關(guān)于預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計(jì)

【摘要】針對(duì)現(xiàn)階段應(yīng)用日益廣泛的預(yù)制裝配式建筑，在介紹其結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上，對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入分析，明確設(shè)計(jì)中需要注意的要點(diǎn)，以此為實(shí)際的工程設(shè)計(jì)工作提供參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】預(yù)制裝配式建筑;結(jié)構(gòu)體系;設(shè)計(jì)

綠色、低碳、環(huán)保、節(jié)能和生態(tài)等一系列新理念的提出對(duì)我國(guó)建筑事業(yè)帶來(lái)了很大的影響，使建筑向工業(yè)化的方向快速發(fā)展，其重要表現(xiàn)形式即預(yù)制裝配式建筑，它從根本上打破不同專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)與施工都各自為戰(zhàn)的落后局面，使建筑產(chǎn)業(yè)達(dá)到高度協(xié)同。

1、預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系

1.1概述

七十年代開(kāi)始使用的裝配式建筑，其結(jié)構(gòu)以大板式為主，主要試用以下幾種預(yù)制構(gòu)件：槽型板、圓孔板及屋面板。因在受力分析、連接等很多方面都存在一些問(wèn)題，使結(jié)構(gòu)可能存在缺陷，所以在之后被逐步淘汰。

目前在民用建筑當(dāng)中，可使用很多不同的預(yù)制結(jié)構(gòu)。伴隨經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，以及對(duì)環(huán)境保護(hù)與節(jié)能減排的不斷重視，此類(lèi)結(jié)構(gòu)開(kāi)始成為城市建設(shè)主要趨勢(shì)之一。由于受到成本的影響與限制，使很多開(kāi)發(fā)商將目光放在裝配式[1]。

1.2結(jié)構(gòu)體系

在結(jié)構(gòu)型式上，預(yù)制與現(xiàn)澆沒(méi)有太大區(qū)別，但預(yù)制對(duì)構(gòu)件之間的連接有很高要求，即便結(jié)構(gòu)布置完全相同，當(dāng)所用連接技術(shù)不同時(shí)，會(huì)有不同力學(xué)性質(zhì)與抗震性能;另外，如果在力學(xué)性質(zhì)及抗震性能大致相同時(shí)采用不同方法進(jìn)行連接，則能使結(jié)構(gòu)具有不同經(jīng)濟(jì)等性能?？梢?jiàn)，對(duì)設(shè)計(jì)人員，往往很難準(zhǔn)確把控，對(duì)其推廣應(yīng)用造成一定程度的影響。雖然在此之后有IMS體系等提出，但由于在安裝施工中均需布置一定數(shù)量的斜撐來(lái)形成一個(gè)穩(wěn)定的整體體系，所以可能并不會(huì)其他類(lèi)型的結(jié)構(gòu)體系更便于施工。

對(duì)于裝配式結(jié)構(gòu)，若按裝配化程度進(jìn)行分類(lèi)，還可分成全部與局部?jī)深?lèi)。裝配化程度并不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)剛度造成影響，僅僅和節(jié)點(diǎn)及構(gòu)件存在一定關(guān)聯(lián)。其中，節(jié)點(diǎn)可分為如圖1、2所示的干式與濕式、柔性幾種[2]。其中，干式?jīng)]有轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，適用于只主要承受豎向荷載的實(shí)際情況;濕式節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度與現(xiàn)澆梁柱的節(jié)點(diǎn)基本相同，所以有著與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相似的性能;而柔性節(jié)點(diǎn)則處在以上兩種節(jié)點(diǎn)之間。

通過(guò)上述分析可以看出，不同節(jié)點(diǎn)由不同性能與剛度，所以當(dāng)結(jié)構(gòu)所用連接節(jié)點(diǎn)不同時(shí)，其性能將有很大差別，特別是裝配式結(jié)構(gòu)能選擇的節(jié)點(diǎn)類(lèi)型有很多，對(duì)于一種結(jié)構(gòu)，選擇哪一種節(jié)點(diǎn)，確定不同節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的使用比例，是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

2、預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)

（1）在方案設(shè)計(jì)中，需要對(duì)不同參與方之間的相互關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)，對(duì)包含平面與立面等在內(nèi)的所有內(nèi)容進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化，并對(duì)技術(shù)做科研分析與經(jīng)濟(jì)技術(shù)對(duì)比，輔以整體策劃，確定最佳的施工方案。嚴(yán)格把控構(gòu)件的具體部位與拆分，比如確定每個(gè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的構(gòu)件類(lèi)型，哪些構(gòu)件需要進(jìn)行拆分等。在建筑中，首先要充分考慮水平方向上的構(gòu)件進(jìn)行預(yù)制，如陽(yáng)臺(tái)、梁板與樓梯，這樣能減少在施工中腳手架等體系的搭設(shè)，起到降低造價(jià)的作用;其次在外墻上應(yīng)盡量使裝飾與保溫充分結(jié)合，以此降低施工的復(fù)雜度;再次，對(duì)內(nèi)墻預(yù)制予以充分考慮，包括承重與非承重兩種[3]。不同地方可能有不同的要求，設(shè)計(jì)前必須明確相關(guān)要求;另外，其它專(zhuān)業(yè)也應(yīng)予以高度配合和足夠的支持，對(duì)各方面提出明確要求，同時(shí)對(duì)構(gòu)件的制作與運(yùn)輸作出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

（2）初步設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)包含基礎(chǔ)型式、結(jié)構(gòu)體系與材料等在內(nèi)的多方面內(nèi)容實(shí)施綜合論證，確定最佳施工方案，以此對(duì)工程造價(jià)進(jìn)行有效控制，使裝配式結(jié)構(gòu)得到合理應(yīng)用。

（3）在施工圖設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)在確實(shí)滿足使用功能要求的基礎(chǔ)上，使基本單元定型達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，使構(gòu)配件得到充分利用。需要特別注意，在裝配式結(jié)構(gòu)當(dāng)中，構(gòu)件之間的連接處宜布置在受力相對(duì)較小的部位，同時(shí)它的形狀與尺寸都應(yīng)符合相關(guān)要求。對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)時(shí)，需要一同完成不同工種及專(zhuān)業(yè)的所有預(yù)留孔洞，以免后續(xù)切割與修造，對(duì)構(gòu)件造成損壞。

（4）如前所述，裝配式結(jié)構(gòu)有很多不同類(lèi)型，它的適用高度與高度和寬度之比，均需根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范來(lái)確定。構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)需要做好極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，確定適宜的極限狀態(tài)，確定適宜的彈性方法，同時(shí)滿足規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求。

在沒(méi)有特殊要求的情況下，對(duì)于裝配式結(jié)構(gòu)，它的設(shè)計(jì)可使用和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)一致的方法。如果在同一層中，同時(shí)存在現(xiàn)澆和預(yù)制兩種構(gòu)件，則在抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)現(xiàn)澆構(gòu)件受地震作用后的彎矩及剪力實(shí)施放大。對(duì)于現(xiàn)澆和預(yù)制樓蓋，都能認(rèn)為其平面中的剛性為無(wú)限，剛度系數(shù)一般為1.3-2.0[4]。

對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接計(jì)算時(shí)，如果從接縫中穿過(guò)的鋼筋數(shù)量大于或等于構(gòu)件中的鋼筋，同時(shí)構(gòu)造可以達(dá)到規(guī)范要求，則接縫和節(jié)點(diǎn)處受彎、受拉及受壓不能比構(gòu)件低。對(duì)于后澆混凝土，其抗剪強(qiáng)度通常比構(gòu)件自身低，在這種情況下，接縫應(yīng)根據(jù)規(guī)范的相關(guān)要求做好承載力設(shè)計(jì)與計(jì)算。

充分考慮樓板自身整體性和預(yù)埋管線等影響因素，同時(shí)充分考慮構(gòu)件施工、吊裝及運(yùn)輸方面的因素，對(duì)于預(yù)制板與現(xiàn)澆層的厚度，都應(yīng)達(dá)到60mm以上。預(yù)制板以接縫的方式及長(zhǎng)寬比為依據(jù)，應(yīng)采用不同的計(jì)算方式。構(gòu)件在進(jìn)行制作與安裝時(shí)，其受力狀態(tài)與基數(shù)按的模式都不相同。構(gòu)件在此時(shí)沒(méi)有滿足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度，需要在短時(shí)間內(nèi)的承載力進(jìn)行分析和驗(yàn)算，對(duì)每一個(gè)生產(chǎn)與施工過(guò)程都進(jìn)行深入的分析。

（5）采用裝配式結(jié)構(gòu)的建筑，其構(gòu)造、體型與平面布置都要滿足抗震基本原則與相關(guān)設(shè)計(jì)要求。為了達(dá)到工業(yè)化具體要求，對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證受力的合理性、構(gòu)件間連接的便利性、施工的便利性，構(gòu)件的重量與尺寸應(yīng)科學(xué)合理，便于日后的加工及運(yùn)輸，保證工程的施工質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)對(duì)工程造價(jià)的有效控制。

（6）對(duì)于裝配式建筑的豎向構(gòu)件，如柱、墻等，應(yīng)做到上、下連續(xù)，預(yù)留的門(mén)窗洞口需要做到完全對(duì)齊，盡量成列排布，一般不建議設(shè)置轉(zhuǎn)角窗。另外，洞口處尺寸及所在位置都要滿足結(jié)構(gòu)體系實(shí)際受力要求[5]。

（7）對(duì)裝配式建筑進(jìn)行裝飾裝修設(shè)計(jì)時(shí)，需要嚴(yán)格遵循一體化基本原則，各種部品體系要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)具體要求，滿足環(huán)保、節(jié)能和安全等方面的要求。在條件允許的情況下，可利用接口技術(shù)、參數(shù)優(yōu)化等實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的通用性及互換性。在裝飾裝修設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)不同設(shè)施、材料及機(jī)械設(shè)計(jì)年限進(jìn)行綜合考慮，使用的部品應(yīng)具有良好適應(yīng)性及可變性，此外還要能為施工、維護(hù)及改造創(chuàng)造便利。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，預(yù)制裝配式建筑是現(xiàn)在建筑行業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)，在技術(shù)快速發(fā)展推動(dòng)下，預(yù)制裝配式建筑的結(jié)構(gòu)體系類(lèi)型越來(lái)越多，在設(shè)計(jì)中除了要根據(jù)實(shí)際情況選擇合理可行的結(jié)構(gòu)體系類(lèi)型，還要做好構(gòu)件連接、平面立面和構(gòu)造節(jié)點(diǎn)等的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉曉艷，張以慶.探討預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計(jì)[J].住宅與房地產(chǎn)，2016（2）：26-28.

[2]王田青，吳銀國(guó).住宅產(chǎn)業(yè)化暨預(yù)制裝配式住宅結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展與問(wèn)題探索[J].建筑安全，2015，30（1）：73-75.

[3]劉紅梁，高潔，吳志平.預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計(jì)[J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，15（4）：15-16.

[4]張淵.預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系改革設(shè)計(jì)與發(fā)展[J].北方建筑，2018（11）：25-26.

[5]楊金來(lái).安徽省預(yù)制裝配式住宅結(jié)構(gòu)體系技術(shù)應(yīng)用探討[J].安徽建筑，2014，21（2）：65-66.

作者簡(jiǎn)介：

盛賢為，男，1971--，本科，工程師。