裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化探析

陳培霞 張梅 王躍興

【摘要】裝配式建筑是由預(yù)制部品部件在工地裝配而成的建筑，因其施工方法綠色環(huán)保，建造速度快，生產(chǎn)成本較低被世界各地廣泛推廣，目前國內(nèi)的裝配式建筑的發(fā)展還比較滯后，很多建筑企業(yè)對(duì)裝配式建筑物的理解還存在一定的誤區(qū)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，抗震功能的設(shè)計(jì)都缺乏經(jīng)驗(yàn)，本文從裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)、問題分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化策略的探析三個(gè)方面進(jìn)行簡要論述。

【關(guān)鍵詞】建筑工程；裝配式建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

（1）機(jī)械化的生產(chǎn)大大減少了人力成本，解放了人工勞動(dòng)力，提高了建房效率。

（2）提高了建筑材料的質(zhì)量，將裝修與建房一起設(shè)計(jì)完成，減少了裝修成本，也可以通過構(gòu)件拆分進(jìn)行適當(dāng)?shù)氖覂?nèi)結(jié)構(gòu)空間調(diào)整，滿足人們的住房需求。

（3）施工過程節(jié)能環(huán)保，適應(yīng)當(dāng)今時(shí)代對(duì)生態(tài)環(huán)境的綠色可持續(xù)要求。

（4）裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程精細(xì)，易實(shí)施性高，通過數(shù)據(jù)可測(cè)控安全系數(shù)，可控住房安全。

（5）可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系，根據(jù)客戶的需求滿足對(duì)室內(nèi)設(shè)計(jì)的獨(dú)特要求，根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)調(diào)整。

2、裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略探析

2.1嚴(yán)格裝配式建筑的設(shè)計(jì)工作流程。

（1）在工程造價(jià)階段，承包商要根據(jù)建筑材料的市場(chǎng)價(jià)格，客戶的室內(nèi)需求構(gòu)造，建筑工程的施工安裝費(fèi)用，構(gòu)件和墻體等的生產(chǎn)價(jià)格，成品運(yùn)輸?shù)膬r(jià)格等進(jìn)行預(yù)測(cè)估算根據(jù)上層管理者商量決定作為自己的投標(biāo)低價(jià)與競(jìng)爭對(duì)手進(jìn)行投標(biāo)競(jìng)爭，這個(gè)階段可以通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行盡可能準(zhǔn)確的成本預(yù)算，在職工程造價(jià)的人員要熟練各種工程造價(jià)軟件的使用，能夠有較強(qiáng)的工程量運(yùn)算技能，清晰的思維邏輯，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，有一定的數(shù)據(jù)資料管理能力。

（2）在設(shè)計(jì)階段，建立標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)體系，實(shí)地調(diào)查地基情況，對(duì)客戶的戶型需求和室內(nèi)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)記錄，通過記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行建筑材料的選擇，設(shè)計(jì)師根據(jù)客戶要求和實(shí)地考察數(shù)據(jù)資料進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程要考慮綠色環(huán)保，防震抗壓。對(duì)設(shè)計(jì)的建筑框架結(jié)構(gòu)，剪力墻設(shè)計(jì)，水平構(gòu)件的預(yù)制，構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)等過程都進(jìn)行詳細(xì)思考規(guī)劃，圖紙作品要合理可實(shí)施，用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。

（3）在生產(chǎn)階段，對(duì)設(shè)計(jì)師的圖紙進(jìn)行智能模擬后，得到客戶的認(rèn)可，即可開始生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中采用BIM云技術(shù)生產(chǎn)廠商就不需要對(duì)設(shè)計(jì)師的作品進(jìn)行精準(zhǔn)分析，就能將誤差縮小到最低，并生產(chǎn)出質(zhì)量較高的產(chǎn)品。使用BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)人員就能夠?qū)⒏鞣N預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)規(guī)格信息在BIM模型上與廠家共享，通過機(jī)器掃描二維碼或條形碼讀取相應(yīng)的構(gòu)件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的具體參數(shù)信息。實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)化生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中要嚴(yán)禁偷工減料。對(duì)技術(shù)人員的職業(yè)素養(yǎng)嚴(yán)格要求，操作過程要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真。對(duì)于墻面和節(jié)點(diǎn)的生產(chǎn)過程要嚴(yán)格重視，對(duì)構(gòu)件批量生產(chǎn)進(jìn)行id編號(hào)，便于之后的施工安裝。構(gòu)件的設(shè)計(jì)也是是整個(gè)工程的重點(diǎn)，它關(guān)聯(lián)著整個(gè)建筑的安全系數(shù)。盡量采用整體式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)澆灌，提高安全質(zhì)量。構(gòu)件的生產(chǎn)過程要考慮拆分和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等重要因素。保證生產(chǎn)的質(zhì)量和精準(zhǔn)度。

（4）在安裝施工階段，盡量用大型機(jī)器進(jìn)行協(xié)助工作，大大提高建筑施工效率，對(duì)于建筑的空間結(jié)構(gòu)也可以通過客戶的要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，對(duì)于樓梯，走道的安裝過程要規(guī)范，注意各種構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)連接，根據(jù)客戶的需求，地形的考察，根據(jù)企業(yè)設(shè)計(jì)的獨(dú)特方式會(huì)有不同的構(gòu)件設(shè)計(jì)，特別注意其節(jié)點(diǎn)的連接一定要精細(xì)，保證建筑的安全指數(shù)。在安裝階段也要注意電梯，下水管道的修建設(shè)計(jì)要安全合理。為了完成配裝式建筑工程的高效率任務(wù)在安裝實(shí)施過程前，可以通過機(jī)械設(shè)備對(duì)安裝的過程進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)安裝過程中的問題，避免實(shí)際裝配過程出現(xiàn)的誤差，減少因誤差造成的成本增加和資源浪費(fèi)。

（5）在后期的維修階段，采用BIM技術(shù)，可以對(duì)整個(gè)裝配式建筑的設(shè)計(jì)都有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)記載和性能了解，發(fā)生漏水，火災(zāi)之類的情況維修工人就能根據(jù)BIM信息管理系統(tǒng)對(duì)建筑內(nèi)的受災(zāi)位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，進(jìn)行及時(shí)處理，在維修時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)管理庫中的數(shù)據(jù)提取相應(yīng)的所需構(gòu)件信息提供給廠家，使其進(jìn)行快速再造工作，重新安裝配制即可完成后期的維修工作。在拆裝完的廢棄材料中，可以根據(jù)BIM信息管理庫找到受損材料的具體數(shù)據(jù)信息，發(fā)送到廠家即可進(jìn)行二次回收加工，實(shí)現(xiàn)資源再利用，提高資源的節(jié)約利用率。在維修過程中使用BIM技術(shù)，還有一大特色優(yōu)勢(shì)，可以通過數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行責(zé)任歸屬，一旦發(fā)生后期的安全問題，就可進(jìn)行安全責(zé)任的準(zhǔn)確定位。

2.2防震安全策略的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）采用預(yù)制結(jié)構(gòu)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)連接，能夠使得裝配時(shí)建筑抗震性能高于現(xiàn)澆。

（2）采用電梯防震感應(yīng)進(jìn)行防震控制：電梯設(shè)有防震感應(yīng)系統(tǒng)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到先行到達(dá)的地震縱波時(shí)，電梯防震感應(yīng)系統(tǒng)就會(huì)即刻啟動(dòng)，使正在行駛的轎廂將停在就近的樓層，并開門停止運(yùn)行。

（3）設(shè)置門框變形空間，當(dāng)?shù)卣鹗归T框變形，人也可以逃離出去。

（4）高層建筑盡量采用框架結(jié)構(gòu)代替剪力墻，在樓層的設(shè)計(jì)中加入減震柱的使用。

2.3采用BIM技術(shù)對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行科學(xué)化標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）在預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)階段，要減少預(yù)制構(gòu)件的類型，在有效降低施工工程造價(jià)的同時(shí)，符合構(gòu)件設(shè)計(jì)精準(zhǔn)化，數(shù)?；脑O(shè)計(jì)原則，在墻面的構(gòu)件設(shè)計(jì)中注意保溫板的設(shè)計(jì)，一般盡量設(shè)計(jì)在室內(nèi)，在樓板的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行線區(qū)設(shè)計(jì)，一般采用以色彩id標(biāo)志進(jìn)行線區(qū)區(qū)分，在衛(wèi)生間的構(gòu)件中設(shè)計(jì)排水管的隔音處理等。采用BIM技術(shù)對(duì)預(yù)制梁構(gòu)件預(yù)留的機(jī)電穿線洞口的尺寸大?。活A(yù)制墻構(gòu)件的鋼筋構(gòu)架的內(nèi)徑，鋼筋之間的距離，截面尺寸；預(yù)制樓梯構(gòu)件的設(shè)計(jì)角度，預(yù)制門構(gòu)件的大小，預(yù)制衛(wèi)生間構(gòu)件的排水管設(shè)計(jì)等參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的規(guī)格設(shè)計(jì)，優(yōu)化構(gòu)件整體性能，提高構(gòu)件設(shè)計(jì)的安全性能。

（2）預(yù)制構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)階段，構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要考慮建筑的物理性能，滿足綠色節(jié)能，防水耐熱的精準(zhǔn)要求。預(yù)制構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還需要對(duì)實(shí)地的氣候特點(diǎn)，地質(zhì)特點(diǎn)等進(jìn)行研究統(tǒng)計(jì)，采用BIM技術(shù)，按照國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010構(gòu)件的相應(yīng)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)最優(yōu)的寬度接縫。通過BIM技術(shù)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)接縫的預(yù)設(shè)模擬，通過5D動(dòng)畫視圖準(zhǔn)確分析預(yù)測(cè)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的安全性，通過BIM模型技術(shù)的碰撞檢測(cè)特性檢測(cè)預(yù)制構(gòu)件之間的安裝配制沖突，縮小設(shè)計(jì)誤差，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確定位設(shè)計(jì)，盡最大能力實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約，成本最優(yōu)的設(shè)計(jì)目的。

結(jié)語：

總而言之，為了改善民生，滿足人民安全住房需求，房屋建筑工程需要不斷的迎接挑戰(zhàn)，敢于創(chuàng)新，用新思想開拓新思路，用新技術(shù)打開新市場(chǎng)，優(yōu)化裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，積極應(yīng)對(duì)配裝式建筑發(fā)展緩慢的現(xiàn)狀，加強(qiáng)各個(gè)流程的管理，降低施工運(yùn)費(fèi)成本，健全部件產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，提高工程質(zhì)量，讓配裝式建筑產(chǎn)業(yè)越趨結(jié)構(gòu)化，經(jīng)濟(jì)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉道華.淺談裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].江西建材，2016 （16）.

[2]賈金城.裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2017（03）.

作者簡介：

陳培霞，山東大衛(wèi)國際建筑設(shè)計(jì)有限公司；

張梅，山東大衛(wèi)國際建筑設(shè)計(jì)有限公司；

王躍興，山東大衛(wèi)國際建筑設(shè)計(jì)有限公司。