嘉定新城E27-1地块建造普通商品房项目位于上海市嘉定区，项目总建筑面积8.66万m²，装配式建筑面积比例为100%，建筑单体预制率不低于40%。根据建筑使用功能要求，其中1#楼为小区物业配套用房兼保障性住宅，建筑面积6 929.86m²，地上20层，地下1层。地上1, 2层作为物业配套用房，3～20层为保障性住宅，结构总高度59.55m，其中地下1层层高5.4m, 1层层高4.20m, 2层层高4.50m, 3～20层层高2.80m，建筑效果如图1所示，结构模型如图2所示。

　　 1#楼右侧底部3层附带裙房，结构平面布置中通过防震缝与主楼脱缝处理 (图3) 。主楼底部两层楼层竖向构件体系与上部标准层楼层竖向构件体系差异较大，两者竖向结构轴线关系错位，因此采用了部分框支剪力墙结构体系，2层为转换层，转换层以上住宅部分为剪力墙结构，通过转换构件将其上部结构部分内力传递给框支剪力墙结构。本工程为上海市首个采用装配整体式部分框支剪力墙结构体系的建筑。

　　 转换结构从体系上一般可分为梁式转换、厚板转换等。本工程有较高的单体预制装配率40%的要求，《装配式混凝土结构技术规程》 (JGJ 1—2014) ^[1] (简称装配式混凝土规程) 规定:当采用部分框支剪力墙结构时，框支层及其相邻上1层应采用现浇结构。按此要求，相比于预制装配式剪力墙建筑，现浇楼层增加1层对单体预制率有较大影响。本工程根据沪建建材[2016]601号^[2]提供的单体预制率方法一，进行了预制率测算:

　　 结果表明，如果采用厚板转换，现浇混凝土方量较大，无法满足单体预制率40%要求。梁式转换结构受力清晰，现浇混凝土方量小，经上述方法计算，能基本满足单体预制率40%的要求。综合考虑建筑使用功能、单体预制率、结构受力特性、施工工艺等，本工程采用了梁式转换体系。

　　 由于建筑功能布置要求，转换层以上住宅部分仅北侧交通核剪力墙及强弱电井南侧纵向墙体可以落地，为了增加转换层下部结构的刚度，将落地剪力墙由200mm加厚至400～500mm，并在结构外圈四周的X, Y两个方向增设500mm厚剪力墙，框支柱截面为1.2m×1.2m。1～3层框支柱和剪力墙的混凝土强度等级由C30提升至C50，梁、板混凝土强度等级均为C40, 4～10层剪力墙混凝土强度等级为C40, 11～20层剪力墙混凝土等级根据轴压比降低至C35。

　　 底部两层及转换层以上一层底部加强区采用现浇结构，4层及4层以上采用预制装配式剪力墙结构。底部两层框支梁、柱抗震等级为二级;1～4层底部加强区的剪力墙抗震等级为二级，4层以上各层剪力墙抗震等级为三级。结构平面布置如图4所示，下部框支层柱网的最大跨度6.8m×5.6m，按跨度的1/5～1/4估算^[3]，转换梁截面为1.2m×1.4m。

　　 本工程主体结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级。场地抗震设防烈度为7度，设计基本加速度为0.10g;设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅳ类。水平地震影响系数最大值α_max=0.08，场地特征周期:多遇地震为0.90s，罕遇地震为1.1s;根据使用功能的重要性，其建筑抗震设防类别为丙类;基本风压取50年一遇0.55kPa，地面粗糙度为B类。

　　 根据《上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则》^[4]的有关规定，1#楼的不规则类型如表1所示。

　　 针对以上的超限情况，对结构进行了性能化设计，结合本工程的重要性程度和结构特点，整体结构抗震设防性能目标接近《高层建筑混凝土结构技术》 (JGJ 3—2010) ^[5] (简称高规) 规定的“性能目标D”，具体性能目标如表2所示。

　　 扭转不规则:加大周边竖向构件的截面并加高周圈框架梁的截面高度，提高结构的抗扭刚度，控制结构位移比不大于高规第3.4.5条限制，同时控制第一扭转周期和第一平动周期之比小于0.9，使结构在两个主轴方向具有合理、相近的抗扭刚度，同时在计算中考虑双向水平地震作用下的扭转影响^[6]。

　　 楼板局部不连续 (2层楼板大开洞且在2层顶板转换，4层及其以上标准层内开天井洞) :采用MIDAS Building软件对结构开大洞楼层楼板进行小震和中震作用下的应力分析，确保楼板主拉应力在小震作用下不大于f_tk (f_tk为混凝土抗拉强度标准值) 、中震作用下楼板上下层水平钢筋不屈服的性能要求，根据应力分析结果，采取相应的加强措施。从而保证楼板在地震中能够作为竖向抗侧力构件的有效联系^[7]。增大楼板板厚，2, 3层楼板板厚取200mm，加大标准层楼板洞口周边板厚;同时加大洞口周边楼板的配筋，采用双层双向配筋，每层钢筋每个方向配筋率不小于0.25%，并且加强边梁的截面尺寸以提高建筑的整体刚度。楼板配筋在计算值基础上增加10%，对薄弱连接处楼板，将按中震不屈服情况下计算的楼板应力放大1.1倍后进行配筋。

　　 竖向抗侧力构件不连续:底部框支层及其以上两层底部加强区构件的抗震等级提高至二级，框支柱箍筋全高加密，体积配箍率不小于1.5%。转换梁箍筋加密，且配置间距不大于200mm、直径不小于16mm的腰筋，纵筋配筋率不小于0.5%。

　　 采用PKPM V3.1.5和MIDAS Building两种软件对整体结构进行多遇地震的弹性分析，利用两种软件进行计算的目的在于相互校核其计算结果，结果见表3。

　　 由表3可以看出，结构构件在多遇地震下均处于弹性工作状态，层间位移角满足高规第3.4.5条要求，可保证小震不坏。

　　 选择5条天然波 (SHW7波、TH1TG090波、TH2TG090波、TH001TG090波、TH003TG090波) 和2条人工波 (RH2TG090波、RH3TG090波) 对整体结构进行多遇地震作用下的弹性时程分析，并将其计算结果与振型分解反应谱法 (CQC法) 的计算结果相比较。各条时程曲线计算所得的结构基底剪力及其平均值与振型分解反应谱法计算结果比较如表4所示。对比分析表明，本工程所采用的各地震加速度时程曲线计算所得基底剪力均不小于振型分解反应谱法计算结果的65%且不小于80%，满足规范要求。

　　 由表4可以看出，弹性时程分析结果与振型分解反应谱法的结果基本吻合，避免了楼层剪力突变，构件截面设计基本合理。

　　 采用MIDAS Building软件对结构转换梁及其上部剪力墙进行中震作用下的应力分析，转换梁和剪力墙的网格均按0.3m×0.3m划分，图5为转换梁及其上部剪力墙在恒载、活载、风荷载、地震荷载组合下的应力云图。从图5可以看出，转换梁底部产生拉应力，上部剪力墙的根部与转换梁相接处应力较大。因此，根据该应力分布进行转换梁配筋，并配置腰筋，腰筋间距不大于100mm。

　　 本工程4层楼板处为现浇墙体与预制墙体连接部位，且处于转换层上一层层顶加强区位置，须承受重力荷载与地震剪力作用。设计中预制与现浇剪力墙采用灌浆套筒连接，连接部位的抗震性能要求按表2执行。

　　 以某剪力墙为例，如图6所示，在自重作用下转换梁产生了竖向变形，导致上部剪力墙水平连接面形成了剪力差值，预制墙体与现浇墙体连接面的内力:自重作用下剪力V_G=770.75kN，轴力N_G=7 122.8kN;中震工况下剪力V_{Ehk (中)} =2 597.6kN，轴力N_{Ehk (中)} =5 849.8kN;大震工况下剪力V_{Ehk (大)} =2 735.6kN，轴力N_{Ehk (大)} =5 236.4kN。

　　 高规第3.11.3条规定，关键构件的正截面承载力应符合下式规定:

　　 式中:S_GE为重力荷载代表值;S^*_Ehk为水平地震作用标准值的构件内力;S^*_Evk为竖向地震作用标准值的构件内力;R_k为截面承载力标准值。

　　 根据式 (1) 分别对自重工况、中震工况、大震工况连接部位进行正截面承载力计算。

　　 根据装配式混凝土规程第8.3.7条计算水平分缝的受剪承载力:

　　 式中:f_y为垂直穿过结合面的钢筋抗拉强度设计值;N与剪力设计值V相应的垂直于结合面的轴向力设计值;A_sd为垂直穿过结合面的抗剪钢筋面积。

　　 计算得出，预制剪力墙与现浇剪力墙之间采用“梅花形”16灌浆套筒连接时无法满足设计要求，因此采取了图7所示的构造连接措施，除竖向分布钢筋采用“梅花形”灌浆套筒连接外，在墙体中部附加32的钢筋，上下墙体采用波纹盲孔连接，提高预制剪力墙与现浇剪力墙连接面的抗剪承载力。经复核，该构造节点能够满足设计要求。

　　 在高层结构中，底部加强区部位是易出现塑性铰的部位，对于一、二、三级的剪力墙结构，通常需要在底部加强区设置约束边缘构件，底部加强区配筋较多且构造复杂，对结构的抗震性能至关重要。因此，根据装配式混凝土规程规定，底部加强区的剪力墙宜采用现浇结构。本项目预制率的要求较高，因此转换层上一层现浇，从4层开始预制，预制构件为预制剪力墙、预制外围护墙、预制叠合楼板、预制阳台板、预制凸窗、预制楼梯板，预制构件平面布置图如图8所示。

　　 经计算，1#楼主楼很难满足40%的预制率要求。因此，1#楼东侧的3层裙房作为1#楼的同一单体，采用预制框架结构来提高单体预制率，预制构件包括预制框架柱、预制叠合楼板、预制外挂墙板、预制楼梯。具体预制率计算数据详见表5。从表5可以看出，1#楼单体的预制率为40.5%，能够满足40%的预制率要求。

　　 根据文献[8]，预制墙板具有与现浇剪力墙相似的承载能力、屈服机制和破坏形态。本工程中预制剪力墙墙身采用“梅花形”钢筋套筒连接，下层的预制构件伸出钢筋的强度等级为HRB400、间距为350mm，满足标准^[9]第5.7.10条规定:当竖向分布钢筋采用“梅花形”部分连接 (图9) 时，连接钢筋的配筋率不应小于现行国家标准《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) 规定的剪力墙竖向分布钢筋最小配筋率要求，连接钢筋的直径不应小于12mm，同侧间距不应大于600mm。

　　 由于本工程单体预制率较高，因此部分暗柱预制，采用双排套筒 (图10) 加强暗柱之间的连接，在开洞两侧无侧向板约束的剪力墙也采用此连接，以抵抗墙体的平面外弯矩。

　　 本项目为转换结构，底部框支层对上部结构的刚度比较敏感，因此，对传统外挂墙板连接节点进行了改进。外围护墙通过预埋螺母加螺杆的方式与现浇段相连，非受力墙的梁纵筋按照锚固长度伸入现浇段;同时内部填充聚苯板，上述措施能有效地减小预制混凝土填充墙对整体结构刚度的影响。上、下层预制非受力墙采用金属波纹盲孔连接，下层的预制构件的伸出钢筋的强度等级为HRB400，直径为20mm，间距不大于1 000mm，伸出构件顶面250mm，上层的预制构件安装时，预埋套筒套入下层钢筋内，待上层结构施工完毕后，对该层墙板套筒进行注浆，灌浆料强度不低于85MPa，直到溢浆孔浆料溢出30s后停止灌浆。

　　 装配式建筑是国家大力推广的一项建筑技术，预制构件在预制工厂生产时，由于制品的形状复杂化、预埋件的多样化，对设计生产有着较高的要求，因此，引入BIM技术能够综合考虑各专业设计内容，在设计前期避免很多施工现场会遇到的问题，提高施工质量，提高产业现代化水平。

　　 二维拆分图中预制叠合板钢筋与现浇部分钢筋的具体位置难以分清，若按传统设计楼板钢筋直接连通，截面尺寸相同的叠合板如果配筋间距相同，可能会导致板底钢筋碰撞。此问题在BIM模型中能够直观反映出来，从而将钢筋错开布置，避免预制构件在施工现场发生碰撞问题，详见图11。

　　 预制构件不宜在成型后任意开洞。深化设计应与总包及其他相关专业紧密配合，设备专业提供详细的点位布置图，总包单位提供模板拉结件的详图，幕墙公司提供外立面的埋件详图。深化设计时，在构件上预留洞口，提前预埋管线，形成精确的PC构件拆分图。如在全预制的阳台 (图12) BIM模型中，预埋地漏、电管线、外立面栏杆预埋件、吊装预埋件等均可在模型中直观体现。

　　 选取左侧山墙下部剪力墙水平拼缝进行中震弹性受剪承载力验算。墙长=2 250mm，墙厚=250mm, N=2 309kN。中震下接缝剪力设计值V_jdE=36.6kN。

　　 根据装配式混凝土规程第8.3.7条，剪力墙水平拼缝的受剪承载力设计值V_ue为:

　　 剪力墙水平拼缝的垂直穿过结合面钢筋抗拉强度设计值f_y取360N/mm²，垂直穿过结合面的抗剪钢筋面积A_sd=2 513mm²，则有:

　　 因此，剪力墙水平拼缝的受剪承载力满足要求。

　　 选取 轴交 (7) 轴处的叠合梁竖向接缝进行验算，梁截面尺寸为250mm×550mm，叠合梁后浇混凝土层截面面积A_c1=37 500mm²，各键槽根部截面面积之和A_k=50 000 mm²，垂直穿过结合面的所有钢筋的截面面积 (包括叠合层内的纵向钢筋) A_sd=763 mm²。预制构件混凝土轴心抗压强度设计值f_c取19.1N/mm²，垂直穿过结合面钢筋抗拉强度设计值f_y取360N/mm²。根据标准^[9]第7.2.2条得:

　　 该梁实际承受的最大剪力为123kN，因此，该梁竖向接缝的受剪承载力满足要求。

　　 目前，深化设计通常滞后于主体结构的施工图设计，由于主体设计时预留的条件不充分，往往会给深化设计及施工过程造成很大的困难。因此，建议主体设计时，要充分考虑到预制构件加工的可行性及施工现场的可操作性。

　　 主体设计时，结构墙肢尽量采用长墙，避免采用短肢剪力墙。在规定的水平力的作用下，尽可能地控制预制剪力墙承担的总剪力。预制构件拆分时，避免出现预制轴压比超过0.3的墙肢，避免将接缝留在受力重要部位。采取结构的安全构造措施时不仅要考虑结构整体的受力情况，同时也要考虑预制构件安装阶段的受力情况，并采取有效的构造措施进行局部加强。

　　 绘制图纸时，主体设计按照规范图集绘制施工图，而深化图纸只绘制构件详图，通用的节点详图并不能全面覆盖所有的预制构件与现浇构件之间的连接方式，因此，主体设计时需要在传统的设计中进一步表达出现浇构件与预制构件的连接节点，以便对深化图纸进行更好的指导，同时使施工现场人员更易读懂图纸。图13为改进后的预制墙体与现浇墙体之间连接的画法。

　　 设备专业设计需要考虑预制构件位置对其管线有无影响，在管线交叉复杂区域，避免在叠合板的现浇层埋置大量线管。在叠合板的现浇层埋置大量线管，一方面会造成楼板的有效高度降低，另一方面会出现现浇层的厚度不够、线管无法预埋、预埋管线后增加了楼板厚度等设计错误问题。

　　 预制剪力墙顶有圈梁及预制外挂墙板有叠合梁时，根据结构施工图往往会预留封闭箍筋，存在该箍筋与预埋吊钩碰撞的问题，现场在吊装过程中极易损坏箍筋或无法吊装。因此，建议在预埋吊钩附近采用开口箍筋，后期现场进行焊接连接。

　　 由于预制叠合板没有限位钢筋，在与现浇梁或预制剪力墙连接时，易出现高低差导致楼板倾斜，且连接部位两侧易出现由于接触面不平整形成的横缝。因此，建议深化设计时在叠合板与墙或梁的连接区域预留10mm用来调节楼板高度，现场用角钢作为角部模板固定以防止漏浆 (图14) 。

　　 (1) 本工程采用部分框支剪力墙结构，从转换层以上2层开始采用预制装配式剪力墙结构，在满足各项抗震性能指标要求的同时，能够满足单体预制率40%的要求。

　　 (2) 在深化设计过程中，引入了三维BIM技术，通过可视化交互输入，避免了施工过程中钢筋、支撑的碰撞等问题。

　　 (3) 装配式框支剪力墙结构在现浇与预制接缝处除考虑地震作用外，更应重视自重作用下的接缝抗剪承载力。

　　 (4) 该结构对上海市第一个装配式部分框支剪力墙结构的转换层进行了深入的计算和分析，结果表明，该结构能够达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。