分析預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計

易霞剛

摘要：針對目前預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計過程存在的問題，本文從實踐角度出發(fā)，分析了預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的建設(shè)現(xiàn)狀，并提出了優(yōu)化控制策略。結(jié)果表明，只有與工程建設(shè)要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合起來，才能使結(jié)構(gòu)體系設(shè)計效果充分發(fā)揮出來。

關(guān)鍵詞：預(yù)制裝配式建筑; 結(jié)構(gòu)體系; 結(jié)構(gòu)設(shè)計; 節(jié)點;

預(yù)制裝配式建筑，作為實踐建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路的關(guān)鍵。但在工程建設(shè)階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計易受構(gòu)件安裝復(fù)雜性以及市場環(huán)境多元化發(fā)展等問題限制，而使建筑結(jié)構(gòu)性能效果無法充分發(fā)揮出來。為解決這一問題，相關(guān)人員應(yīng)對結(jié)構(gòu)體系的建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，以確定結(jié)構(gòu)體系設(shè)計優(yōu)化的方向與關(guān)鍵點。這樣一來，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作就能以高效率、穩(wěn)定性狀態(tài)作用于實踐，進(jìn)而滿足對建筑物節(jié)能環(huán)保效果與經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)提出的需求。

1 研究預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計的現(xiàn)實意義

預(yù)制裝配式建筑，因具有穩(wěn)定性較高特點，所以，越來越多地運(yùn)用于建筑行業(yè)。是建筑業(yè)實踐可持續(xù)發(fā)展道路的關(guān)鍵。然而，在實際建設(shè)過程中，因?qū)Υ苏n題研究起步較晚，使得現(xiàn)有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)政策無法完全囊括預(yù)制裝配式建筑的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計。究其原因，結(jié)構(gòu)工程師并未將相關(guān)設(shè)計理念認(rèn)識到位，在一定程度上阻礙了此類建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的快速發(fā)展。為此，相關(guān)建設(shè)者應(yīng)對預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，以為后續(xù)設(shè)計優(yōu)化工作開展提供方向與依據(jù)。如此，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計，就能以科學(xué)合理狀態(tài)作用于實踐，繼而推動建筑行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

2 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的建設(shè)現(xiàn)狀

對于民用建筑而言，可供結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)型式很多。如，多層或是低層住宅建筑，可從木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、輕鋼-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以及新型普通鋼結(jié)構(gòu)等型式中進(jìn)行選擇。從建設(shè)實踐角度來看，預(yù)制裝配式建筑形式分為兩類：（1）預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)，其建設(shè)材料是鋼材，包含鋼柱與鋼梁等;（2）預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，其建設(shè)材料為混凝土，工程在完成混凝土構(gòu)件加工預(yù)制后，通過將相關(guān)構(gòu)件運(yùn)輸至作業(yè)場地。

然而，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計包含建材選擇、總體設(shè)計以及裝配施工、驗收等工作環(huán)節(jié)，增加了設(shè)計質(zhì)量控制工作的開展難度。其中，最為關(guān)鍵的構(gòu)件連接技術(shù)具有復(fù)雜特點，即使采用同一結(jié)構(gòu)布置，不同連接技術(shù)最終產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)力學(xué)與抗震性能也存在差異。為此，研究人員應(yīng)從科學(xué)技術(shù)角度出發(fā)，通過將現(xiàn)有體系設(shè)計技術(shù)利用起來，以降低預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計工作的開展難度。

3 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的體系與設(shè)計優(yōu)化

3.1 明確結(jié)構(gòu)體系與抗震性能關(guān)系

研究人員提出的裝配式整體預(yù)應(yīng)力板柱體系，可分為整塊板與多塊板，后者，不僅能夠減少預(yù)制板尺度與重量，還可為吊裝作業(yè)提供便利。相關(guān)人員需在安裝構(gòu)件過程設(shè)置斜撐來提高預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。在抗震性能方面，由于預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)僅與受力構(gòu)件剛度、節(jié)點剛度有關(guān)，因此，抗震性能與設(shè)計控制關(guān)系應(yīng)從節(jié)點類型入手。

具體來說，因節(jié)點不同，預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)可分為三種，即干式連接鉸接連接節(jié)點、柔性連接節(jié)點以及濕式連接剛性連接節(jié)點。其中干式連接節(jié)點無轉(zhuǎn)動剛度，只適用于承擔(dān)豎向載荷，無需考慮抗震設(shè)防且風(fēng)壓小，主要用于低層建筑。柔性連接節(jié)點，處于鉸接連接節(jié)點與剛性連接節(jié)點之間，雖存在轉(zhuǎn)動剛度，但缺乏取值依據(jù)。濕式連接剛性連接節(jié)點，其轉(zhuǎn)動剛度與現(xiàn)澆混凝土梁柱節(jié)點接近，所以，在力學(xué)性能上與現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)相似，適用于所有預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)。由于不同節(jié)點型式的剛度與能耗性能存在差異，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計需針對節(jié)點連接技術(shù)設(shè)計相應(yīng)的力學(xué)與抗震性能。

3.2 結(jié)構(gòu)體系設(shè)計優(yōu)化

預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)節(jié)點型式來進(jìn)行劃分，以為后續(xù)清晰的結(jié)構(gòu)概念、計算簡圖提供依據(jù)。對于干式鉸接結(jié)構(gòu)、濕式剛接結(jié)構(gòu)以及柔性連接結(jié)構(gòu)來說，均屬于基本預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系類型。還有混合連接結(jié)構(gòu)，其會受到結(jié)構(gòu)力學(xué)性能、抗震性能、施工場地便捷操作情況以及造價成本等因素影響，但因全面性更高，是未來預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系設(shè)計的重要內(nèi)容。值得注意的是，雖然劃分方法存在差異，但還可統(tǒng)一劃分。如預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)，也可劃分為干式鉸接結(jié)構(gòu)、濕式剛接結(jié)構(gòu)以及柔性連接結(jié)構(gòu)。因此，從結(jié)構(gòu)體系差異來看，設(shè)計工作開展并不會受到影響。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

設(shè)計工作按照既定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)開展過程中，應(yīng)注重以下問題要點：

（1）將工程質(zhì)量提升與改善環(huán)境作為設(shè)計目標(biāo)，打破以往追求經(jīng)濟(jì)性設(shè)計思路，轉(zhuǎn)而追求結(jié)構(gòu)性能與技術(shù)先進(jìn)性，以實現(xiàn)長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)的預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計目標(biāo)。

（2）培養(yǎng)工程設(shè)計人員的結(jié)構(gòu)概念與力學(xué)知識，以使預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)的運(yùn)用要點知識能夠真正作用于實踐。

（3）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計適用性控制，由于預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點在于構(gòu)建質(zhì)量好、安裝施工便捷，應(yīng)控制好現(xiàn)澆剛性節(jié)點與疊合技術(shù)的運(yùn)用數(shù)量，以避免結(jié)構(gòu)優(yōu)勢發(fā)揮受到影響。低層建筑雖受豎向荷載影響，但不會受到抗震性能影響，可選用全鉸接框架結(jié)構(gòu)，來將預(yù)制裝配式建筑的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。如需考慮抗震設(shè)防的低層結(jié)構(gòu)，應(yīng)設(shè)計選用鉸接為主的框架結(jié)構(gòu)，即混合連接結(jié)構(gòu)。此過程，應(yīng)對剛節(jié)點數(shù)量控制在位移1/550，或是運(yùn)用柔性連接結(jié)構(gòu)。小高層結(jié)構(gòu)，應(yīng)以鉸接+剛接以及耗能減震元件組合形式，來使結(jié)構(gòu)除了基本功能外具備良好的抗風(fēng)抗震性能。而高層與超高層結(jié)構(gòu)，預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)將抗側(cè)力構(gòu)件確定為現(xiàn)澆混凝土。此外，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計方案時，應(yīng)結(jié)合預(yù)制裝配式建筑的特色與實際建設(shè)情況，通過預(yù)防過度使用，來控制造價成本。

（4）設(shè)計方法優(yōu)化，對于混合連接結(jié)構(gòu)體系來說，其結(jié)構(gòu)設(shè)計工作應(yīng)綜合采用三種設(shè)計方法：（1）設(shè)計干式鉸接節(jié)點構(gòu)件過程中，應(yīng)對桿端設(shè)置彎矩。這里的桿端箍筋只需按照斜截面承載力進(jìn)行計算設(shè)計，無需考慮加密箍筋與延伸設(shè)計工作。當(dāng)工程處于水平地震作用下，其受力邊柱會以軸力形式抵抗地震影響。所以，柱子結(jié)構(gòu)的承載力設(shè)計應(yīng)考慮抗震調(diào)整系數(shù)，來提高科學(xué)合理性;（2）柔性連接節(jié)點，應(yīng)按照既定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行剛度降低系數(shù)確定，并與構(gòu)造實際情況進(jìn)行結(jié)合，來提高取值的可靠性;（3）耗能減震產(chǎn)品，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行抗震規(guī)范與技術(shù)規(guī)程進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計控制。

4 結(jié)束語

綜上所述，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計優(yōu)化，應(yīng)在明確結(jié)構(gòu)體系與抗震性能關(guān)系情況下，對體系與結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)計。即根據(jù)預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系，來確定相應(yīng)的設(shè)計控制方法。以小高層結(jié)構(gòu)為例，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)以鉸接+剛接以及耗能減震元件組合形式，來使結(jié)構(gòu)除了基本功能外具備良好的抗風(fēng)抗震性能。事實證明，只有掌握預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的建設(shè)現(xiàn)狀，才能對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。故，相關(guān)人員應(yīng)將上述分析內(nèi)容與科研結(jié)果更多地作用于不同建設(shè)要求與結(jié)構(gòu)環(huán)境的預(yù)制裝配式建筑，以促進(jìn)建筑業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

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