0 引言

据统计，截至2019年底，我国建筑业从业人数达5427.37万人，全国建筑业从业人数超过百万的地区共15个。江苏、浙江依然是从业人数大省，分别达801.26万人和602.27万人（见图1）。由此可见，当前我国建筑业仍是以劳动密集型和现浇建造方式为主的传统产业。随着我国人口年龄结构变化，适龄劳动人口逐年减少，人口红利逐年衰减，同时传统建造方式提供的建筑产品已不能满足人们对高品质建筑产品的美好需求，粗放式发展模式已不适应我国进入高质量发展阶段的时代要求，因此我国近年来大力推行装配式建筑。

装配式建筑是指结构、外围护、设备与管线、内装等系统的主要部分采用预制部品部件集成的建筑。装配式建筑主要分为3种结构形式：装配式混凝土结构、装配式钢结构和装配式木结构。与传统建造方式相比，装配式建筑具有生产效率与建筑质量高、节约资源、减少能耗、清洁生产、噪声污染小等优点。

为支持装配式建筑发展，自2016年以来，政府陆续出台多项文件。2016年2月，中共中央国务院发布《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》指出，力争在10年左右，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%;2016年3月，国务院常务会议提出要大力发展钢结构和装配式建筑；2016年9月，国务院办公厅印发《关于大力发展装配式建筑的指导意见》指出，将以京津翼、长三角、珠三角城市群为重点，加快提高装配式建筑占新建建筑面积的比例；2017年3月，住房和城乡建设部印发《“十三五”装配式建筑行动方案》中明确“十三五”期间的“工作目标、重点任务、保障措施”，为我国装配式建筑的发展指明方向。

目前，我国积极推进装配式建筑发展，并逐步完善相关政策，但装配式建筑仍面临技术体系不完善、装配式结构基础性研究不足、标准规范支撑不够等问题，其中装配整体式混凝土框架结构作为装配式混凝土两大结构体系之一，也是目前国内外研究和应用最多的工业化建筑体系之一。在实际工程应用中，设计、生产、施工严重脱节，节点设计不合理，预制梁柱吊装困难，甚至无法吊装的情况时有发生。对于框架梁柱节点，合理的梁柱截面是基础，其不仅决定结构安全性，而且影响施工效率，故而如何合理设计梁柱截面是亟待解决的重点问题。本文从预制框架柱截面、预制框架梁、梁四肢箍影响等方面，提出装配整体式框架结构梁柱截面优化设计方法，以期为装配整体式框架结构设计提供合理可行的思路。

GB/T 51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》第5.6.3条指出，预制柱的设计应满足现行国家标准GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》（2015年版）的要求，且矩形柱截面边长不宜小于400mm。然而小截面预制柱一方面无法为预制梁纵向钢筋提供足够的水平锚固长度；另一方面柱核心区偏小不利于预制梁现场吊装及后期混凝土浇筑振捣工作，进而影响施工进度，甚至危及结构安全性。但盲目追求大截面预制柱不仅造成资源浪费，并且过重的预制柱不利于现场吊装，因此如何从装配式建筑的角度对预制柱截面进行优化设计至关重要。

对于装配整体式框架结构，预制框架梁在节点区通常采用弯折锚固，如图2所示。由于预制柱纵筋采用灌浆套筒连接，预制柱纵筋距柱边缘距离大于传统现浇柱，导致小截面预制柱无法满足预制梁底纵筋锚固空间要求，故而预制框架柱截面在设计时应为预制框架梁底纵筋提供足够的水平段锚固长度，即预制柱宽下限值应满足式（1）和式（2）。

式中，I为预制柱宽；L_abE为抗震设计时受拉钢

筋基本锚固长度；d为预制柱纵筋中心距柱边缘距离；c为钢筋保护层厚度；d₀为预制柱纵筋配套全灌浆套筒外径；d₁为预制柱纵筋直径；d₂为预制柱箍筋直径。式（1）和式（2）为预制柱截面设计提供了下限值设计依据，在满足《装配式混凝土建筑技术标准》“不小于400mm”的前提下，还宜不小于式（1）和式（2）所得下限值，以保证预制柱截面能为预制梁底筋提供足够的锚固空间。

相较于现浇框架结构，装配整体式框架结构预制柱采用灌浆套筒实现上下柱连接，由于灌浆套筒的存在，预制框架结构梁柱核心锚固区截面面积小于现浇框架结构梁柱核心锚固区截面面积，例如500mm×500mm截面框架柱，钢筋保护层厚度20mm，框架柱角部纵向钢筋为φ25，预制柱纵筋配套全灌浆套筒外径58mm，箍筋直径10mm，如图3所示，现浇框架结构梁柱核心锚固区截面边长为：500-20×2-10×2-25×2=390mm。预制框架结构梁柱核心锚固区截面边长为：500-20×2-10×2-25-58=357mm，如图4所示。

由此可见，预制框架柱所能提供的核心锚固区边长为357mm。对于装配整体式框架结构，考虑到预制构件制作与现场吊装误差、带肋钢筋外径大于其计算直径等因素，节点区同方向预制梁钢筋之间、预制梁钢筋与预制柱钢筋之间在节点设计之初应预留足够的净距（≥10mm），以保证现场吊装便捷性，故而预制框架梁截面的选取应能充分利用预制框架柱所能提供的核心锚固区，即预制梁截面宽度应与预制柱核心锚固区边长一致，对于500mm×500mm预制框架柱，梁截面宽度采用350mm最合适，如图5所示（钢筋净距为10mm）。

装配整体式框架结构梁柱节点设计时，为便于节点区梁柱钢筋锚固而盲目增大梁柱截面不合理，应综合考虑预制梁柱截面之间的关系，充分利用预制框架结构梁柱节点核心锚固区，为节点区钢筋锚固创造最优条件，即满足式（3）要求。

式中，b为预制梁宽；I为预制柱宽；c为钢筋保护层厚度；d₂为预制柱箍筋直径；d₁为预制柱纵筋直径；d₀为预制柱纵筋配套全灌浆套筒外径。

预制梁截面宽度的选取不仅应充分利用预制框架结构梁柱节点核心锚固区，预制梁箍筋肢数对梁宽的影响也不容忽视，盲目采用四肢箍将给现场施工带来不便，甚至无法正常施工，如图6,7所示。相较于两肢箍预制梁，由于梁宽不足导致外侧箍筋弯钩平直段同内侧箍筋净距偏小，甚至存在重叠，给预制梁上部纵筋在后期绑扎工作带来不便，严重影响施工工期，甚至危及结构安全。

《混凝土结构设计规范》第9.2.9条指出：当梁宽大于400mm且同一层内纵向钢筋多于3根时，应设置复合箍筋；同时依据国家标准设计图集16G101-1中箍筋及拉筋弯钩构造要求：抗震条件下，箍筋及拉筋弯钩平直段长度为10d和75mm中较大值，考虑到预制梁现浇层纵向钢筋的后期绑扎工作，外侧箍筋弯钩平直段与内侧箍筋净距、内侧箍筋弯钩平直段净距不应小于30mm（梁上部纵筋直径为25mm），如图8所示，在抗震条件下，预制框架梁采用四肢箍时，为保证现浇层梁上部钢筋绑扎便捷性，预制梁宽不宜小于520mm，与此同时为满足《混凝土结构设计规范》第11.3.8条规定“梁箍筋加密区长度的箍筋肢距：二、三级抗震等级，不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值”，四肢箍预制框架梁宽不应大于550mm。由此可知，在保证结构安全性前提下，兼顾施工现场现浇层钢筋绑扎工作的便捷性，四肢箍预制框架梁宽最佳取值范围为520mm≤b≤550mm,400～520mm范围的预制梁宽由于未预留足够的钢筋绑扎操作空间，给预制梁现浇层上部钢筋绑扎工作带来极大不便，严重影响工期。

梁柱节点作为装配整体式框架结构核心部位，从生产、施工的角度出发，在保证结构安全性的前提下合理设计梁柱节点既是重点也是难点，其中梁柱截面设计作为节点设计的基础，合理的梁柱截面选取是优秀节点设计的关键。本文从预制框架柱截面设计、预制框架梁截面设计、梁四肢箍影响等方面出发，提出装配式框架结构梁柱截面优化设计方法，该方法可在满足结构安全性的前提下，方便预制构件生产，提高现场施工吊装效率，为装配式设计人员提供新的设计思路，有利于装配整体式框架结构的推广应用。主要结论如下。

1）提出预制柱截面柱宽下限值，为预制柱截面提供设计依据。

2）预制梁宽应充分利用预制柱所提供核心锚固区，为节点区钢筋锚固创造最优条件。

3）在装配整体式框架结构中，对于有抗震需求的框架梁，在满足箍筋肢距的前提下，若采用四肢箍，为方便现场施工，梁截面宜在520mm≤b≤550mm范围内取值，对于无抗震需求的次梁宜优先采用两肢箍。