預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計分析

李 芳 泰安市建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司

1 前言

作為國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的支柱，建筑行業(yè)發(fā)展關(guān)系民生建設(shè)以及社會的和諧與穩(wěn)定發(fā)展。但是在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)下，有效解決傳統(tǒng)建筑建設(shè)中的高耗能、重污染等弊端，堅定不移地走節(jié)能環(huán)保的綠色發(fā)展之路是現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。其中預(yù)制裝配式建筑本身具有施工便捷、可重復(fù)利用以及環(huán)保節(jié)能性突出等應(yīng)用優(yōu)勢，同綠色建筑設(shè)計與建設(shè)理念相契合，做好其科學(xué)設(shè)計研討顯得尤為重要。

2 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系概述

2.1 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的概念與類別

預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是一種建筑結(jié)構(gòu)形式，主要是建筑建設(shè)中所涉及到的構(gòu)件全部需要在特定的預(yù)制構(gòu)件加工廠中進行加工與制作，之后再通過運輸?shù)姆绞竭\輸?shù)绞┕がF(xiàn)場開展拼接與組裝作業(yè)，借助這種方式就構(gòu)成了預(yù)制裝配式建筑（圖1為裝配現(xiàn)場）。

圖1 裝配式建筑結(jié)構(gòu)裝配現(xiàn)場

在現(xiàn)階段的建筑市場中，所用到的裝配式建筑結(jié)構(gòu)主要包括如下三種類型：其一，鋼混結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)，主要是采取工廠預(yù)制生產(chǎn)的方式進行柱子、梁與樓板等構(gòu)件生產(chǎn)，并且提前預(yù)留出構(gòu)件的頭部鋼筋，之后可以運輸?shù)浇ㄖこ淌┕がF(xiàn)場進行再次澆筑。其二，鋼結(jié)構(gòu)類型的構(gòu)件，預(yù)制工廠提前結(jié)合建筑工程建設(shè)要求和需求，提前制作好鋼梁、鋼柱子等主體建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)建，之后再將它們運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場中采取螺栓連接或焊縫連接的方式開展拼接與組裝施工作業(yè)。其三，集裝箱式預(yù)制建筑，該種預(yù)制建筑結(jié)構(gòu)本身的基本單元是集裝箱，通過有效組合不同種類的箱子可以滿足差異化的建筑結(jié)構(gòu)功能。通過上述三種類型的預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件運用，可以形成不同的建筑特色與風(fēng)格。它們彼此各有各自的特色與優(yōu)勢，所以實際的建筑工程設(shè)計中適宜采取差異化的結(jié)構(gòu)形式。其中預(yù)制墻體和預(yù)制樓板等預(yù)制構(gòu)件使用比較多，并且預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)主要在車站、橋梁以及其他公共建筑或者超高層建筑中得到了廣泛應(yīng)用。而集裝箱式預(yù)制建筑則在現(xiàn)階段的建筑生產(chǎn)實踐中被應(yīng)用于小品建筑或臨時建筑等中，實際的建設(shè)中需要結(jié)合實際情況來選擇恰當(dāng)?shù)念愋?，保證可以最大程度提升預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效果。

2.2 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的特征

較于以往的建筑結(jié)構(gòu)，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)本身具有如下幾個突出的應(yīng)用特征：其一，施工非常便捷。以往的建筑工程施工中會涉及到大量建筑結(jié)構(gòu)與施工材料，但是預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工中卻可以直接采用預(yù)制的各種建筑構(gòu)件，這樣可以節(jié)省許多建筑工程建設(shè)中的中間環(huán)節(jié)，可以簡化整個建筑結(jié)構(gòu)施工流程，降低人力成本，提升整體施工的效率。其二，環(huán)保效益較高。鑒于預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工中不需要在現(xiàn)場用到過多施工材料，并且可以有效確?，F(xiàn)場施工作業(yè)的安全性。通過該種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方式可以更好地滿足現(xiàn)階段可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下的綠色發(fā)展理念。比如，針對窗戶、水管等這些建筑構(gòu)件都可以提前采取工廠預(yù)制的施工作業(yè)方式，有效提升整體施工的質(zhì)量。與此同時，該種預(yù)制建筑結(jié)構(gòu)本身的施工作業(yè)中不會產(chǎn)生過大噪音，也可以避免施工材料浪費問題的出現(xiàn)，所以整體工程建設(shè)的環(huán)保性更高。其三，鑒于預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工作業(yè)效率更高，所以建材價格不會受到過多市場變動的影響，并且可以有效控制施工的成本，所以可以獲取比常規(guī)建筑施工更大的效益。

3 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點

3.1 預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計要點

框架結(jié)構(gòu)體系是現(xiàn)階段國內(nèi)預(yù)制裝配式建筑設(shè)計中比較常用的一種結(jié)構(gòu)體系類型。相較于剪力墻結(jié)構(gòu)體系，框架結(jié)構(gòu)體系本身的質(zhì)量非常小，所以非常便于運輸各種預(yù)制建筑構(gòu)件，同時該種預(yù)制框架結(jié)構(gòu)本身也在低樓層建筑工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，這符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下綠色建筑發(fā)展理念。在實際的施工中，預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)施工中會提前在預(yù)制構(gòu)件加工廠當(dāng)中提前制作預(yù)制疊合梁或疊合板等構(gòu)件。然后再統(tǒng)一將它們運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場中對照固定節(jié)點來對各種預(yù)制構(gòu)件進行焊接處理，使它們成為一個完整體。此外，在具體的建筑工程建設(shè)過程中會運用到一定數(shù)量的支撐柱，這時候也需要結(jié)合現(xiàn)場施工的實際情況來合理選擇和確定，保證可以有效提升預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)設(shè)計效果。

在開展預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計過程中，相應(yīng)的設(shè)計要點主要包括如下幾個方面：其一，要做好建筑框架結(jié)構(gòu)彼此之間連接構(gòu)件的焊接設(shè)計工作，尤其是要對那些承擔(dān)受力與傳力的預(yù)埋件而言，必須要參考他們所承受的實際抗壓情況以及所處的具體位置來靈活地選擇適宜的焊接技術(shù)與方式，保證整體的構(gòu)件之間保持緊密連接。與此同時，考慮到框架結(jié)構(gòu)會受到剪力、軸力等多種類型荷載作用的影響，所以在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計時間中可以應(yīng)用分布計算手段來進行合理分析和科學(xué)設(shè)計。其二，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐中，要注意確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)整體的平整性，并且要注意保證框架內(nèi)部支撐柱本身的剛度與穩(wěn)定性等可以滿足規(guī)定的設(shè)計要求和規(guī)定。但是需要特別注意的是，要保證梁柱本身的中心線可以控制在同一平面之內(nèi)，并且需要使他們指向同一個方向，這樣方可更好地確保整體結(jié)構(gòu)設(shè)計效果。其三，針對梁柱二者之間的交接部位，可以應(yīng)用剛結(jié)點的處理方式來確保二者之間可以實現(xiàn)緊密連接，同時也要注意確保底部筑基安裝保持良好的穩(wěn)固性，相應(yīng)的混凝土等級不可小于C30，這樣才能更好地確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)整體設(shè)計效果。

3.2 預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計要點

剪力墻結(jié)構(gòu)也是預(yù)制裝配式建筑工程施工中比較多用的結(jié)構(gòu)形式，主要受力構(gòu)件為剪力墻、梁、柱等基本構(gòu)件，或者可以應(yīng)用預(yù)制墻板、疊合板和疊合梁等一些預(yù)制混凝土構(gòu)件形成的裝配式建筑混凝土結(jié)構(gòu)來構(gòu)成整體的建筑主要受力結(jié)構(gòu)。根據(jù)預(yù)制情況的不同，可以將預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)本身劃分成半預(yù)制與全預(yù)制兩種體系類型。在實際的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計過程中，設(shè)計人員必須要嚴(yán)格依據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》等一些基本的設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等來開展結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證可以全面確保剪力墻結(jié)構(gòu)體系的預(yù)制結(jié)構(gòu)設(shè)計效果。在對預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系進行設(shè)計期間，要重點做好如下幾個方面的設(shè)計工作：

其一，要結(jié)合實際情況來合理地布設(shè)剪力墻結(jié)構(gòu)的縱橫墻結(jié)構(gòu)。比如，針對橫墻結(jié)構(gòu)而言，在設(shè)計的時候一般適宜將預(yù)制承重墻板設(shè)置在兩側(cè)端部山墻位置處；在設(shè)置內(nèi)墻的時候可以依據(jù)結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的需求以及實際內(nèi)力計算的結(jié)果來科學(xué)設(shè)置預(yù)制輕質(zhì)填充墻和承重墻板；在縱墻結(jié)構(gòu)布設(shè)期間，可以依據(jù)結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的實際設(shè)計要求以及實際的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算結(jié)果來對內(nèi)外縱墻結(jié)構(gòu)進行科學(xué)設(shè)計，保證所設(shè)置的縱橫剪力墻結(jié)構(gòu)可以有效地進行承載，這樣才能最大程度提升內(nèi)外縱墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的效果。其二，針對結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件而言，可以應(yīng)用豎向主要受力鋼筋漿錨、現(xiàn)澆連接帶等構(gòu)成一個完整體。在開展建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計過程中要重點驗證連接構(gòu)造的整體可靠性與穩(wěn)固性，保證其具有良好的承載性能。其三，在設(shè)計預(yù)制剪力墻構(gòu)件的連接期間，要注意對構(gòu)件本身的傳力明確性以及構(gòu)造的可靠性進行仔細(xì)地分析。如果裝配式建筑本身在抗震性方面具有特殊規(guī)定和要求，那么還要保證相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。與此同時，要保證預(yù)制構(gòu)件之間所采用的連接鋼筋的直徑與強度等級等均符合規(guī)定的設(shè)計要求，以此才能保證整體建筑結(jié)構(gòu)連接的穩(wěn)固性與可靠性。其四，在設(shè)計預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件期間，可以采取分塊設(shè)計方式。在實際的構(gòu)件設(shè)計中還需要綜合考慮各方面的影響因素，如房屋的進深、開間、拼縫位置以及施工現(xiàn)場的實際吊裝條件等等。在實際的設(shè)計過程中，針對墻板高度的設(shè)計可以依據(jù)單層或雙層的樓高高度進行科學(xué)設(shè)定，同時要保證豎向接縫本身所處位置要規(guī)避設(shè)定的暗柱位置，同時也要注意對構(gòu)件型號及類型等進行縮減，這樣才能更好保證其整體的設(shè)計效果。其五，在設(shè)計預(yù)制構(gòu)件配筋期間，除了需要保證其滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》等國家標(biāo)準(zhǔn)之外，還要注意結(jié)合現(xiàn)階段預(yù)制裝配式建筑工程施工的實際情況來仔細(xì)地校核它們的變形和受力情況，這樣才能更好地確保整體預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計效果。

3.3 其他預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計要點

除了上述兩種常用的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計要點之外，為了全面提升預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計效果，還要注意重點做好如下幾個方面的設(shè)計工作：其一，要科學(xué)制定完善設(shè)計方案。在開展結(jié)構(gòu)設(shè)計前，設(shè)計人員需要結(jié)合實際的設(shè)計需求來科學(xué)制定設(shè)計方案，期間要注意同建設(shè)人員進行密切溝通，彼此共同開展結(jié)構(gòu)設(shè)計方案制作實踐，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計方案應(yīng)用的可行性與有效性。其二，做好設(shè)計方案調(diào)研工作，具體就是要做好建筑工程項目所在地區(qū)的施工現(xiàn)場環(huán)境和條件等相關(guān)內(nèi)容，并需要詳細(xì)地闡述結(jié)構(gòu)設(shè)計理念與成本，有機整合構(gòu)件設(shè)計方案與實際調(diào)研的結(jié)果，保證整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的準(zhǔn)確性、合理性以及可操作性，這樣之后方可繼續(xù)開展結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

總之，預(yù)制裝配式建筑是現(xiàn)代建筑工程設(shè)計中比較常見的一種類型，尤以框架式和剪力墻式最為常見。在實際的預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計中，除了需要針對框架式和剪力墻式等制定針對性的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計方案之外。為了全面確保整體結(jié)構(gòu)體系設(shè)計效果，設(shè)計人員還要注意科學(xué)制定完善設(shè)計方案以及做好設(shè)計方案調(diào)研工作，確保夯實結(jié)構(gòu)體系設(shè)計的基礎(chǔ)，保證設(shè)計工作有可靠的數(shù)據(jù)與資料支持，這樣才能全面確保預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計效果。