摘要：学校建筑是建筑中的一种重要类型，具有教室空间主体结构标准化和大跨度特征。针对装配式学校建筑中大跨度建造的技术及体系问题，以坪山实验学校南校区二期工程项目、锦龙学校项目和竹坑学校项目（以下简称坪山三所学校项目）为例，从建筑结构体系、体系受力分析、关键节点连接技术、施工要点等角度详细解析了在工程实践中探索出的装配式学校大跨度建造体系，实践结果表明该建造体系能够充分发挥不同结构的特性优势，对于学校类整体大跨度建造具有较强的适用性。为今后房建类装配式建筑整体大跨度建造做出了积极探索、积累了宝贵经验。
关键词：大跨度建造；结构体系；节点连接技术；建造体系
0 引言
装配式建筑是目前及今后一个时期国家大力倡导的建筑建造方式，是我国建筑产业转型升级的重要发展方向，是全面推进新型建筑工业化建设的重要抓手。装配式建筑在小跨度的住宅建筑领域已经有了丰富的理论研究和实际应用。针对学校、医院类主体结构标准化、单个空间跨度大的建筑领域研究及应用实践则相对较少。随着我国城镇化建设的高效推进、大中型城市的快速扩容及特大型城市远区的快速发展，基础设施建设与城市发展速度不匹配的矛盾突显，基础设施建设急需加快步伐，特别是城市中学校、医院等基础民生领域建设缺口较大。这些基本的需要给当地提出了在较短时间内快速建造民生类建筑设施的迫切要求。装配式学校建筑具有高精度、高质量、免抹灰、工期快的鲜明特点，装配式建筑的这种优势恰好可以在较短时间内又好又快地解决好当前城市发展当中遇到的难题。基于此，中建科技集团有限公司对装配式建筑大跨度快速建造体系进行了探索，并在坪山三所学校项目工程中进行了实践应用，结果表明探索出的装配式学校大跨度建造系统通过对不同构件进行合理组合，充分利用且发挥出了不同结构的优质性能，各种结构的优势形成良好互补。本次探索与实践也为今后装配式学校、医院类建筑整体大跨度建造打下了坚实的基础。
1 工程概况
坪山学校项目由坪山实验学校南校区二期工程项目、锦龙学校项目和竹坑学校项目组成。是中建科技集团有限公司深圳分公司采用EPC总承包模式承建的装配式学校建筑项目。采用装配式框架钢混组合结构体系建造，预制构件主要包括预制柱、预制型钢梁、预应力倒双T形叠合板、预制叠合阳台板、预制楼梯、预制外墙挂板和预制隔墙等，装配率均达到80%以上被评为AA级装配式建筑，该项目是广东省装配式建筑示范、观摩项目，广东省双优。
2 装配式学校大跨度建造体系
坪山学校项目教室空间跨度为横纵向相邻预制柱间距9m，是典型的大跨度建筑项目。结合工程实际从建筑主体结构体系和体系的受力分析两个角度对装配式建筑大跨度建造体系进行阐述。
2.1装配式框架钢混组合结构体系
坪山学校项目中的三所学校主体结构为装配式框架钢混组合结构体系。主体结构框架柱采用预制钢筋混凝土柱，预制柱与预制柱竖向节点连接采用全灌浆套筒连接，主次梁选用预制型钢梁，基于预制柱内预埋钢构节点，预制柱与型钢梁水平节点采用高强度螺栓干法连接。大跨度楼面采用预制预应力倒双T形叠合楼板、小跨度楼面采用非预应力叠合楼板，阳台等采用预制阳台板和预制空调板，预制楼面构件与钢梁搭接并绑扎板面钢筋后采用混凝土整体浇筑。选用的装配式框架钢混组合结构体系具有较多优点，一是框架柱采用预制钢筋混凝土柱，充分利用了混凝土结构的耐压性能，能够保障竖向结构的稳定。二是主次梁选用预制型钢梁充分利用了钢结构加工简单、造价较低、质量较轻、施工方便、适于一定范围内的较大跨度建造，抗弯剪性能好等优点，与预制混凝土柱组合应用可以充分发挥两种结构的优势性能。三是选用免支撑预应力叠合楼板施工方便、节省材料、施工速度快捷，可以充分利用预应力的特性来保障大跨度楼板整体浇筑后的质量。
梁柱节点高强度螺栓干法连接
2.2体系的受力分析
传统建筑为现浇结构，在结构设计过程中所有构件建入模型，进行计算即可。装配是建筑的预制构件部分如何考虑进行整体计算，是装配式建筑结构设计部分的一个难点。用盈建科建筑结构设计软件对此项目进行模型输入和结构分析时有如下设定：竖向荷载按模拟施工加载三计算，即分层刚度分层加载方式；风荷载按一般计算方式，地震力只计算水平地震作用。基于以上设定，通过分析模型，得出整体结构安全稳定的结论。
如图分别是梁柱节点的tekla拆分模型和盈建科模型，其中tekla模型是最能体现实体节点的模型。因为整体计算在盈建科中不需要考虑这么细致，模型最后简化成如图所示，只是节点需要根据整体计算内力，单独计算，但是要保证节点的构造和计算结果满足整体计算的假定条件。
梁柱节点的盈建科模型
对比两张图可以发现，在takla模型中，钢梁腹板用高强螺栓固定在预制柱的端板处，下翼缘由下端板和牛腿支撑，而在盈建科模型中直接被简化成梁柱固接，且梁柱的相对位置也发生了变化（型钢梁嵌进预制柱中央），只保留了预制柱和型钢梁截面尺寸不变。
基于上述盈建科模型和一些假设，可以验证承载极限状态，主要包括前三阵型周期、周期比、最大位移角和最大位移比。结果如表所示。
前三振型周期、地震力与振型输出文件
地震作用最大方向=6.186o
周期比T3/T1=1.2410/1.4284=0.8688<0.9
位移输出文件
规范规定一般平动系数大于0.5这个周期为平动周期，比较合理的模型这个数要接近1或者等于1更好，振型一和振型二符合此规定，为平动周期。第三周期一般为扭转周期，同样扭转系数要大于0.5。此工程中振型三的扭转系数为0.69，符合扭转周期的规定。计算周期比时，本工程T3/T1=1.2410/1.4284=0.8688<0.9,这个工程满足《高层建筑设计规范》，即A级高层扭转为主的第一自振周期/平动为主第一自振周期小于0.9的强制规定。
《建筑抗震设计规范》规定，钢筋混凝土框架结构的弹性层间位移角限值为1/550，因此可以看出无论时X方向最大层间位移角还是Y方向最大层间位移角都满足此限值。教学楼层高为23米的框架结构，处于6度抗震设防烈度区域，因此为A级高度钢筋混凝土高层建筑。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》,在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大水平位移和层间位移，A 级高度建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍。则据表2可以看出X或Y方向最大位移与层平均位移的比值皆小于1.2，满足规范规定。
除承载力极限状态的验证外，正常使用状态的验证方法如下：
本项目一共有35项荷载组合，预制柱保护层厚度为40毫米。以在盈建科计算模型中编号为N-C=1和N-C=2的柱子为例，表3为它们的裂缝宽度验算表格。有效高度h0=700-40=660mm=0.66m，根据规范按《混凝土结构设计规范》，e0 /h0<0.55时不需要进行裂缝验算。因此，下表中的柱子均无需进行裂缝宽度验算。
按照《钢结构设计规范》,主梁或桁架的挠度限值为l/400，统计此项目中其中五根钢梁挠度的计算结果如下表4所示，并表示出该梁挠度是否合格。
表4 钢梁挠度计算结果
综上所述，预制柱和钢梁同时满足承载承载力极限状态和正常使用状态。
4 结语
结合坪山三所学校项目，通过对装配式框架钢混组合结构体系及节点连接关键技术与施工要点等角度对装配式大跨度建造体系进行了解析。工程应用既结合了混凝土结构耐压特性又结合了钢结构质轻适合大跨度的特点，同时又充分发挥出了预应力叠合楼板预应力的长处。这次探索与实践表明以装配式框架钢混组合结构体系为核心的建造体系既可以满足现代工程对于快速施工与高质量施工的要求，又可以满足学校、医院类空间大跨度的工程要求。本次探索与实践为今后房建类装配式建筑整体大跨度建造做出了探索、积累了经验，可以为今后其他工程项目提供重要的借鉴。
参考文献
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要求3.5个版面
论文作者:金春光
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/22
标签：建筑论文; 学校论文; 体系论文; 结构论文; 大跨度论文; 节点论文; 组合论文; 《基层建设》2019年第19期论文;