随着我国建筑工业化进程不断推进和装配式建筑技术不断发展，产品质量好、施工效率高、功能集成度高等优点逐渐得以体现。相对于住宅建筑而言，公共建筑体量大、结构复杂、立面形式丰富等特点使其在实施装配式过程中难度较大。因此，装配式公共建筑的PC设计方案更应考虑标准化设计、工厂化生产及装配化高效施工的重要性，以最优方案使其在施工中付出最少代价并达到最好效果。

　　 本文结合南昌航信大厦项目在前期PC方案策划过程中综合考虑结构安全、建筑形式、生产效率、施工质量等方面，实施了一系列切实可行的技术措施;同时，综合考虑项目成本、进度等，基于预制构件大型化和标准化对原结构方案进行优化。

　　 航信大厦工程位于南昌市红谷滩中央商务区规划一路以西，会展路以北，万达广场西侧。建筑功能为高层办公楼，总建筑面积41 789.02m²，其中地上12层，建筑面积27 108.12m²，地下2层，建筑面积为14 680.9m²。

　　 地上结构分为2个单元，其中南侧为高层框架-剪力墙结构，高50.800m，做办公用，北侧为多层框架结构，高12.850m，做会议室用。高层办公楼底部3层存在挑空大堂，因此在4层和5层设置了局部转换桁架，转换部位构件为型钢混凝土柱和型钢混凝土梁。

　　 本工程抗震设防类别为丙类 (标准设防类) ，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类 (T_g=0.35s) 。各部位抗震等级如表1所示，建筑效果如图1所示。

　　 本工程框架-剪力墙结构体系混凝土结构构件主要包括:柱、梁、楼板、剪力墙、楼梯;内墙采用蒸压加气混凝土砌块，外墙采用蒸压加气混凝土砌块和石材饰面。

　　 根据相关规范 ^[1,2,3,4]要求并结合本工程特点、预制率要求、构件生产、施工安装各方面因素，进行装配式PC结构拆分设计，具体装配方案如表2所示。

　　 综上所述，本工程中预制构件种类包括:预制柱、叠合梁、叠合楼板、预制楼梯。

　　 目前装配式建筑成本居高不下，其中一个重要原因是设计与生产、施工相互脱节，如构件拆分方案和节点构造设计不合理，增大了构件生产和施工难度和周期等。在设计中，要确保结构设计与详图设计单位、预制构件工厂、施工单位紧密沟通与密切配合，在图纸满足设计条件前提下，在预制构件生产阶段简化生产工序，减少构件费和构件施工费;在现场施工阶段简化施工流程和施工难度，减少人工费;总包单位要确保合作单位间的顺畅沟通、协同配合，遇到问题能及时合理解决，从源头上减少土建成本、缩短建设工期。

　　 由装配式建筑设计可知，叠合板、梁数量占全部构件总数80%以上，而装配式结构施工中叠合梁、板构件安装施工耗时较长，且连接节点增多不利于建设进度把控。本项目通过取消次梁，增加板厚等措施，对结构布置进行优化。标准层优化前后平面布置如图2所示。

　　 相对原设计方案，现有PC结构方案采取了以下优化措施。

　　 1) 取消原结构方案外围框架部分中的次梁，减少预制次梁数量。

　　 2) 次梁的取消，消除了叠合楼板拆分尺寸的限制，从而能更合理地分配叠合楼板尺寸及数量。

　　 3) 进行大空间设计，根据调整后的计算要求，楼板厚度由120mm增加到160～200mm。次梁取消，楼层净高由3.6m增加到4.0m，室内空间提高，增强使用舒适度。

　　 1) 混凝土用量

　　 对优化前后的结构混凝土用量比较如图3所示，原设计方案混凝土总体积为8 322m³，优化后混凝土总体积8 598m³，用量仅增加3.3%，与原设计混凝土重量的误差在5%之内，原设计方案中桩基承载力完全满足优化后结构设计要求。

　　 2) 构件及连接数量

　　 原PC设计方案中预制构件2 314根，连接节点4 612个，优化方案预制构件1 369根，连接节点2 053个，分别降低41%和55%，其中次梁减少141根，次梁节点减少220个，叠合楼板减少803块，叠合楼板拼缝处理减少2 329处。经大量装配式框架项目工程实践结果证明，使用大型预制叠合楼板后，合理减少了节点数量并极大提高了施工效率和施工质量。

　　 本项目优化方案优势如下: (1) 预制构件总数减少，节约了吊装时间，缩短施工周期; (2) 减少了预制构件节点处钢筋干涉现象，减少了主次梁交接处节点处理及节点处现场附加钢筋工作量，避免节点处理错漏带来质量隐患; (3) 通过大幅减少叠合楼板数量，大大减少了拼缝数量，不仅降低了接缝处专用填缝砂浆量，也减少了拼缝处二次处理量，最大程度提高了施工效率，保证施工质量及项目总体进度; (4) 本工程场地条件受限，堆场面积相对不足，优化后预制构件数量大幅减少，有效解决了堆场不足的难题。

　　 3) 预制构件特点

　　 优化后结构单块楼板跨度由3～4m增加到6～8m，根据国内外工程经验，6～8m跨度或单块面积>15m²的预制叠合楼板属于大型预制构件。

　　 对大型叠合楼板进行统计，单块预制叠合楼板面积>15m²的比例为59%，其中叠合楼板尺寸最大为2.80m×8.32m (23.30m²) ，远超出常规预制叠合楼板尺寸，因此，大型预制叠合楼板在生产、运输及安装各环节需采取相应措施以防楼板开裂，并提高施工效率。

　　 1) 叠合楼板桁架钢筋设计

　　 由于本项目叠合楼板长度多为6～8m，预制层厚度仅为70mm，抗弯刚度较小，在脱模及吊装阶段易发生挠度过大甚至开裂。具有上、下弦及腹杆钢筋的桁架与预制层混凝土组合共同受力，能有效提高叠合楼板短期刚度。因此，需对桁架钢筋进行加强设计，从而避免各阶段受力状态下构件变形过大，影响楼板工作性能。在施工阶段，通过计算得到的楼板变形数据，按照变形控制要求，设计架设临时支撑。

　　 根据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》、DG/T J08—2071—2010《装配整体式混凝土住宅体系设计规程》相关规定，对桁架钢筋叠合板进行受力计算，不同厚度及配筋形式的叠合楼板分别设置了不同类型的桁架钢筋，如图4所示。

　　 2) 叠合楼板节点设计

　　 本项目中楼板有单向板和双向板2种，叠合楼板间拼缝均采用密拼形式，具有受力体系可靠、施工便捷、楼板成型后观感好等优点。

　　 单、双向板在拼缝处采用不同连接构造 (见图5) 。单向叠合楼板垂直拼缝的附加钢筋与每块板的搭接长度≥15d，沿拼缝长度方向附加通长构造钢筋直径≥4mm，间距≥300mm。

　　 双向叠合楼板垂直拼缝的附加钢筋计算应保证拼缝处承载力不小于非拼缝处承载力和拼缝处内力设计值的较大值，计算简图如图6所示并根据式 (1) 进行计算。附加钢筋的布置宜以细而密的方式进行设计，且直径不小于受力钢筋直径 ^[5,6]。

　　 式中:M₁为拼缝处附加钢筋抗弯承载力;M₂为板底受力钢筋抗弯承载力;h₁为拼缝处有效高度;h₀为非拼缝处有效高度;A_sd为附加钢筋面积;A_s为板底受力钢筋面积。

　　 3) 叠合梁-叠合楼板连接节点

　　 叠合楼板端部及接缝处构造节点参考JGJ1—2014《装配式混凝土结构技术规程》，叠合楼板预制部分厚70mm，叠合部分厚90～130mm。

　　 叠合楼板搁置于叠合梁上的宽度≥10mm，出筋长度应伸至梁中线位置且≥5d (d为楼板钢筋直径) ，同时，叠合梁两侧的叠合楼板出筋应采取避免碰撞的措施 (见图7) 。

　　 本工程建筑具有较丰富的立面形式，并涉及建筑、结构、机电、给排水等专业与装配式结构的协同设计，配合难度较大，加大了设计和施工难度。

　　 采用基于BIM的信息化平台，通过三维软件实现设计阶段各专业的协同化、可视化和参数化，整合各专业信息，保证信息的一致性，提早发现问题，提高设计质量。在施工组织制定阶段通过施工模拟将现场过程可视化，提前发现施工中的重难点，制定相应的施工安全和质量保证措施，提高施工安全和施工效率。

　　 根据预制构件拆分设计原则和预制率或装配率要求，在施工图三维设计模型基础上，建立各预制构件三维实体模型，并直接生成预制构件拆分图纸。深化设计单位通过整合建筑、结构与机电专业模型，完成在预制构件模型上添加钢筋、埋件、机电预埋、预留孔洞等信息，并由模型直接统计混凝土体积与重量，钢筋与金属件类别、型号、数量等材料信息。构件工厂根据包含完整设计信息的预制构件图纸，完成模具设计与制作、材料采购准备、模具安装、钢筋下料、埋件定位、构件生产、编码及装车运输等工作。

　　 将预制构件信息模型按照设计要求，并结合施工顺序在计算机上进行拼装，对拼接位置进行碰撞检测，检查预制构件与现浇部分关系，预制构件间 (包括伸出的钢筋) 、预制构件和机电管道间的关系，避免施工现场的错误与返工。

　　 现行设计中，连接节点采用现浇方式，梁柱构件分别预留钢筋伸入节点锚固。构件安装时，多个构件钢筋在节点区互相交叉、重叠，极易产生钢筋碰撞，影响安装效率，因此本项目对所有构件节点进行精确模拟，精确各钢筋位置及钢筋间安装误差，采用合理锚固方式，从而在设计阶段解决施工中可能出现的各种碰撞。

　　 分析场地面积及塔式起重机布置等因素，堆场布置存在以下2方面问题: (1) 单层预制构件数量多 (最多达221个) ，现有堆场无法满足整层构件的储备; (2) 构件重量最大为55kN，塔式起重机吊装半径有限，构件在堆场内需要转运，增加了塔式起重机使用次数。针对上述2个问题，本项目采取以下解决方案: (1) 以后浇带为界，将建筑平面分为A, B 2个标段，现有构件堆场面积能够满足单个标段构件储备; (2) 对预制构件进行统计，并按照类型、尺寸和数量进行合并分类，通过模拟确定各构件所处范围，使其既满足卸车半径又满足安装半径，同时保证该构件在堆场内无转运情况发生。通过多次模拟及规划，最终确定了如图8所示的构件堆场布置。

　　 预制构件安装时需考虑标段施工、构件间碰撞关系、塔式起重机吊装能力及人员效率等问题。本工程单层预制构件数量大、现浇和预制交叉作业多，必须合理安排吊装动线。通过多次安装模拟最终确定了如图9所示的安装动线，从而保证了预制安装与现浇工序合理安排，实现高效施工。

　　 大型预制叠合楼板吊装是施工重难点，对长度≤6m楼板采用四点起吊，长度>6m采用8点起吊，吊点位置经计算确定，并在生产时做好吊点标识。

　　 楼板吊装完成后通过在拼缝处搭接附加钢筋实现密拼楼板双向受力，拼缝处附加钢筋计算仅按照此处现浇层有效高度考虑，且承载力按照与非拼缝处等强的原则进行计算。叠合楼板拼缝处理如图10所示。

　　 施工完成后叠合楼板间的拼缝处需采用专用水泥砂浆进行填缝处理，使用的专用水泥砂浆要具有无收缩、抗裂、防水等性能。

　　 本项目叠合楼板均采用密拼形式，楼板底部无后浇带，不仅避免了拼缝处大量模板支设，且保证了叠合楼板底部竖向支撑连续性及支撑架设高效性。叠合楼板底部竖向支撑水平排布方向应垂直于上部桁架钢筋方向。

　　 以装配整体式框架-现浇剪力墙结构为例，详细介绍了PC方案设计中应用到的各项原则及关键技术，并针对现有方案提出合理的优化措施。

　　 1) 装配式结构设计过程中应结合实际项目优先选用标准化程度高的大型预制构件，提升设计、生产和施工效率，减少现场出错率。

　　 2) 装配式建筑前期策划对工程项目成本、进度和质量具有非常重要的作用，PC设计应提前介入到建筑设计全过程中，并结合生产、施工等各环节，为项目提出最优化的方案。通过结构优化，分别将构件数量和连接节点数量降低了41%和55%，实现装配式建筑质量、效率提升。

　　 3) 大型预制叠合楼板应用提高了构件工厂的模具使用率，减少了现场构件安装次数及拼缝数量，由于采用了密拼拼缝，避免了传统后浇段节点支模工作。因此，大型叠合楼板的应用极大地提高了构件生产和施工效率。

　　 4) 运用BIM技术对装配式建筑进行设计和施工模拟能够极大地促进建造全过程效率提升、信息准确、管理协同和质量保证，为建筑业转型升级、装配式建筑技术的发展做出贡献。