預(yù)制裝配式建筑的發(fā)展前景及結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

劉翔青 （合肥工大工程試驗檢測有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230009）

0 前言

進(jìn)入新世紀(jì)以來，國內(nèi)的建筑行業(yè)進(jìn)入了一個快速發(fā)展的時期，并帶動一系列附屬相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。裝配式建筑因為設(shè)計安裝簡便，廣受建筑行業(yè)青睞。但是就目前發(fā)展情況而言，因為處于初期發(fā)展階段，所以在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計上仍然存在很多問題，限制了裝配式建筑發(fā)揮優(yōu)勢。因此，對預(yù)制裝配式建筑的發(fā)展前景及結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析有鮮明現(xiàn)實意義。

1 裝配式建筑在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r與發(fā)展前景

1.1 國外發(fā)展?fàn)顩r

自上個世紀(jì)七十年代起，裝配式建筑發(fā)展逐漸成型，并且美國提出了《國家工業(yè)化住宅建造及安全法案》，此法案中不僅定義了裝配式建筑基本內(nèi)容，而且提出了一整套裝配式建筑建造標(biāo)準(zhǔn)以及流程，雖然經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，但是其中還有很多凈標(biāo)仍然被應(yīng)用到當(dāng)下的建筑活動當(dāng)中。

就美國裝配式建設(shè)發(fā)展情況而言，在經(jīng)過初期發(fā)展階段之后，當(dāng)代裝配式建筑不僅僅質(zhì)量過關(guān)，而且美學(xué)特征的表現(xiàn)也十分明顯，并且對于建筑主體舒適度的體現(xiàn)更加直接。進(jìn)入到二十一世紀(jì)之后，裝配式建筑的發(fā)展更加迅速，無論是相關(guān)建筑產(chǎn)業(yè)，還是建設(shè)規(guī)模都已經(jīng)發(fā)生了巨大改變。根據(jù)不完全統(tǒng)計，迄今為止，美國裝配式建筑住宅數(shù)量已經(jīng)超過經(jīng)1000萬套，基本占據(jù)了美國總住宅的7%左右。除此之外，該國家裝配式建筑市場發(fā)展?fàn)顟B(tài)良好，并且已經(jīng)成型，任何裝配建筑構(gòu)件都會以商品的形式進(jìn)行出售，建造者只需要結(jié)合圖紙信息到市場中進(jìn)行購買即可，然后在施工場地直接進(jìn)行組裝，無論是施工周期還是施工污染都可以降到最低。

1.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r

我國裝配式建筑的發(fā)展歷史可以追溯到上個世紀(jì)，最早出現(xiàn)在七十年代，但是經(jīng)過短暫的發(fā)展之后，裝配式建筑迅速走向消亡。造成此種現(xiàn)狀的原因在于，該類型建筑在我國唐山大地震中沒有表現(xiàn)出良好的抗震性能，因此在我國市場中，一直對裝配式建筑存在抵觸。在相同的建設(shè)條件下，即使裝配式建筑省時省力，建筑者也不會選擇此種方法進(jìn)行建設(shè)。經(jīng)過三十幾年的沉淀，我國裝配式建筑發(fā)展得到了緩和，開始陸續(xù)的出現(xiàn)在人們的視野當(dāng)中，雖然經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展斷層，導(dǎo)致技術(shù)、人才等方面發(fā)展相比于外國而言比較落后，但是隨著裝配式建筑建設(shè)數(shù)量提升，以及政府扶持力度的加大，可以說該類型建筑發(fā)展未來可期。

1.3 裝配式建筑發(fā)展前景

現(xiàn)如今，全國的大多數(shù)省市都建立了裝配式建筑的地區(qū)性指導(dǎo)意見和相關(guān)的獎罰措施，不少地方更是提出了發(fā)展裝配式建筑的具體建設(shè)目標(biāo)。例如上海市規(guī)定，如果建筑面積滿足規(guī)定需求，并且預(yù)制裝配比滿足了最低要求，可以每平方米給予60元到100元不等的獎勵，單個項目最高補貼1000萬元，另外對自愿實施裝配式建筑的項目給予不超過3%的容積率獎勵。通過上述激勵性政策，極大的調(diào)動了裝配式建筑在上海的發(fā)展[1]。北京市明文規(guī)定納入保障性住房年度建設(shè)計劃的項目，全面推行裝配式裝修成品房交房。

就上述分析結(jié)果而言，我國預(yù)制裝配式建筑發(fā)展情況良好，無論是工業(yè)生產(chǎn)，構(gòu)件設(shè)計又或是運輸與安裝水平都在不斷提升，這其中即借鑒了國外先進(jìn)技術(shù)也立足于我國建筑特征進(jìn)行了改造，雖然起步時間較短，但是發(fā)展?fàn)顟B(tài)良好。作為我國現(xiàn)階段大力扶持的一項建筑技術(shù)，此類技術(shù)不僅可以滿足居民的大規(guī)模住房需求，還可以提升建筑建設(shè)水平?？梢灶A(yù)見，在將來此類建筑必將會廣泛應(yīng)用到建筑工程當(dāng)中。

2 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

2.1 框架結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計要點

就目前裝配式建筑發(fā)展情況而言，框架結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用較為廣泛的一種結(jié)構(gòu)體系，因為此類結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量要小于剪力墻結(jié)構(gòu)，所以無論是配件的制作、運輸又或者是安裝都更加便捷。并且隨著建筑技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，此類結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)可以被應(yīng)用到高層建筑設(shè)計當(dāng)中，目前國內(nèi)高層建筑對此類結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用情況較為良好。

立足于框架結(jié)構(gòu)本身內(nèi)容而言，最為主要的兩個構(gòu)件便是疊合梁以及疊合板，通常情況下會在車間生產(chǎn)，完成之后在運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行安裝。結(jié)合國內(nèi)外裝配式建筑設(shè)計安裝案例，框架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點可以分為以下幾個方面：①預(yù)制的結(jié)構(gòu)質(zhì)量需要良好，這樣才能保證結(jié)構(gòu)設(shè)計安裝之后平面規(guī)則。無論是縱向框架中的支撐柱，還是橫向框架中的支撐柱都需要一一對應(yīng)，并且中心點需要位于一條直線；②框架節(jié)點全部為剛節(jié)點，預(yù)制的混凝土構(gòu)建強度需要大于C30；③各個連接部位通常采用焊接方法，在開始之前需要分析兩個部分的材質(zhì)，合理選擇焊條以及焊接溫度，保證焊接質(zhì)量[2]；④對于目前的裝配式建筑而言，預(yù)埋件是整體結(jié)構(gòu)體系中一個重要組成部分，其存在的基本意義在于傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)受力，因為不同位置結(jié)構(gòu)受力情況也會不同，因此在預(yù)埋件的設(shè)計中，需要合理計算各個部位的彎矩、剪力以及軸力等。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計要點

在剪力墻的設(shè)計過程中，首先需要了解整體結(jié)構(gòu)受力情況，其中主要受力部位有墻、梁、板。這些部位全部為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，在實際建設(shè)過程中，通常情況下應(yīng)用現(xiàn)場澆筑與綁扎方法進(jìn)行連接。如果按照建筑形式進(jìn)行劃分，可以將其分為全預(yù)制、半預(yù)制兩種結(jié)構(gòu)體系。此類結(jié)構(gòu)體系在應(yīng)用過程中需要滿足國家規(guī)定的抗震標(biāo)準(zhǔn)（GB50011-2010）以及混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（JGJ3-2010）。除此之外，施工建設(shè)中還需要注意以下幾方面內(nèi)容。

①主體結(jié)構(gòu)設(shè)計形狀需要與方案內(nèi)容一樣，并且結(jié)構(gòu)縱橫方向所具有的動力特性需要相似。②橫墻布置過程中，應(yīng)該在縱橫向端部山墻、內(nèi)墻位置事先布置好承重墻板。需要注意，內(nèi)墻承重板提前計算應(yīng)力大小，以免影響工程質(zhì)量。③結(jié)構(gòu)縱向墻體設(shè)計中，應(yīng)該結(jié)合應(yīng)力計算結(jié)果進(jìn)行綜合分析與考慮。④豎向的抗側(cè)力構(gòu)件需要采用現(xiàn)場澆筑連接帶的方式進(jìn)行處理，并且需要應(yīng)用鋼筋進(jìn)行連接。為保證結(jié)構(gòu)整體抗震質(zhì)量，要求進(jìn)一步明確各個構(gòu)件之間的連接應(yīng)力，通過反復(fù)的計算確定最優(yōu)應(yīng)力結(jié)果，以此保證結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力傳導(dǎo)流暢，進(jìn)而提升主體穩(wěn)定性。⑤各個構(gòu)件之間的連接設(shè)計，需要滿足規(guī)定的設(shè)計需求。如果建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足某種等級的抗震需求，構(gòu)件連接設(shè)計還應(yīng)該滿足相應(yīng)的抗震設(shè)計要求。各個構(gòu)件在應(yīng)用鋼筋進(jìn)行捆綁連接之后所具有的強度與直徑，不能小于沒有應(yīng)用鋼筋連接時的強度與直徑。⑥應(yīng)用到的各類預(yù)制構(gòu)件應(yīng)該采用分塊設(shè)計進(jìn)行，并且需要合理考慮到建筑整體類型，結(jié)構(gòu)特點，建筑房間的具體開間大小、進(jìn)深，以及構(gòu)件起吊位置和拼接位置等多種因素。應(yīng)用到的墻板高度，可以以一層樓高或者是二倍樓高為基礎(chǔ)進(jìn)行劃分。豎向接縫位置要避開暗柱位置，盡量減少構(gòu)件類型及型號[3]。⑦預(yù)制構(gòu)件配筋設(shè)計除應(yīng)滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）的相關(guān)規(guī)定外，尚應(yīng)進(jìn)行施工階段的受力及變形驗算。⑧房屋的頂層、開大洞或平面復(fù)雜樓層、作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端部位的地下室頂板均應(yīng)采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu),以此保證建筑主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使用之后不會影響到居住者人身安全。

3 結(jié)語

總而言之，與傳統(tǒng)澆筑式建筑相比，裝配式建筑有著獨特的優(yōu)勢與特點，雖然目前我國此類建筑處于初期發(fā)展階段，但是隨著政府扶持力度的加大，以及人們思想意識的轉(zhuǎn)變，該類型建筑必將成為主流建筑形式。其結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該從框架結(jié)構(gòu)以及剪力墻等基礎(chǔ)角度進(jìn)行綜合考慮，這樣才能保證裝配式建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全。