预制装配整体式混凝土框架_剪力墙结构设计_郑振鹏
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第 43 卷 第 2 期 2013 年 1 月下
建筑结构 Building Structure
Vol． 43 No． 2 Jan． 2013
预 制 装 配 整 体 式 混 凝 土 框 架 -剪 力 墙 结 构 设 计 *
郑振鹏， 郑仁光， 李 峰
（ 上海市城市建设设计研究总院，上海 200125）
［摘要］ 以一栋框架-剪力墙结构住宅为工程背景，对预制装配整 体 式 框 架-剪 力 墙 结 构 的 设 计 方 法 进 行 了 详 细 论 述。由于国内尚没有相同结构形式工程的设计经验，如 何 保 证 该 结 构 达 到 等 同 现 浇 结 构 的 性 能 是 设 计 关 键 ，从 结 构整体计算、关键构件与节点的设计等几个方面进行了 深 入 探 索 和 研 究，相 关 方 法 与 思 路 可 为 类 似 的 结 构 设 计 提 供参考。 ［关键词］ 预制结构； 框架-剪力墙结构； 等同现浇结构； 整浇式节点； 关键构件 中图分类号： TU375 文献标识码： A 文章编号： 1002-848X（ 2013） 02-0028-05
本工程按等同 现 浇 设 计，整 体 计 算 采 用 和 现 浇 结构相同的方法，考 虑 到 预 制 结 构 与 现 浇 结 构 存 在 差 异 ，为 了 保 证 预 制 结 构 的 整 体 性 、安 全 性 及 计 算 模 型与预制结构实际 受 力 情 况 相 符，在 整 体 计 算 时 采 取了以下措施：
* 上海市科学技术委员会科研计划项目（ 10 dz0583700 ） 。 作者简介： 郑 振 鹏，高 级 工 程 师，一 级 注 册 结 构 工 程 师，Email： z_z_p @ 163． com。
第 43 卷 第 2 期
郑振鹏，等． 预制装配整体式混凝土框架-剪力墙结构设计
29
套筒内水泥 基 灌 浆 料 采 用 无 收 缩 砂 浆，28d 龄 期 立 方体抗压强度标准值不小于 85MPa。
百度文库
Design on precast assembled monolithic reinforced concrete frame-shear wall structure Zheng Zhenpeng，Zheng Renguang，Li Feng
（ Shanghai Urban Construction Design ＆ Research Institute，Shanghai 200125，China） Abstract： Based on a frame-shear wall building，design of the precast assembled monolithic reinforced concrete frame-shear wall structure was discussed in detail． Due to the lack of the design experience of the structure，it is the key issue to ensure the structure to reach the performance of cast in-place equal structure． Several aspects were explored and researched further，such as calculation of the whole structure，design of key members and joints，and so on． The results could provide reference for similar structures． Keywords： precast structure； frame-shear wall structure； cast-in-place equal structure； cast-in-place joint； key member
（ 1） 次梁采用牛担板企口梁的方式与主梁连 接，由于主 次 梁 节 点 的 接 触 面 小、传 递 弯 矩 能 力 有 限 ，因 此 在 计 算 模 型 中 设 定 为 铰 接 。
（ 2） 预制外挂墙板与结构上下均采用铰接形 式 ，墙 板 自 重 由 上 部 连 接 悬 挂 承 重 ，外 墙 板 底 部 在 墙 平 面 内 可 水 平 滑 动 ，因 此 ，整 体 计 算 时 不 考 虑 外 墙 板
对其支撑梁的刚度贡献。预制外挂墙板的大样见图 2，图中 la 为接缝钢筋的锚固长度。
图 2 预制外挂墙板大样图
（ 3） 考虑 到 住 宅 建 筑 非 承 重 墙 体 较 多、外 挂 墙 板较重，本工程周期折减 系 数 取 0. 7，即 在 较 合 理 的 取值范围内适当地 放 大 地 震 作 用，以 保 证 结 构 的 抗 震性能。
扭转耦联振型分解反应谱法（ CQC） 计算结果 表 1
计算指标
周期 /s 周期比 Tt / T1 剪重比 /% 有效质量系数 /% 地震作用层间位移角 最大层间位移比 底层框架承担的 倾覆力矩比例 /%
计算结果
SATWE PMSAP
T1
1. 037
1. 039
T2
1. 001
1. 030
T3
0. 892
0 前言 随着我国城市 化 进 程 的 提 速，住 宅 建 筑 尤 其 是
保障性住房飞速发 展，但 传 统 住 宅 普 遍 存 在 建 造 周 期长、施工质量不 稳 定、能 源 及 原 材 料 消 耗 大、产 业 化 程 度 低 等 问 题 ，因 此 ，迫 切 需 要 采 取 工 业 化 手 段 来 提高住宅建设的质 量 和 效 率，加 速 推 进 以“节 能、节 地、节水、节材、环保 ”为 着 眼 点 的 住 宅 产 业 化 工 作。 目前，全国一些省市 已 经 开 始 了 住 宅 产 业 化 的 试 点 和 推 广 工 作 ，一 批 地 方 标 准 和 奖 励 政 策 纷 纷 出 台 ，相 继建成了一批各种结构形式的预制装配式混凝土结 构试点工程； 然而，国内现已建成的试点工程的预制 化程度普遍较低。上海市城市建设设计研究总院与 上海城建置业发展 有 限 公 司 合 作，在 其 开 发 的 上 海 市保障性住房工程中选择了 5 栋高层住宅建筑作为 试点，首次采用 50% 以上 的 预 制 率，其 中 1 栋 14 层 的住宅建筑预制率高达 70% ，预 制 化 程 度 在 国 内 处 于领先水平。本文以试点工程中一栋 14 层的住宅 为 例 ，对 预 制 装 配 整 体 式 住 宅 的 结 构 设 计 进 行 探 讨 。 1 工程概况
工程抗震设 防 类 别 为 丙 类，抗 震 设 防 烈 度 为 7 度，设计基本地震加速度 为 0. 10g，设 计 地 震 分 组 为 第一组，建筑场 地 类 别 为 上 海 Ⅳ 类，特 征 周 期 Tg = 0. 90s，主体结构的设计使用年限为 50 年，设计基准 期按 50 年 采 用。 结 构、地 基 基 础 安 全 等 级 均 为 二 级，框架、剪力墙 抗 震 等 级 分 别 为 三 级、二 级。 本 工 程 按 等 同 现 浇 设 计 ，按 现 浇 结 构 进 行 整 体 计 算 ，但 必 须采取针对性的补充计算以及相适应的抗震措施来 保证结构具有良好 的 整 体 性，并 保 证 预 制 构 件 及 其 连接部位的承载力与变形满足要求。 2 结构设计 2. 1 结构体系选择
本工程为上海市保障性住房工程浦江基地一栋 地上 14 层（ 层高 2. 8m） 、地下 1 层 （ 层 高 3. 0m） 、总 高度为 39. 65m、建筑面积为 4 133m2 的住宅，采用装 配 整 体 式 钢 筋 混 凝 土 框 架 -剪 力 墙 结 构 ，结 构 标 准 层 平面布置见 图 1。 柱、外 墙 板、女 儿 墙、空 调 板 采 用
本工程属于采 用 新 技 术 的 高 层 建 筑，根 据 相 关 规定进行了抗震设 防 专 项 审 查，结 构 计 算 分 析 采 用 PKPM 系列软件 中 的 SATWE 和 PMSAP 软 件，主 要 计算结果见表 1 ，2［2］。
由表 1，2 可 知 结 构 各 计 算 指 标 均 满 足 规 范 要 求，每条时程曲线计 算 所 得 的 结 构 底 部 剪 力 不 小 于 振型分解反应谱法求得 的 底 部 剪 力 的 65% ，且 3 条 时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不小于 振型分解反应谱法求得的 底 部 剪 力 的 80% ，满 足 规 范要求； 3 条时程曲线计算得到的层间位移角均满
目前，高层住宅 建 筑 绝 大 部 分 采 用 的 是 现 浇 剪 力墙结构体系，其特 点 是 住 宅 平 面 形 状 布 置 较 为 灵 活 ，可 根 据 采 光 通 风 的 需 求 形 成 凹 凸 的 平 面 布 置 ，达 到 室 内 空 间 规 整 、无 外 露 梁 柱 的 效 果 ，适 合 当 前 大 多 以毛坯交房的消费习惯。但从住宅产业化角度来 看 ，这 种 结 构 体 系 由 于 构 件 数 量 多 ，不 利 于 工 业 化 生 产 ，特 别 是 国 家 的 预 制 结 构 体 系 相 关 标 准 还 未 发 行 。 若剪力墙采用全预 制 形 式，由 于 水 平 及 竖 向 接 缝 过 多、过长，结构的整 体 性 难 以 得 到 保 证，相 应 的 整 体 计算方法也有待于 进 一 步 研 究，且 当 前 国 内 相 关 的 研究及试验较少，特 别 是 此 类 结 构 还 未 经 受 过 大 震 的 检 验 。 相 对 于 剪 力 墙 结 构 ，框 架 -剪 力 墙 结 构 具 有 如下优点： 梁、柱等 预 制 构 件 为 线 性 构 件，可 以 控 制 自重，有利于现场 吊 装，节 点 连 接 区 域 采 用 现 浇，能 够保证结构的整 体 性，比 较 适 合 装 配 式 结 构。 室 内 可 采 用 轻 质 隔 断 ，形 成 灵 活 多 变 的 布 局 形 式 ，对 住 宅 内 部 进 行 精 装 修 处 理 ，可 有 效 避 免 外 露 梁 、柱 造 成 的 影响。基于对上述 因 素 及 业 主 要 求 的 综 合 考 虑，决 定 选 用 框 架 -剪 力 墙 结 构 体 系 。 2. 2 结构分析计算
0. 915
0. 86
0. 88
X 向 5. 87
5. 688
Y 向 5. 94
5. 891
X 向 99. 5
91. 5
Y 向 99. 5
92. 9
X 向 1 /1 077 1 /1 052
Y 向 1 /1 054 1 /1 099
X 向 1. 17
（ 4） 根据《高层建筑混凝土结构技术规程 》（ JGJ 3—2010） ［1］，装配整体式 框 架 结 构 梁 端 负 弯 矩 调 幅 系数可取 0. 7 ～ 0. 8。本 工 程 叠 合 梁 板 施 工 时 均 采 取 临 时 支 撑 ，节 点 区 混 凝 土 强 度 等 级 提 高 一 级 ，负 弯 矩调幅系数取 0. 8，以防止梁端负弯矩取值偏低。
图 1 标准层结构平面布置图
预制，1 层梁、板及地 下 室、± 0. 000 以 上 剪 力 墙 （ 包 括连 梁、剪 力 墙 上 框 架 梁 与 暗 梁 ） 、楼 梯、屋 面 板 及 图 1 中注明的部分 梁 板 采 用 现 浇，其 余 均 为 叠 合 构 件，标准层预制率超过 70% 。图 1 中 未 注 明 主 梁 截 面为 300 × 500，未 注 明 次 梁 截 面 为 200 × 400，叠 合 楼板预制部 分 厚 75mm，现 浇 部 分 厚 65 ～ 85mm，框 架柱及端柱截面均为 600 × 600，未 注 明 剪 力 墙 均 为 200mm。地下 1 层 ～ 地上 4 层剪力墙及柱混凝土强 度等级为 C35，4 层以上为 C30，梁、板混凝土强度等 级均为 C30。框架 柱 连 接 套 筒 采 用 球 墨 铸 铁 制 作，
建筑结构 Building Structure
Vol． 43 No． 2 Jan． 2013
预 制 装 配 整 体 式 混 凝 土 框 架 -剪 力 墙 结 构 设 计 *
郑振鹏， 郑仁光， 李 峰
（ 上海市城市建设设计研究总院，上海 200125）
［摘要］ 以一栋框架-剪力墙结构住宅为工程背景，对预制装配整 体 式 框 架-剪 力 墙 结 构 的 设 计 方 法 进 行 了 详 细 论 述。由于国内尚没有相同结构形式工程的设计经验，如 何 保 证 该 结 构 达 到 等 同 现 浇 结 构 的 性 能 是 设 计 关 键 ，从 结 构整体计算、关键构件与节点的设计等几个方面进行了 深 入 探 索 和 研 究，相 关 方 法 与 思 路 可 为 类 似 的 结 构 设 计 提 供参考。 ［关键词］ 预制结构； 框架-剪力墙结构； 等同现浇结构； 整浇式节点； 关键构件 中图分类号： TU375 文献标识码： A 文章编号： 1002-848X（ 2013） 02-0028-05
本工程按等同 现 浇 设 计，整 体 计 算 采 用 和 现 浇 结构相同的方法，考 虑 到 预 制 结 构 与 现 浇 结 构 存 在 差 异 ，为 了 保 证 预 制 结 构 的 整 体 性 、安 全 性 及 计 算 模 型与预制结构实际 受 力 情 况 相 符，在 整 体 计 算 时 采 取了以下措施：
* 上海市科学技术委员会科研计划项目（ 10 dz0583700 ） 。 作者简介： 郑 振 鹏，高 级 工 程 师，一 级 注 册 结 构 工 程 师，Email： z_z_p @ 163． com。
第 43 卷 第 2 期
郑振鹏，等． 预制装配整体式混凝土框架-剪力墙结构设计
29
套筒内水泥 基 灌 浆 料 采 用 无 收 缩 砂 浆，28d 龄 期 立 方体抗压强度标准值不小于 85MPa。
百度文库
Design on precast assembled monolithic reinforced concrete frame-shear wall structure Zheng Zhenpeng，Zheng Renguang，Li Feng
（ Shanghai Urban Construction Design ＆ Research Institute，Shanghai 200125，China） Abstract： Based on a frame-shear wall building，design of the precast assembled monolithic reinforced concrete frame-shear wall structure was discussed in detail． Due to the lack of the design experience of the structure，it is the key issue to ensure the structure to reach the performance of cast in-place equal structure． Several aspects were explored and researched further，such as calculation of the whole structure，design of key members and joints，and so on． The results could provide reference for similar structures． Keywords： precast structure； frame-shear wall structure； cast-in-place equal structure； cast-in-place joint； key member
（ 1） 次梁采用牛担板企口梁的方式与主梁连 接，由于主 次 梁 节 点 的 接 触 面 小、传 递 弯 矩 能 力 有 限 ，因 此 在 计 算 模 型 中 设 定 为 铰 接 。
（ 2） 预制外挂墙板与结构上下均采用铰接形 式 ，墙 板 自 重 由 上 部 连 接 悬 挂 承 重 ，外 墙 板 底 部 在 墙 平 面 内 可 水 平 滑 动 ，因 此 ，整 体 计 算 时 不 考 虑 外 墙 板
对其支撑梁的刚度贡献。预制外挂墙板的大样见图 2，图中 la 为接缝钢筋的锚固长度。
图 2 预制外挂墙板大样图
（ 3） 考虑 到 住 宅 建 筑 非 承 重 墙 体 较 多、外 挂 墙 板较重，本工程周期折减 系 数 取 0. 7，即 在 较 合 理 的 取值范围内适当地 放 大 地 震 作 用，以 保 证 结 构 的 抗 震性能。
扭转耦联振型分解反应谱法（ CQC） 计算结果 表 1
计算指标
周期 /s 周期比 Tt / T1 剪重比 /% 有效质量系数 /% 地震作用层间位移角 最大层间位移比 底层框架承担的 倾覆力矩比例 /%
计算结果
SATWE PMSAP
T1
1. 037
1. 039
T2
1. 001
1. 030
T3
0. 892
0 前言 随着我国城市 化 进 程 的 提 速，住 宅 建 筑 尤 其 是
保障性住房飞速发 展，但 传 统 住 宅 普 遍 存 在 建 造 周 期长、施工质量不 稳 定、能 源 及 原 材 料 消 耗 大、产 业 化 程 度 低 等 问 题 ，因 此 ，迫 切 需 要 采 取 工 业 化 手 段 来 提高住宅建设的质 量 和 效 率，加 速 推 进 以“节 能、节 地、节水、节材、环保 ”为 着 眼 点 的 住 宅 产 业 化 工 作。 目前，全国一些省市 已 经 开 始 了 住 宅 产 业 化 的 试 点 和 推 广 工 作 ，一 批 地 方 标 准 和 奖 励 政 策 纷 纷 出 台 ，相 继建成了一批各种结构形式的预制装配式混凝土结 构试点工程； 然而，国内现已建成的试点工程的预制 化程度普遍较低。上海市城市建设设计研究总院与 上海城建置业发展 有 限 公 司 合 作，在 其 开 发 的 上 海 市保障性住房工程中选择了 5 栋高层住宅建筑作为 试点，首次采用 50% 以上 的 预 制 率，其 中 1 栋 14 层 的住宅建筑预制率高达 70% ，预 制 化 程 度 在 国 内 处 于领先水平。本文以试点工程中一栋 14 层的住宅 为 例 ，对 预 制 装 配 整 体 式 住 宅 的 结 构 设 计 进 行 探 讨 。 1 工程概况
工程抗震设 防 类 别 为 丙 类，抗 震 设 防 烈 度 为 7 度，设计基本地震加速度 为 0. 10g，设 计 地 震 分 组 为 第一组，建筑场 地 类 别 为 上 海 Ⅳ 类，特 征 周 期 Tg = 0. 90s，主体结构的设计使用年限为 50 年，设计基准 期按 50 年 采 用。 结 构、地 基 基 础 安 全 等 级 均 为 二 级，框架、剪力墙 抗 震 等 级 分 别 为 三 级、二 级。 本 工 程 按 等 同 现 浇 设 计 ，按 现 浇 结 构 进 行 整 体 计 算 ，但 必 须采取针对性的补充计算以及相适应的抗震措施来 保证结构具有良好 的 整 体 性，并 保 证 预 制 构 件 及 其 连接部位的承载力与变形满足要求。 2 结构设计 2. 1 结构体系选择
本工程为上海市保障性住房工程浦江基地一栋 地上 14 层（ 层高 2. 8m） 、地下 1 层 （ 层 高 3. 0m） 、总 高度为 39. 65m、建筑面积为 4 133m2 的住宅，采用装 配 整 体 式 钢 筋 混 凝 土 框 架 -剪 力 墙 结 构 ，结 构 标 准 层 平面布置见 图 1。 柱、外 墙 板、女 儿 墙、空 调 板 采 用
本工程属于采 用 新 技 术 的 高 层 建 筑，根 据 相 关 规定进行了抗震设 防 专 项 审 查，结 构 计 算 分 析 采 用 PKPM 系列软件 中 的 SATWE 和 PMSAP 软 件，主 要 计算结果见表 1 ，2［2］。
由表 1，2 可 知 结 构 各 计 算 指 标 均 满 足 规 范 要 求，每条时程曲线计 算 所 得 的 结 构 底 部 剪 力 不 小 于 振型分解反应谱法求得 的 底 部 剪 力 的 65% ，且 3 条 时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不小于 振型分解反应谱法求得的 底 部 剪 力 的 80% ，满 足 规 范要求； 3 条时程曲线计算得到的层间位移角均满
目前，高层住宅 建 筑 绝 大 部 分 采 用 的 是 现 浇 剪 力墙结构体系，其特 点 是 住 宅 平 面 形 状 布 置 较 为 灵 活 ，可 根 据 采 光 通 风 的 需 求 形 成 凹 凸 的 平 面 布 置 ，达 到 室 内 空 间 规 整 、无 外 露 梁 柱 的 效 果 ，适 合 当 前 大 多 以毛坯交房的消费习惯。但从住宅产业化角度来 看 ，这 种 结 构 体 系 由 于 构 件 数 量 多 ，不 利 于 工 业 化 生 产 ，特 别 是 国 家 的 预 制 结 构 体 系 相 关 标 准 还 未 发 行 。 若剪力墙采用全预 制 形 式，由 于 水 平 及 竖 向 接 缝 过 多、过长，结构的整 体 性 难 以 得 到 保 证，相 应 的 整 体 计算方法也有待于 进 一 步 研 究，且 当 前 国 内 相 关 的 研究及试验较少，特 别 是 此 类 结 构 还 未 经 受 过 大 震 的 检 验 。 相 对 于 剪 力 墙 结 构 ，框 架 -剪 力 墙 结 构 具 有 如下优点： 梁、柱等 预 制 构 件 为 线 性 构 件，可 以 控 制 自重，有利于现场 吊 装，节 点 连 接 区 域 采 用 现 浇，能 够保证结构的整 体 性，比 较 适 合 装 配 式 结 构。 室 内 可 采 用 轻 质 隔 断 ，形 成 灵 活 多 变 的 布 局 形 式 ，对 住 宅 内 部 进 行 精 装 修 处 理 ，可 有 效 避 免 外 露 梁 、柱 造 成 的 影响。基于对上述 因 素 及 业 主 要 求 的 综 合 考 虑，决 定 选 用 框 架 -剪 力 墙 结 构 体 系 。 2. 2 结构分析计算
0. 915
0. 86
0. 88
X 向 5. 87
5. 688
Y 向 5. 94
5. 891
X 向 99. 5
91. 5
Y 向 99. 5
92. 9
X 向 1 /1 077 1 /1 052
Y 向 1 /1 054 1 /1 099
X 向 1. 17
（ 4） 根据《高层建筑混凝土结构技术规程 》（ JGJ 3—2010） ［1］，装配整体式 框 架 结 构 梁 端 负 弯 矩 调 幅 系数可取 0. 7 ～ 0. 8。本 工 程 叠 合 梁 板 施 工 时 均 采 取 临 时 支 撑 ，节 点 区 混 凝 土 强 度 等 级 提 高 一 级 ，负 弯 矩调幅系数取 0. 8，以防止梁端负弯矩取值偏低。
图 1 标准层结构平面布置图
预制，1 层梁、板及地 下 室、± 0. 000 以 上 剪 力 墙 （ 包 括连 梁、剪 力 墙 上 框 架 梁 与 暗 梁 ） 、楼 梯、屋 面 板 及 图 1 中注明的部分 梁 板 采 用 现 浇，其 余 均 为 叠 合 构 件，标准层预制率超过 70% 。图 1 中 未 注 明 主 梁 截 面为 300 × 500，未 注 明 次 梁 截 面 为 200 × 400，叠 合 楼板预制部 分 厚 75mm，现 浇 部 分 厚 65 ～ 85mm，框 架柱及端柱截面均为 600 × 600，未 注 明 剪 力 墙 均 为 200mm。地下 1 层 ～ 地上 4 层剪力墙及柱混凝土强 度等级为 C35，4 层以上为 C30，梁、板混凝土强度等 级均为 C30。框架 柱 连 接 套 筒 采 用 球 墨 铸 铁 制 作，