某装配式混凝土框架结构设计实例分析

作者:未知

  摘 要:本文结合某一综合办公楼施工建设项目,详细的介绍了应用结合建筑、结构、机电设备等专业间的设计的PKPM-BIM软件进行装配整体式框架结构综合办公楼项目的设计过程,并对其设计过程中遇到的问题进行概括,得出装配式框架结构的协同设计方法,希望能对类似的工程起到一定借鉴作用。
  关键词:装配整体式框架结构;建筑信息模型;协同设计;装配式节点
  1 绪论
  这几年来,随着不断转型升级和技术进步的建筑行业的发展,逐渐出现和装配化建筑理念相吻合的新型建筑工业化概念,包含五大特征,分别为建筑标准化设计、工厂化部件生产、装配化施工安装、信息化生产经营和集成化建筑项目生产。装配整体式混凝土结构是现场现浇部分和预制部品部件相连接所形成的整体的装配式混凝土结构,这种结构对施工效率和质量能够起到很好提升的作用,并且对劳动强度也能有效的降低,此外框架结构具有较轻的自重、灵活的空置布置、明确的传力等特点。
  近几年来,我国出台许多有关装配式剪力墙结构的相关政策,使得该体系逐渐完善,然而装配式混凝土框架却是缓慢的发展,其经验也不足。本文将结合某一5层综合办公楼,全面分析PKPM-BIM设计平台。
  2 工程概况
  本工程为某一综合办公楼建设项目,长宽高分别为59.7m、17.1m和19.65m,主体结构地上5层,局部6层,没有地下室,室内和室外高度差达到0.75m。结构形式采用装配整体式混凝土框架结构,该建筑属于丙类级别,抗震设防烈度为7度,Ⅲ类场地。基本风压达到0.45kN/m2,地面粗糙程度达到B类。结构预制叠合梁、预制柱、钢筋桁架叠合板、预制楼梯、外墙挂板等预制部品部件,内墙则是由粉煤灰炉渣空心条形板和百叶中空钢化玻璃隔墙构成。
  3 设计阶段
  本办公楼项目的设计过程是应用PKPM-BIM协同设计进行的,该技术能够完美的结合建筑、结构、机电设备等专业间的协同设计。
  3.1 建筑设计
  根据业主的相关需要,建筑专业能够对装配式的设计特点进行有效的结合,平面和立面设计办公楼。柱横纵向间距设计为6.9m+2.4m+6.9m和8.4m,这样有利于标准化的结构拆分设计。在建筑方案中,柱、梁、落版和外墙全部都是使用预制构件,其中内墙则是使用粉煤灰炉渣空心条形板和百叶中空钢化玻璃隔墙构成,而外墙则是使用预制三明治夹芯保温外挂墙板。此外,建筑专业还能够应用PKPM-BIM建筑设计模块建立方案和模型,将建筑状况通过三维模型真实的反应出,从而更好找出建筑设计中的不合理的地方,减少返工现象。
  3.2 结构设计
  结构专业的人员会从建筑专业发布的BIM模型提取相关信息将其转化为结构模型,并将PKPM-BIM结构设计模块转入其中进行常规混凝土框架结构设计,这个时候,也可以指定柱、梁、板等各结构构件的预制属性和布置叠合板的规格型号方向。在完成模型的建立后,就可以布置荷载,转化建筑的内隔墙为线荷载,接着设定SATWE参数和结构整体分析,然后依其结果调整模型。
  3.3 装配式拆分设计
  在完成结构设计后,可转入PKPM-BIM装配式设计模型进行指定预制属性和计算分析装配式结构,框架柱、主次梁、楼板、楼梯分别采取预制柱、叠合梁、密封拼接而成的预制叠合单向板和预制楼梯,在这些计算完后,就可以深化设计各结构构件。
  深化设计过程中需要检查和调整构件间的钢筋碰撞的情况,验算和各结构的脱模和吊装工序,出具出构件的加工图纸,以此进行加工制作。
  3.4 装配式节点设计
  (1)柱拼接节点。为了实现标准化的构件制作,结构中,只有首层柱的截面尺寸为70cm×70cm规格,并使用现浇形式外,其他楼层柱都是采取60cm×60cm,对于装配整体式混凝土框架结构而言,项目的重点和难点就在于如何连接不同截面柱和现浇层和预制层柱,在参考相关资料图集后,本项目采用现浇70cm×70cm的框架柱中多层锚固多余钢筋的方法,并用半灌浆套筒方式连接其余钢筋和上部预制柱,这是因为这种连接方式不仅能够合理锚固好柱钢筋,而且又方便安装叠合梁,减少碰撞问题。
  (2)梁柱连接节点。相对于装配式剪力墙结构而言,位于装配式框架结构的节点区的预制混凝土叠合梁底部的钢筋其直径更大,数量更多,不仅需要对柱节点区内和柱钢筋及对向或侧向叠合梁底部钢筋的碰撞问题进行考虑,而且钢筋锚固的长度还需得到满足,因而连接节点更加复杂,所以每根预制梁的底部钢筋位置和外伸长度、柱截面的大小和纵向钢筋的位置都是由梁柱连接节点的连接方式直接决定了。
  (3)主次梁连接节点。本项目主次梁连接采取传统的节点方式进行,次梁中采取直锚方式和直螺纹套筒方式分别锚固一端钢筋和连接另一端预留钢筋的接头,为了确保新旧浇混凝土能够更好的连接,需要处理次梁端部和主梁预留槽口处混凝土预留键槽的露骨料。
  3.5 其他专业设计
  机电设备专业采取传统的二维设计方式,将专业图反衬到PKPM-BIM协同设计平台上从而建立出三维模型,首先先检查本专业构件碰撞是否无误,然后上传到服务器后检查专业间的综合碰撞情况,依据其碰撞结构进行相关专业适当的调整。结合PKPM-BIM协同设计平台可以不定时进行自动检测和解决管线综合设计初级碰撞问题,这其实也是意味着提早进行校审工作,提高成图质量的精确度。
  3.6 外墙挂板设计
  本项目中,外墙都是使用装饰保温节能一体化外挂墙板。建筑方案设计阶段到,考虑到挂板规格的统一性,南北立面窗宽都是取为1.4m,根据位置,窗间挂板宽度分别取为1.3m和1.6m,此外,并依据建筑的具体情况单独设计其他部分的挂板。
  预制外墙挂板是结构非承重围护构件,只会受到自身重力、风荷载和地震作用,其荷载是利用和结构的连接节点传给主体结构。利用挂板受力情况,节点设计是采取点支撑连接的方式,墙体和主体节点的上下端分别是使用两个转动节点、两个承重以及两个转动节点,此外单独设计其他异形墙体。这种连接方式能够可靠连接墙体。
  4 设计中存在的问题
  本办公楼项目设计中缺少相关的标准图集作为借鉴,从而存在一些不足的问题。
  (1)在建筑设计中,平立面的设计虽然符合“少规格、多组合”装配式建筑要求,但是还得完善个别位置细部处理。
  (2)在深化设计结构构件的过程中,虽然参数设置是完全按照规范和参考图集进行的,但是考虑施工技术方面上还是存在不完善。
  (3)机电设备专业施先使用传统方法,后使用PKPM-BIM软件进行翻模和碰撞检查,没有完全体现出协同设计的优势,导致工作量部分增大。
  (4)在使用该平台时候,软件本身存在不完善地方,比如机电专业构件库不全、资金设计的构件跨和软件不相容等。
  (5)由于本项目还处于施工图设计阶段,因而不断细化完善以上问题,对规范规程中的设计理念结深度挖掘,积极对接施工方,不断优化项目设计。
  5 结语
  随着新型建筑工业化概念的提出,装配式建筑结构体系逐渐得到应用。鉴于装配式建筑结构需要各专业之间无缝对接精准设计,才能避免工程化生产构件后,出现返工现象。文章通过结合某5层综合办公楼,通过采用PKPM-BIM设计平台,结合笔者工程实践经验,对装配式建筑结构混凝土框架结构设计、装配式拆分设计以及装配式节点设计等进行了系统介绍,为同行提供参考。
  参考文献:
  [1]黄小坤,田春雨,万墨林,李然.我国装配式混凝土结构的研究与实践[J].建筑科学,2018,(09):59-62.
  [2]闫志平.建材与装饰,2017,(11):105-108.
  [3]张树传,郭黎明,肖伟,等.某办公综合樓装配式框架结构设计[J].福建建筑,2017,(11):45-47.
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