卞奕，梁培新，宗兰

（1.江苏中锐华东建筑设计研究院有限公司，江苏 江阴214431;2.南京工程学院建工学院，江苏 南京 211167）

0 引言

装配式建筑具有建造速度快、现场湿作业量小、节约周转性材料、工人劳动强度低、对环境污染少等优点，属于绿色建筑范畴。随着环境污染和劳动力紧缺等问题的日益突出，学校建筑很多采用装配式建筑。学校教学楼、宿舍、办公楼、食堂、图书馆等一般层数不高，通常采用框架结构。本文主要以江阴市易地新建顾山实验小学为背景，介绍了学校装配式框架结构模块化设计思路及预制装配设计的要点。

1 工程概况

易地新建顾山实验小学位于江阴市顾山镇府前街南、福新路西、英才街北侧，项目总用地面积53 300 m2，总建筑面积 35 000 m2。 其中，1#行政图书楼、2#教学楼、3#综合楼A （3#综合楼分A、B、合班教室三个部分）、4#食堂、5#看台为一期建筑；3#综合楼B、3#综合楼合班教室、6#共享文体中心为二期建筑。本工程按照国家绿色环保的要求，提出了整体预制率不小于30%的要求。本工程除5#看台采用纯现浇混凝土外，其它各栋楼均为局部预制梁、局部叠合板、预制楼梯的装配式建筑结构。

2 整体设计思路

2.1 模块化标准化

在方案设计阶段，对于教学楼、食堂、行政楼这类规整的建筑，主要功能单元采用模块化设计。通过设置结构缝使得各模块单独进行结构设计，最后根据建筑布置直接进行模块的组合连接，实现建筑功能的要求。以2#教学楼为例，它由3个教室模块、2个办公公共模块和2个其他模块组成，其分布和组合关系如图1所示。

图1 2#教学楼模块分布与组合关系

教室模块（图2）由若干平面尺寸完全相同的带走廊的房间组成（8 850 mm×11 200 mm），尽量实现主要构件标准化，从而有效地控制建造成本。2#教学楼平面所示共有2个办公公共模块，包括教师办公室、教研办公室、学生阅览室及卫生间、配电间、楼梯间和走廊等公共区域，2个办公公共模块的总体模块尺寸一致，但内部建筑功能布局略有不同，只需在模块内部进行设计微调，即可满足建筑功能需求。其他模块1和其他模块2体量较小，也是各自单独设计，最后进行模块的组合拼接。

在结构上，各模块之间设置了结构缝，使各模块可单独进行设计，最后根据建筑要求进行组合拼装，体现了绿色设计理念。

图2 2#教学楼的教室模块放大图

2.2 兼顾安全经济

本工程对1#行政图书楼、2#教学楼、3#综合楼、4#食堂采用装配式框架结构体系，对5#看台和6#共享文体中心采用现浇混凝土结构。1#~4#均为建筑上相对规则的建筑，便于模块化和标准化，适用于装配式结构。5#看台坡道和折板较多，不利于标准化设计，同时由于建筑体量较小，采用装配式结构体系，成本高，不经济。6#共享文体中心立面不规则，错层和立面缩进较多，层数较少，平面布置复杂，不利于采用标准化设计和批量化生产，因此其下部主体结构仍然采用现浇结构体系。1#~4#楼也并不是所有结构构件都预制，对于一些跨度较大的框架梁，其梁端弯矩、剪力设计值较大，同时运输和安装较为困难且有一定危险性，则采用现浇混凝土结构。对一些承受较大扭矩的边梁，也采用现浇混凝土结构。

2.3 考虑施工因素影响

框架柱是框架结构最主要的抗侧力构件。在装配式框架结构中，预制柱钢筋一般采用全灌浆套筒或者半灌浆套筒连接。由于柱子竖向钢筋较多，因此连接接头的施工质量对框架柱性能影响较大，且接柱成本较高。本工程层数不高，因此在满足一定预制率要求的基础上，框架柱全部采用现浇，既避免了套筒灌浆施工质量因素对框架柱性能的影响，又节约了建造成本。

3 装配式设计要点

本工程一期的1#~4#楼采用预制装配式框架结构体系，5#看台采用现浇混凝土结构体系。装配式结构预制构件的类型包括：预制叠合梁、预制叠合板和预制楼梯三类，具体各单体的预制率和预制构件范围如表1所示。

3.1 叠合板设计

本工程叠合板拆分的时候，主要考虑以下几个原则：①板按次要方向拆分，即板缝垂直于板的长边；②板宽不超过工厂生产台模宽度和运输宽度的限制；③尽可能地减少板规格，提高标准化程度。以2#教学楼的教室模块为例，教室模块体量较大，经过合理拆分后仅有 4 个规格模块：2 020×3 020、2 020×2 770、2 170×2 180、2 170×2 175，标准化和装配化程度高。

1#~4#楼的二层至屋面结构的板均采用叠合板，叠合板的预制底板厚度为60 mm。楼面预制底板多数采用单向板，局部跨度较大的区域采用双向板。规范要求叠合板现浇层厚度不小于60 mm，由于学校公共建筑管线较多，本工程楼面现浇混凝土层厚度取80 mm~90 mm，以便于水电管线的安装。屋面叠合板现浇层厚度取100 mm，考虑了防水渗透和温度应力的影响。单向板采用密拼方式排布，板缝连接节点如图3所示。双向板的板缝宽度不固定，主要是为了使叠合板规格尽量统一或减少。本工程双向板板缝内钢筋连接有两种方式，分别适用于板缝宽度小于300 mm和大于300 mm的情况。

表1 各单体的预制率和预制构件范围

图3 单向板密拼板缝连接节点

3.2 叠合梁设计

梁的拆分位置可设在梁跨中，也可设在梁端。本工程框架梁拆分的位置设在梁端，采用键槽节点与现浇框架柱进行连接，钢筋连接设在梁柱节点核心区内，不影响塑性铰的连接。

叠合框架梁后浇混凝土厚度不宜小于150 mm，叠合次梁后浇混凝土厚度不宜小于120 mm。当叠合板总厚度小于叠合梁后浇混凝土叠合层厚度要求时，预制部分可采用凹口截面形式（图4a），增加梁的后浇层厚度。本工程1#楼、2#楼、4#楼大部分框架梁抗震等级为三级，只有转换层和单跨梁抗震等级为2级；3#楼框架梁抗震等级为二级。叠合梁箍筋配置，二级叠合框架梁的梁端箍筋加密区采用了整体封闭箍筋（图4b），三级框架梁的梁端箍筋加密区采用了组合式封闭箍筋（图4a），以便于预制构件的生产及现场梁纵筋的安装。

图4 叠合梁剖面样式

3.3 预制楼梯设计

本工程楼梯为预制双跑楼梯，预制楼梯与梯梁之间采用简支连接。预制楼梯上部采用固定铰支座，下部采用滑动铰支座，通过在支座上设置一块5 mm厚的聚四氟乙烯板实现。为避免楼梯在地震作用下与结构梁互相作用形成约束，在楼梯的滑动段应留出移动空间。

4 预制构件深化设计要点

预制叠合板深化设计主要包括脱模、运输、吊装验算以及预制构件设计。

预制叠合板深化时要注意：①板内钢筋规格和间距，②伸出构件的钢筋长度和端部样式（是否带弯钩或者弯起），③水电暖点位的预埋或预留，④吊点设计，⑤安装方向的标识。

叠合梁的深化设计主要考虑以下内容：①梁内钢筋的规格和间距，②伸出构件的钢筋的长度和样式，③梁端键槽的设置，④梁端水电点位的预留和预埋，⑤吊点的设置。预制楼梯除了上下铰接节点的构造外，要分别设置脱模吊点（设在板侧）和安装吊点（设在板面）。其中，水电暖等机电点位的预留和预埋，要结合电气、给排水、暖通等机电专业的图纸仔细核对，否则会造成现场二次开洞，从而影响工期、质量和安全。

5 结语

本文以易地新建顾山小学为背景，对其模块化设计理念、结构装配设计和深化设计要点进行阐述，为类似项目的设计和建造提供参考。