裝配式建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析與優(yōu)化策略

李鑫

摘 要： 我國(guó)建筑行業(yè)在近些年得到飛快發(fā)展，裝配式建筑作為一種施工效率高、成本低、綠色環(huán)保的新型建筑形式，在我國(guó)得到廣泛地應(yīng)用，并且近些年發(fā)展態(tài)勢(shì)良好。裝配式建筑比傳統(tǒng)建筑施工能夠節(jié)省更多的時(shí)間，有著較為豐富的結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)也對(duì)設(shè)計(jì)方面提出了一定的要求。設(shè)計(jì)人員需要充分分析裝配式建筑功能性，采取合理的設(shè)計(jì)辦法，提升裝配式建筑的安全性。為了進(jìn)一步推動(dòng)裝配式建筑工程發(fā)展，本文在分析裝配式建筑特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以泰國(guó)曼谷一萊裝配式酒店公寓為研究對(duì)象，對(duì)裝配式建筑的設(shè)計(jì)施工展開(kāi)探討。通過(guò)研究泰國(guó)曼谷一萊裝配式酒店公寓的設(shè)計(jì)施工情況，認(rèn)為在裝配式建筑設(shè)計(jì)施工中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)建筑工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，做好結(jié)構(gòu)選型，重點(diǎn)加強(qiáng)建筑超限設(shè)計(jì)和檢查，并且從鋼筋連接、建筑管線、混凝土結(jié)構(gòu)、各個(gè)部門協(xié)同等方面加強(qiáng)管理，全民提升裝配式建筑的整體可靠性，確保裝配式建筑能夠?yàn)槿藗兲峁┦孢m安全的生活工作場(chǎng)所，確保工程的使用壽命和抵抗外界影響的能力，進(jìn)而推動(dòng)裝配式建筑進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 裝配式建筑;設(shè)計(jì)要點(diǎn);優(yōu)化措施

【中圖分類號(hào)】TU208 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）21-0109-02

1 裝配式建筑概況

我國(guó)近些年裝配式建筑發(fā)展速度較快，并且有著十分廣闊的發(fā)展前景。但是由于我國(guó)裝配式建筑工工程的起步較晚，其施工技術(shù)和管理水平都和發(fā)達(dá)國(guó)家存在一定的差距。其中項(xiàng)目管理是常見(jiàn)的一個(gè)問(wèn)題，很多裝配式建筑工程建設(shè)中都存在一定的管理問(wèn)題。和傳統(tǒng)的建筑工程相比，裝配式建筑有著其自身的特點(diǎn)。其一，在車間中生產(chǎn)大部分建筑構(gòu)件。其二，需要現(xiàn)場(chǎng)完成大量裝配式構(gòu)件的裝配，但是節(jié)省了很多現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)，有助于節(jié)省施工時(shí)間。其三，設(shè)計(jì)和施工是裝配式建筑建設(shè)的主導(dǎo)，可以同步實(shí)現(xiàn)裝修施工作業(yè)。其四，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)是裝配式建筑施工的最為典型的特點(diǎn)，管理信息化技術(shù)能夠達(dá)到充分利用，有助于控制工程造價(jià)等內(nèi)容。其五，具有較強(qiáng)的節(jié)能環(huán)保性能，很多構(gòu)件可以重復(fù)循環(huán)利用。

2 裝配式建筑的特點(diǎn)

2.1 建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化

裝配式建筑建造的基礎(chǔ)和前提是標(biāo)準(zhǔn)化的建筑設(shè)計(jì)。和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，模塊化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)是裝配式建筑的一個(gè)非常顯著的特點(diǎn)，這就對(duì)保證構(gòu)件的類型、尺寸、材料等方面提出了較高的要求。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)可以將設(shè)計(jì)周期縮短，能夠?qū)⒊杀尽⒃靸r(jià)進(jìn)行嚴(yán)格地控制，有助于后期制作、安裝等工作的順利完成，有助于建筑施工質(zhì)量水平的優(yōu)化。

2.2 構(gòu)配件生產(chǎn)工廠化

工廠化生產(chǎn)是裝配式建筑的核心特點(diǎn)。作為建筑物的基本零部件和組成部分，構(gòu)配件的生產(chǎn)和制作都是十分重要的，工廠需要在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上統(tǒng)一生產(chǎn)制造構(gòu)件，這種批量生產(chǎn)的方式能夠顯著提高構(gòu)配件生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，有助于節(jié)省施工之間。

2.3 施工裝配化

所謂施工裝配化，主要是將預(yù)制構(gòu)件從工廠運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)完成裝配件的拼裝。相比于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆作業(yè)方式，氣候、環(huán)境等因素不會(huì)對(duì)裝配式建筑的生產(chǎn)嚴(yán)重影響。機(jī)械化程度高是施工裝配化的主要特點(diǎn)，施工現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)應(yīng)用到大量的施工人員，需要使用大量的機(jī)械設(shè)備，這對(duì)于節(jié)省人力，降低能耗、提高施工效率等都具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.4 管理信息化

裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝全壽命周期中，可以充分利用BIM、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，可以有效提高運(yùn)營(yíng)管理的效率和準(zhǔn)確度，能夠全方位監(jiān)控和管理整個(gè)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)過(guò)程，能夠?qū)⒐こ淌┕べ|(zhì)量和施工效率顯著提升。

3 裝配式建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用

3.1 建筑工程概況

泰國(guó)曼谷一萊裝配式酒店公寓采用的是框架剪力墻主體結(jié)構(gòu)，建筑的安全等級(jí)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限分別為二級(jí)和50年。工程裙房為多層大型商場(chǎng)，抗震類別和烈度分別設(shè)置為乙類和6度。

3.2 結(jié)構(gòu)選型

框架剪力墻結(jié)構(gòu)是該酒店公寓的主要結(jié)構(gòu)，在電梯間、樓梯間分布剪力墻結(jié)構(gòu)，底部四層南面設(shè)置少量縱墻，各個(gè)結(jié)構(gòu)共同組成了高寬比高達(dá)16的偏心布置筒體，設(shè)計(jì)時(shí)為了能夠滿足核心筒要求需要從上到下在角部邊緣設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

鋼筋混凝土剪力墻式本工程結(jié)構(gòu)體系的第一道放線，第二道防線為鋼筋混凝土框架，兩者共同抵御地震、風(fēng)等帶來(lái)的外力荷載。通過(guò)水平梁板傳遞豎向荷載，荷載通過(guò)框架柱、剪力墻傳遞到建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。剪力墻承擔(dān)水平荷載中的傾覆彎矩和水平剪力，對(duì)于小于50%的水平剪力和傾覆彎矩由框架柱承擔(dān)。

首層塔樓和地下室部分使用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板體系即可滿足要求，疊合樓板應(yīng)用于二層及以上的結(jié)構(gòu)當(dāng)中。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)超限檢查

本工程重點(diǎn)檢查了結(jié)構(gòu)中不規(guī)則性條文，最終將建筑結(jié)構(gòu)高度確定為B級(jí)，該公寓樓建筑歸類為超高層建筑當(dāng)中。本工程按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范開(kāi)展設(shè)計(jì)和高度超限規(guī)定，對(duì)局部樓板不連續(xù)性、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則等項(xiàng)目進(jìn)行重點(diǎn)分析和控制。

3.4 超限設(shè)計(jì)的措施及對(duì)策

泰國(guó)曼谷一萊裝配式酒店公寓采用YJK空間分析程序、MidasBuilding空間分析軟件程序及SAUSAGE進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，并且對(duì)比核算計(jì)算結(jié)果。彈性分析塔樓抗震情況，對(duì)抗震規(guī)范中地震的作用進(jìn)行充分考慮，通過(guò)彈性分析對(duì)建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性進(jìn)行確定，通過(guò)對(duì)比相關(guān)規(guī)范限制要求可知，此設(shè)計(jì)指標(biāo)能夠滿足規(guī)定要求。按照10年一遇的風(fēng)荷載檢查風(fēng)荷載作用下建筑結(jié)構(gòu)的舒適度和安全性，確定其能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。通過(guò)檢查中震，對(duì)建筑主體結(jié)構(gòu)抗震性目標(biāo)進(jìn)行了檢查，確定其能夠達(dá)到規(guī)定要求。該酒店公寓設(shè)計(jì)中分析了結(jié)構(gòu)中大、中、小抗震性能，并且保證實(shí)現(xiàn)抗震性能目標(biāo)。通過(guò)動(dòng)力彈塑性分析檢查了建筑結(jié)構(gòu)整體性能和關(guān)鍵構(gòu)件的塑型轉(zhuǎn)角，結(jié)果表面最大層間位移、塑性變形等都可以和建筑結(jié)構(gòu)地震下性能標(biāo)準(zhǔn)要求相符合。各個(gè)構(gòu)件承載力在地震作用下能夠滿足性能目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)師分析了二至四層大開(kāi)洞處樓板在多遇地震和設(shè)防地震的樓板應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果顯示建筑結(jié)構(gòu)可以滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。通過(guò)分析特征值屈曲對(duì)建筑穿層柱的失穩(wěn)屈曲模態(tài)和屈曲系數(shù)確定，認(rèn)為該建筑有著足夠的穩(wěn)定性。

本工程加強(qiáng)處理了結(jié)構(gòu)的薄弱部位，主要措施如下：

第一，將底部加強(qiáng)區(qū)延伸到二層，將底部加強(qiáng)區(qū)框架梁柱截面適當(dāng)加大，將底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻墻厚和配筋適當(dāng)增加，配筋率控制在0.30～0.35%，將連梁兩端大震中出現(xiàn)塑性鉸處剪力墻暗柱配筋及配箍率加大從而達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)抗剪承載力提升的效果。

第二，將超過(guò)8m的墻增強(qiáng)，提升整體配筋率，縱向配筋率和水平配筋率分別控制在1.2～1.5%和0.30～0.35%之間，絕對(duì)軸壓比進(jìn)行嚴(yán)格地控制。

第三，按《高層混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)程》中規(guī)定特一級(jí)構(gòu)造設(shè)計(jì)建筑的地步加強(qiáng)區(qū)的豎向構(gòu)件，從而保證建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能能夠滿足實(shí)際條件要求。

第四，將樓板大開(kāi)洞處周圍樓板的配筋適當(dāng)增大從而將樓板的整體承載力提升，加高加密穿層柱的箍筋。

第五，提高頂部豎向收進(jìn)框架柱抗震結(jié)構(gòu)到一級(jí)，加厚退臺(tái)處樓板厚度到16cm。

第六，加強(qiáng)樓、電梯井處剪力墻筒體結(jié)構(gòu)，用邊緣構(gòu)件約束轉(zhuǎn)角處。

第七，將塔樓背面、地下室頂板的框架剛度加強(qiáng)，柱箍筋加密。

4 裝配式建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化

4.1 鋼筋連接設(shè)計(jì)

裝配式建筑采用最多的材料之一就是鋼筋，在剪力墻鋼筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工中需要注意：第一，對(duì)鋼筋配筋和配筋率進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確保其能夠達(dá)到抗震性能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，做好墻體軸線的設(shè)計(jì)，保證墻體截面能夠均勻受力。第二，合理設(shè)置剪力墻水平配筋，均勻地分配豎向和水平的配筋，將配筋率控制在至少0.25%以上，將剪力墻結(jié)構(gòu)墻體配筋率控制在0.3%以上。第三，設(shè)計(jì)鋼筋焊接搭接時(shí)要對(duì)搭接距離進(jìn)行重點(diǎn)控制，焊接和連接方式要根據(jù)實(shí)際要求合理選擇。第四，在安裝鋼筋過(guò)程中應(yīng)當(dāng)對(duì)整個(gè)框架剪力墻解耦股的影響因素進(jìn)行充分地考慮，做好焊接位置、鋼筋規(guī)格的確定和控制。

4.2 管線設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)建筑管線過(guò)程中設(shè)計(jì)人員需要加強(qiáng)和負(fù)責(zé)單位的溝通，控制好管線的規(guī)格、布局、質(zhì)量等。比如在預(yù)制設(shè)計(jì)電氣管線過(guò)程中需要綜合分析電氣管線的安裝要求、運(yùn)行要求等，根據(jù)防腐標(biāo)準(zhǔn)、接地要求、消防要求做好控制，合理設(shè)計(jì)電氣管線路線和預(yù)留孔洞，加強(qiáng)各個(gè)工種之間的協(xié)調(diào)。設(shè)計(jì)人員可以積極利用BIM等先進(jìn)的設(shè)計(jì)人員模擬設(shè)計(jì)方案，從而對(duì)設(shè)計(jì)方案中存在的問(wèn)題進(jìn)行直觀地分析，將設(shè)計(jì)的整體可靠性、可行性提升。

4.3 混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

可以采用體外預(yù)應(yīng)力的處理方式將建筑混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提升，也就是通過(guò)外來(lái)預(yù)應(yīng)力來(lái)將鋼筋在混凝土中的截面磨損度降低。預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⑹┕べ|(zhì)量全面提升。在實(shí)施混凝土施工中，不但要考慮施工材料的質(zhì)量，同時(shí)還要合理設(shè)置混合材料的配置，確?；旌狭夏軌蜻_(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)清理和檢查好模板，將模板中的雜物清除干凈。最后，要養(yǎng)護(hù)好混凝土結(jié)構(gòu)，做好溫度、裂縫等方面的控制。

4.4 專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)問(wèn)題與解決

裝配式建筑設(shè)計(jì)施工需要多個(gè)專業(yè)和學(xué)科參與，需要采用工廠化加工的方式，做好構(gòu)件加工參數(shù)和性能的嚴(yán)格控制，確保設(shè)計(jì)效果和建設(shè)要求能夠滿足預(yù)期的目標(biāo)。如果各個(gè)專業(yè)沒(méi)有過(guò)度配合，那么很容易對(duì)裝配式建筑的可靠性產(chǎn)生不良影響。為此，在設(shè)計(jì)預(yù)制裝配式建筑過(guò)程中，可以積極利用BIM等技術(shù)，構(gòu)架協(xié)同平臺(tái)，保證各個(gè)專業(yè)人員通過(guò)協(xié)同平臺(tái)能夠及時(shí)交流，優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)方案。如果設(shè)計(jì)發(fā)生變更，各個(gè)專業(yè)的人員可以通過(guò)可視化平臺(tái)全面評(píng)估分析設(shè)計(jì)變更可行性及產(chǎn)生的影響，確保工程能夠順利地建設(shè)。

4.5 完善裝配式建筑政策制度

第一，頂層制度設(shè)計(jì)的優(yōu)化。當(dāng)前為了保證持續(xù)推進(jìn)裝配式建筑的設(shè)計(jì)施工水平，需要制定完善的制度和政策為裝配式建筑發(fā)展提供保障，頂層制度框架體系的構(gòu)建和完善是持續(xù)推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的基礎(chǔ)和指導(dǎo)。第二，加大政策支持力度。有的建筑企業(yè)仍然嚴(yán)重傳統(tǒng)的管理理念，缺乏創(chuàng)新，缺乏對(duì)新事物的研究和應(yīng)用，此時(shí)政府應(yīng)當(dāng)加大宣傳，可以制定配套推廣支持政策，讓越來(lái)越多的企業(yè)能夠主動(dòng)、深刻地認(rèn)識(shí)裝配式建筑，加強(qiáng)對(duì)裝配式建筑的應(yīng)用和推廣。此外，有的經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較強(qiáng)的地區(qū)可以嘗試強(qiáng)制性推廣的方式，探索嘗試裝配式建筑發(fā)展。

4.6 施工過(guò)程中的控制

（1）后澆帶施工技術(shù)。后澆帶是建筑工程施工中重要的組成內(nèi)容，工作人員需要以設(shè)計(jì)圖紙為基礎(chǔ)展開(kāi)施工作業(yè)，在施工中注意避免踩彎鋼筋，要鑿除一些疏松的混凝土。工作人員要嚴(yán)格按照規(guī)定政策以及施工流程開(kāi)展作業(yè)，保證后澆帶能夠?qū)⒔ㄖ餀M截面貫通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)后澆帶兩側(cè)板塊伸縮自由。

（2）加強(qiáng)施工過(guò)程管理。設(shè)置操作臺(tái)進(jìn)行樓板混凝土澆筑作業(yè)，施工人員注意避免踩踏鋼筋混凝土，管理人員要加強(qiáng)管理施工過(guò)程中的材料尤其是鋼筋材料，將鋼筋位置精準(zhǔn)度提升。

（3）嚴(yán)格控制施工過(guò)程。在攪拌混凝土前，需要對(duì)配合比進(jìn)行合理地調(diào)整和實(shí)驗(yàn)，確定砂石、含水量等，將材料計(jì)量的準(zhǔn)確性提升，嚴(yán)格按照規(guī)定的要求控制攪拌時(shí)間。在攪拌水和粗骨料過(guò)程中，要對(duì)攪拌溫度進(jìn)行良好控制，避免過(guò)高，最好在低溫時(shí)節(jié)進(jìn)行混凝土澆筑，如果氣溫過(guò)高應(yīng)當(dāng)采取有效的措施將澆筑溫度降低。有的工程處于夏季高溫地區(qū)，此時(shí)需要將混凝土運(yùn)輸時(shí)間盡量縮短，避免暴曬混凝土。環(huán)境溫度是對(duì)混凝土裂縫產(chǎn)生較大影響的一個(gè)因素，為此工作人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)澆筑完成的混凝土，如果溫度過(guò)高或者過(guò)低都要采取一定措施進(jìn)行溫差調(diào)節(jié)，降低外界氣候環(huán)境對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響，確保混凝土特性能夠發(fā)揮出來(lái)。為了進(jìn)一步保證混凝土施工的質(zhì)量，可以指派專門的人員監(jiān)督記錄混凝土施工和養(yǎng)護(hù)過(guò)程。

結(jié)論：總之，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)控制預(yù)制裝配式建筑的重難點(diǎn)，將常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行預(yù)防，提高設(shè)計(jì)方案的可行性，為裝配式建筑的順利建設(shè)提供保障。

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