚固板，考虑群锚效应时锚固头后退3d（d为钢筋直径）的钢筋不能满足锚固要求。此类情况在诸多项目中均有发生，譬如剪力墙结构中，LLk梁（跨高比不小于5的连梁）垂直锚固在剪力墙内，锚固长度不够的情况非常多，结构设计师在结构设计时需引起足够的重视，结构截面宜考虑现场情况适当放大，或者采取局部措施规避此类情况的发生。4）钢筋连接节点未考虑装配式的特点，造成现场施工困难。最常见的例子是设计师不能深入理解预制构件在构件厂预制完成后，大部分收缩变形已完成的特点，在有次梁搁置的位置要求预制主梁腰筋不能截断，造成现场次梁施工安装的难度大大增加。5）预制梁抗剪钢筋设计精细化不够，浪费材料且现场施工难度大。预制梁与现浇位置相连的位置抗剪计算，很多时候需要附加抗剪钢筋才能满足计算要求。目前，各主流的设计软件还不能完成按JGJ 12014装配式混凝土结构技术规程第6.5.1-3条的精细计算，是装配式设计中目前的一个痛点。很多设计师为了方便就直接规定所有的预制梁端统一附加一定规格的抗剪钢筋。上海地区某项目设计师在所有预制梁端附加8 28 mm的抗剪钢筋，经复核，该项目大量的梁不需附加抗剪钢筋或者附加少量的钢筋即可，8 28 mm的附加抗剪钢筋在叠合层无法摆放，只能在预制梁端开缺口，在增加工程造价的同时也增大了构件制作和现场施工的难度。2.3柱常见的配筋问题1）配筋未考虑预制要求采用并筋。并筋作为一种解决钢筋排布的方式在现浇结构中比较常见，但柱预制后采用套筒灌浆连接时无法连接。设计时宜优化结构截面或者采用高强钢筋规避并筋情况3。2）配筋按现浇排布，未考虑套筒直径影响。在很多设计项目中，柱钢筋净距设计师按现浇排布，没有考虑钢筋灌浆套筒直径的影响，导致设计套筒净距不满足25 mm的规定或者套筒净距25 mm的规定，造成后期深化设计困难。套筒尤其是大直径套筒净距不满足净距要求会削弱套筒的混凝土握裹力，造成安全隐患。建议设计师在设计此类构件时，间距适当增大，在增加安全可靠度的情况下也方便现场安装。框架柱计算配筋较密集时，宜优先采用大直径钢筋，必要时可采用高强钢筋，尽可能减少钢筋根数，以利于节点区钢筋排布和施工安装。考虑预制叠合梁钢筋在节点区的锚固要求，高强钢筋在预制柱中应用比预制叠合梁中更方便，效果更好。3）局部楼层配筋突变增大时未考虑上下层钢筋连接要求。设计的时候经常会遇到这种情况，局部楼层配筋突然增大，下层钢筋排布考虑节点区避让后预留插筋困难的情况。柱预制时钢筋连接一般常用两种方法进行处理。一种是根据JGJ 3552015钢筋套筒灌浆连接应用技术规程第4.0.5条34Architectural and Structural Design建筑与结构设计2款的规定，在连接区域采用上层钢筋所对应的大直径套筒，下层钢筋可比上层钢筋小一级。另外一种处理方式就是在下层柱中采用变径钢筋螺纹套筒进行机械连接，提前把小直径钢筋转换为上层的大直径钢筋。第二种处理方式预制柱高不能太低，有抗震设防的柱，机械连接宜避开箍筋加密区，且接头百分率需小于或等于50%，此时柱高需大于或等于上下箍筋加密区长度加连接区域长度。在进行此类柱设计时需充分考虑柱纵筋的连接方式进行配筋，提前避免后期深化、生产、施工问题。4）结构计算时，柱保护层输入错误，计算配筋偏小。目前，预制柱多数采用钢筋灌浆套筒连接，套筒直径比较大，导致钢筋保护层加大，目前很多结构设计师建模计算时保护层厚度会按照现浇的直接输入，计算配筋偏小，造成安全隐患。2.4剪力墙常见的配筋问题1）预制剪力墙竖向钢筋连接钢筋规格过大，浪费严重。预制剪力墙竖向分布筋在楼层处断掉时，常规的连接方式是采用灌浆套筒连接。套筒间距不大于600 mm，梅花形布置或者单排布置。梅花形布置的连接钢筋的承载力不低于截断的竖向钢筋承载力即可，单排不低于截断的竖向钢筋承载力的1.1倍。普通剪力墙结构按此进行钢筋替换，基本上能够满足JGJ 12014装配式混凝土结构技术规程第8.3.7条计算水平接缝承载力验算，无须再放大。在确定连接钢筋直径的时，很多设计师会放大，放大连带连接的灌浆套筒对应也要增大，造成不必要的浪费。经常见到8200配筋的剪力墙，设计的连接钢筋直径为18 mm，600 mm间距范围内截断的竖向钢筋面积等代采用直接14 mm钢筋即可，18 mm直径的钢筋面积比14mm大了65%，再考虑套筒需对应增大，大大增加了建设成本。2）连梁预制时配筋设计未考虑现场施工排布。比较典型的例子是连梁设交叉斜撑钢筋时未考虑现场施工排布要求，导致节点过密、钢筋过密或者钢筋间距不能满足间距要求，造成安全隐患。笔者曾接触过一个项目，连梁宽度为200 mm，连梁配筋上下各2 22 mm，交叉斜撑钢筋4 22 mm，暗柱端部钢筋为2 20 mm，箍筋8 mm100 mm，该墙体设计为预制墙体，斜撑钢筋只能在楼面位置锚固，考虑保护层后节点区钢筋几乎贴在一起，现场施工安装难度极大，且与设计初衷不符，造成重大的安全隐患。2.5预制小件常见的配筋问题2.5.1预制小件配筋超配或者设计不合理在一些预制小件中经常见到结构配筋超配或者设计不合理的情况，由此造成连接设计困难，或者成本大大增加。以比较典型的预制女儿墙构件为例：某项目1.2 m高的女儿墙设计厚度200 mm，按悬臂构件设计，竖向配筋双层10 mm200 mm，连接方式设计的是灌浆套筒连接。按此设计，预制女儿墙灌浆套筒需采用18 mm直径，每立方米预制混凝土的套筒含量是普通剪力墙的2倍以上，代价极其高昂。后来经优化为厚度为120 mm的女儿墙，调整受力模式，把竖向悬臂女儿墙调整为两边支撑在拼接段柱子水平支撑构件，女儿墙水平筋锚固在拼接段的小柱子内，屋面位置采用盲孔灌浆连接。经此优化，预制女儿墙总方量减少40%，每立方米预制女儿墙造价单纯套筒一项就节省400元以上。2.5.2悬臂预制构件上筋锚固长度未考虑施工扰动放大全预制空调板等悬臂构件在工厂预制完成后到现场直接安装，上部钢筋在施工时会受到扰动，上部钢筋锚固需按照GB 500102010混凝土结构设计规范（2015年版）第8.3.2条3款放大1.1倍。目前，很多项目中设计师未注意此因素，锚固长度未做放大，造成安全隐患。3结语装配式建筑作为一种新兴的建筑，其建造模式与现浇建筑、截然不同。前期设计环节若出现问题或者设计不合理会对后续的生产、施工环节带来很大困扰，甚至有安全隐患。设计环节具有龙头先导的作用，决定着装配式项目的质量、成本和效率。目前，装配式设计中存在问题的环节有很多，本文针装配式整体式结构中的配筋模块列举设计过程中常见的一些问题，供广大结构师参考。设计配筋直接决定结构安全，也是建造成本重要的组成部分，设计师需给予足够的重视，提高自己在装配式方面的知识积累，设计的作品充分考虑装配式独有的特点，减少给后期施工安装带来的困扰，减少不必要的浪费，真正为装配式建筑的发展提供引领作用。【参考文献】1中华人民共和国住房和城乡建设部.装配式混凝土结构技术规程:JGJ12014S.北京:中国建筑工业出版社,2014.2中华人民共和国住房和城乡建设部.钢筋套筒灌浆连接应用技术规程:JGJ3552015S.北京:中国建筑工业出版社,2015.3中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构设计规范:GB500102010S.2015 年版.北京:中国建筑工业出版社,2011.【收稿日期】2022-05-1935