預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計(jì)

(太原王孝雄建筑設(shè)計(jì)院（有限公司）， 山西 太原 030012)

0 引言

我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，在建筑領(lǐng)域也有了新的進(jìn)展和突破。顯然，傳統(tǒng)的建筑模式已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，所以，建筑領(lǐng)域要注重預(yù)制裝配式建筑體系的發(fā)展。但是普遍來看，人們對(duì)裝配式建筑并沒有十分清楚的認(rèn)識(shí)，其發(fā)展還存在一定的局限和障礙。所以，對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行深入探究十分有必要，以促進(jìn)我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展進(jìn)步。

1 關(guān)于預(yù)制裝配式建筑的概念

首先我們從概念入手開始探究。裝配式建筑是一種新型的建筑形式，建筑過程所需要的主要部件都是在工廠生產(chǎn)加工好的，在施工現(xiàn)場(chǎng)只需要利用恰當(dāng)?shù)倪B接方法將所需部件連接起來就可以了。一般來講，有三種應(yīng)用比較廣泛的預(yù)制裝配式建筑。第一種是預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)主要由預(yù)制的混凝土部件構(gòu)成。其整個(gè)工作過程分為三步，第一步是工廠的預(yù)制生產(chǎn)，第二步進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工安裝，最后進(jìn)行混凝土的澆筑。第二種是裝配式鋼結(jié)構(gòu)。這一部分主要應(yīng)用鋼制的梁和柱進(jìn)行裝配。第三種是預(yù)制集裝箱式房屋。在這一部分中，集裝箱作為基本單元，先完成工廠內(nèi)的流水加工生產(chǎn)，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝。與其他兩種結(jié)構(gòu)的工作方式相比，這種方式在拼接時(shí)具有多樣性，處理比較靈活。最后進(jìn)行內(nèi)部的整修，可以賦予建筑結(jié)構(gòu)各種不同的特色。

2 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展

2.1 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的主要來源

在我國，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展時(shí)間比較短，在這一領(lǐng)域的研究還十分有限，其被重視程度也不夠高。在2013年頒布的《綠色建筑行動(dòng)方案》中，國家對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)的有效化管理提出了明確的要求，鼓勵(lì)建筑企業(yè)單位逐步推進(jìn)裝配式建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。另外，國家提倡改革創(chuàng)新，不斷更新土木工程建設(shè)方面的技術(shù)。與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)相比，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)有明顯的優(yōu)點(diǎn)。先工廠生產(chǎn)再現(xiàn)場(chǎng)組裝的方式省略了傳統(tǒng)施工中繁瑣多樣的施工步驟，也減少了施工材料的浪費(fèi)，在縮短了工期的同時(shí)不影響建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，是一種對(duì)環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約十分有益的施工方式。

2.2 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際使用

最早使用預(yù)制裝配式建筑是在上個(gè)世紀(jì)八十年代，在大板建造方面的應(yīng)用是主要方向。但是，由于當(dāng)時(shí)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的制約，這種建筑結(jié)構(gòu)并沒有得到推廣，其發(fā)展十分緩慢。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，我國經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新的跨越，裝配式建筑結(jié)構(gòu)逐漸走進(jìn)更多人的視野。就國內(nèi)情況而言，該建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用較廣的地區(qū)有北京上海等。上海的城建置業(yè)發(fā)展公司最先應(yīng)用裝配式建筑中的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了浦江大型居住區(qū)的建造。

2.3 預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系特征

根據(jù)裝配化程度的特點(diǎn)，我們可以將裝配式建筑混凝土結(jié)構(gòu)劃分為兩類，一類是全裝配式，另一類是部分裝配式。混凝土結(jié)構(gòu)的剛性程度受到裝配化程度的直接影響，混凝土結(jié)構(gòu)的剛性與所用受力剛件以及節(jié)點(diǎn)的剛度有著密切聯(lián)系。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的特征，我們可以把混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接分為三類：干式連接的鉸接、濕式連接的剛性連接以及柔性體連接。各類連接方式都有各自的特點(diǎn)。干式連接的節(jié)點(diǎn)是沒有轉(zhuǎn)動(dòng)性能的，主要應(yīng)用在低層建筑中，其抗震性和抗風(fēng)壓性能比較差；濕式連接的剛性節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)性能與混凝土的框架結(jié)構(gòu)相似，具有轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，可以用于高層建筑的建筑結(jié)構(gòu)中。另外柔性連接點(diǎn)也有較好的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。從上述內(nèi)容可以看出，不同的節(jié)點(diǎn)形式有著不同的特點(diǎn)，其適用領(lǐng)域也有所不同。所以，在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，要根據(jù)實(shí)際進(jìn)行選擇。對(duì)于有抗震或者抗壓要求的建筑一定要選擇合適的節(jié)點(diǎn)形式，以保證建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

3 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)總方向

預(yù)制裝配式建筑作為當(dāng)前建筑發(fā)展的重要前景，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)有眾多需要注意的地方。根據(jù)不同地區(qū)抗震要求的不同，以及節(jié)能要求上的不同，我們需要設(shè)計(jì)開發(fā)更具適應(yīng)性的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)。同時(shí)還要注意預(yù)制效率的提升和預(yù)制質(zhì)量的保障。所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該按照從簡單到復(fù)雜、從低級(jí)到高級(jí)的設(shè)計(jì)發(fā)展思路，一步一步推動(dòng)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展。要充分掌握各預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)與不足，全面提升施工技術(shù)，改變傳統(tǒng)的勞動(dòng)力投入大，工作周期長的建造形式。另外在不斷完善設(shè)計(jì)思想的同時(shí)，逐步實(shí)現(xiàn)各個(gè)構(gòu)件的自動(dòng)化生產(chǎn)。在這個(gè)過程中，要注意預(yù)制裝配式建筑的設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)有更高的技術(shù)和設(shè)計(jì)要求，所以相關(guān)設(shè)計(jì)人員一定要充分了解和應(yīng)用力學(xué)知識(shí)，熟悉各個(gè)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新的同時(shí)，多多關(guān)注本行業(yè)的最新動(dòng)態(tài)，以及可以嘗試投入使用新興建造技術(shù)，不斷提升預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性能，不斷推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展。

3.2 預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)

框架結(jié)構(gòu)在施工建設(shè)中應(yīng)用比較廣泛，它具有使用簡單，質(zhì)量輕便，方便運(yùn)輸?shù)忍卣?，在高層建筑中的?yīng)用獲得了比較廣泛的認(rèn)可。該結(jié)構(gòu)滿足當(dāng)前施工建設(shè)的發(fā)展方向。在該結(jié)構(gòu)的組裝中，預(yù)制疊合板以及疊合梁是非常關(guān)鍵的。其部件的生產(chǎn)在工廠直接完成，然后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行澆筑和焊接等工作。出于施工質(zhì)量的考慮，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要考慮下面幾個(gè)問題。首先，整個(gè)結(jié)構(gòu)組成要規(guī)則平整，起支撐作用的部分要有足夠的強(qiáng)度和韌性，在使用過程中其承載力要足夠。另外要保證各個(gè)梁柱結(jié)構(gòu)軸線的平行。其次，是進(jìn)行梁與柱之間剛接點(diǎn)交接部位的處理，所建框架要平整穩(wěn)定，具有足夠的剛性要求，所用混凝土的強(qiáng)度要滿足大于C30。此外，由于建筑所處的環(huán)境以及承載力需求的不同，在進(jìn)行內(nèi)部構(gòu)件的焊接時(shí)要采取合理的方式。對(duì)于彎矩或者扭矩以及承擔(dān)剪力等作用，在設(shè)計(jì)時(shí)要分開計(jì)算，以保證構(gòu)件的合理選擇。

3.3 預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)

板結(jié)構(gòu)、梁結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)是預(yù)制裝配剪力墻結(jié)構(gòu)的主要部分。剪力墻結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)涉及到混凝土構(gòu)件組成，疊合板、預(yù)制墻板等。在進(jìn)行預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況和需要在全預(yù)制和半預(yù)制之間做出選擇。為了保證建筑結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從下面幾個(gè)方面入手。如果是橫墻結(jié)構(gòu)，那么要根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)部件的需要以及墻體側(cè)向力的計(jì)算結(jié)果選擇合適的預(yù)制承重墻板或者輕墻面板；其次，在進(jìn)行豎向的抗側(cè)力設(shè)計(jì)中，要注意把豎向承重鋼筋注漿錨桿和連接口接通在一起；此外，還要兩個(gè)方向的動(dòng)態(tài)特性應(yīng)該盡量接近平面化；最后還要注意在連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中保證機(jī)械完整連續(xù)。

4 結(jié)語

總而言之，在我國經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的時(shí)代背景下，我國的預(yù)制裝配式建筑有很好的發(fā)展機(jī)會(huì)和前景。作為當(dāng)前建筑行業(yè)發(fā)展的主要方向之一，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)應(yīng)該針對(duì)當(dāng)前的不足進(jìn)行修正，針對(duì)當(dāng)前的需求進(jìn)行完善，并積極關(guān)注該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展新方向。在設(shè)計(jì)過程中要注重建設(shè)施工的總體效益，即要有利于產(chǎn)業(yè)進(jìn)步又要符合當(dāng)前的綠色發(fā)展主體。鼓勵(lì)更多的建設(shè)單位運(yùn)用預(yù)制裝配式建筑，使得建筑行業(yè)獲得更加長遠(yuǎn)健康的發(fā)展。

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