裝配式混凝土住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

康樂

（山西晉設(shè)拓凡建筑設(shè)計咨詢有限公司，山西太原 030013）

依托政策支持與科技支撐，裝配式建筑近年來在我國得到了迅速發(fā)展，與裝配式建筑相關(guān)的研究、實踐也不斷增多。裝配式混凝土住宅是采用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系的住宅，相較于傳統(tǒng)住宅，裝配式混凝土住宅有著施工周期短、現(xiàn)場施工簡便、質(zhì)量可靠、節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)勢。

1 裝配式建筑

1.1 特征

裝配式建筑指的是在工廠內(nèi)預制構(gòu)件、現(xiàn)場對預制構(gòu)件進行裝配、安裝的一類建筑。裝配式建筑做到部品生產(chǎn)工業(yè)化、建筑設(shè)計標準化、現(xiàn)場施工裝配化、過程管理信息化、結(jié)構(gòu)裝修一體化，這也是裝配式建筑的主要特征。具體來說：

（1）在設(shè)計階段，裝配式建筑注重一體化、標準化設(shè)計，同時與信息化技術(shù)協(xié)同設(shè)計，倡導設(shè)計與施工的緊密結(jié)合。普通建筑不強調(diào)一體化設(shè)計，設(shè)計與施工存在明顯的脫節(jié)現(xiàn)象。

（2）在施工階段，裝配式建筑注重設(shè)計施工一體化、施工隊伍專業(yè)化、構(gòu)件生產(chǎn)工廠化、現(xiàn)場施工裝配化。普通建筑現(xiàn)場施工多為手工操作、濕作業(yè)較多，工人整體素質(zhì)不高。

（3）在管理階段，裝配式建筑通常采取總承包模式，全過程開展信息化管理，可促進效益的最大化。普通建筑通常是以包代管，依賴勞務(wù)市場分包，專業(yè)化協(xié)同較弱，設(shè)計與施工各自為政。

（4）在裝修階段，裝配式建筑注重建筑設(shè)計與裝修同步，主體結(jié)構(gòu)與裝修一體化。普通建筑通主要是毛坯房，需要進行二次裝修。

（5）在驗收階段，裝配式建筑采取的是全過程質(zhì)量檢驗、驗收。普通建筑為竣工分部、分項抽檢。

1.2 優(yōu)勢

裝配式建筑的數(shù)量近年來不斷增多，究其原因在于裝配式建筑有著諸多普通建筑不具備的優(yōu)勢。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）普通建筑需要現(xiàn)場測量下料，材料消耗量、耗損量均比較大。裝配式建筑實現(xiàn)了部品生產(chǎn)工業(yè)化，有效減少材料使用量的同時材料的耗損量也比較低，可有效降低材料成本，還可以避免不必要的建材資源浪費。

（2）普通建筑需要現(xiàn)場測量下料，設(shè)置滿堂模板、腳手架，外加到頂，模板工程量較大，因此施工周期較長，同時用工量較大，據(jù)調(diào)查普通建筑每標準層的用工量約為185.5 工日。裝配式建筑在工廠內(nèi)預制各種配件，不需要現(xiàn)場下料，僅需設(shè)置2 層腳手架，減少了現(xiàn)場的施工量，因此可以有效縮短施工周期，還可以減少施工現(xiàn)場的用工量，據(jù)調(diào)查裝配式建筑每標準層的用工量約為125 工日。

（3）普通建筑現(xiàn)場施工中濕作業(yè)、切割作業(yè)較多，會出現(xiàn)多種污染。裝配式建筑在施工現(xiàn)場僅需對預制構(gòu)件進行安裝，現(xiàn)場施工更加簡便，無須現(xiàn)場進行切割作業(yè)，因此污染較小，符合環(huán)保、綠色的要求。

（4）普通建筑存在多種質(zhì)量問題。裝配式建筑基本消除了傳統(tǒng)施工方式下的各種質(zhì)量通病。

2 裝配式混凝土住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2.1 結(jié)構(gòu)體系選擇

在裝配式混凝土住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)體系選擇是一項要點內(nèi)容，必須根據(jù)裝配式混凝土住宅的實際情況，對結(jié)構(gòu)體系進行合理選擇。裝配式混凝土住宅的結(jié)構(gòu)體系主要包括以下幾種類型：

（1）裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系。這一結(jié)構(gòu)體系是住宅類建筑現(xiàn)階段普遍采用的一種結(jié)構(gòu)體系，具有安全性以及抗震性能較好的優(yōu)勢。該結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件是梁、板、剪力墻，主要是疊合板，部分為疊合梁以及預制混凝土墻板。針對裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，在進行設(shè)計的時候，應(yīng)對預制剪力墻的橫縱布置進行科學設(shè)計，從現(xiàn)場裝配施工以及外墻保溫、裝飾一體化等方面考慮，應(yīng)當優(yōu)先選擇外圍護預制剪力墻結(jié)構(gòu)。

（2）裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。這一結(jié)構(gòu)體系與預制剪力墻相比，預制梁、柱、板的質(zhì)量更小、更加便于運輸，所以目前裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)在裝配式混凝土住宅領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用。預制梁、柱、板是在工廠內(nèi)生產(chǎn)完成，對疊合層的鋼筋進行預留，為保障結(jié)構(gòu)的整體性，在現(xiàn)場裝配施工的時候，應(yīng)確保疊合板、疊合梁的中軸線處于同一水平，盡可能地控制偏差。此外，應(yīng)確保裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)的支撐能力可以滿足施工中承載能力的要求。

（3）裝配整體式疊合剪力墻結(jié)構(gòu)體系。這一結(jié)構(gòu)是采取部分現(xiàn)澆、部分預制工藝制作而成的鋼筋混凝土剪力墻，可分為單面保溫疊合剪力墻、雙面疊合剪力墻兩種類型。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢包括構(gòu)件質(zhì)量較小、防水性能較好、容錯性較強以及對運輸設(shè)備、起吊設(shè)備的要求不高。但裝配整體式疊合剪力墻結(jié)構(gòu)也有一定的缺點，即與其他兩種結(jié)構(gòu)體系相比，裝配整體式疊合剪力墻結(jié)構(gòu)的用鋼量較大，因此成本較高。

2.2 預制構(gòu)件設(shè)計

裝配式混凝土住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)遵循模塊化、多組合、少規(guī)格的原則，全面考慮預制裝配率、結(jié)構(gòu)體系、建筑實際情況等因素，對預制構(gòu)件進行科學選擇。同時，應(yīng)盡量提高預制構(gòu)件的重復利用率，以實現(xiàn)工程成本的降低。在預制構(gòu)件設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)建筑使用功能、主體結(jié)構(gòu)形式等，選擇便于重復生產(chǎn)、適合裝配施工、模數(shù)協(xié)調(diào)的部位，如樓板、墻板、空調(diào)板、樓梯板、陽臺板、框架梁和柱等為預制構(gòu)件。上述部品部件易于標準化設(shè)計、工業(yè)化生產(chǎn)，也可以減少腳手架、模板的使用量，有利于提高施工效率、縮短施工周期、降低后期維護成本。

2.3 預制構(gòu)件拆分

建筑設(shè)計標準化是裝配式建筑的一個主要特征，其核心在于科學拆分預制構(gòu)件。通常情況下，可根據(jù)主體結(jié)構(gòu)受力情況，對構(gòu)件拆分部位進行科學確定，按照模數(shù)協(xié)調(diào)原則，拆分預制構(gòu)件。在對構(gòu)件進行拆分的過程中，應(yīng)遵循便于構(gòu)件標準化的原則，盡可能地減少構(gòu)件的種類，對構(gòu)件的規(guī)格進行統(tǒng)一，以實現(xiàn)構(gòu)件重復使用率的提高，降低整體成本。在拆分預制構(gòu)件的時候，應(yīng)堅持工廠便于生產(chǎn)預制構(gòu)件、運輸預制構(gòu)件、預制構(gòu)件吊裝及現(xiàn)場安裝的原則。尤其是混凝土構(gòu)件，不僅要容易堆放，還要節(jié)省空間，應(yīng)做到不超高、不超寬、不超重，以便于運輸、吊裝。此外，在預制構(gòu)件截面尺寸相同的情況下，鋼筋數(shù)量、間距應(yīng)當盡可能一致，以防邊模過于多樣化而給生產(chǎn)效率帶來的不利影響、避免吊裝時出錯。對預制構(gòu)件的拆分方案進行合理確定，實現(xiàn)標準化設(shè)計，盡量提高預制構(gòu)件的通用性、重復使用率，實現(xiàn)成本的降低，充分發(fā)揮裝配式建筑的優(yōu)勢。

2.4 結(jié)構(gòu)布置

應(yīng)結(jié)合裝配化，對裝配式混凝土住宅的結(jié)構(gòu)布置進行優(yōu)化設(shè)計，不接按現(xiàn)澆設(shè)計再進行拆分。裝配式混凝土住宅的結(jié)構(gòu)布置主要包括現(xiàn)澆和裝配部分。通常來說，樓板應(yīng)當使用疊合樓板，開間較大或者是平面復雜的樓層、結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層、作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層，應(yīng)當采用現(xiàn)澆樓板；地下室部分、框架結(jié)構(gòu)首層柱、剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強部位的剪力墻、電梯井筒等部分，應(yīng)當采用現(xiàn)澆；樓板與墻體、樓板與樓板之間的接縫，應(yīng)確保結(jié)構(gòu)安全。豎向構(gòu)件如承重預制外墻等應(yīng)當上下連續(xù)，截面應(yīng)當規(guī)則、簡單，同時沿兩個方向進行布置；預制墻的門窗洞口應(yīng)當成列布置、上下對齊，不應(yīng)使用轉(zhuǎn)角窗，且平面位置、尺寸應(yīng)滿足預制構(gòu)件設(shè)計、結(jié)構(gòu)受力的要求。易出現(xiàn)剛度突變、豎向承載力的位置，可以局部使用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

2.5 結(jié)構(gòu)計算

計算工作在裝配式混凝土住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中占據(jù)著重要的地位，必須給予高度重視。計算工作的內(nèi)容主要包括接縫承載力驗算、結(jié)構(gòu)主體受力計算以及施工階段脫模起吊、運輸、堆放等的驗算。在結(jié)構(gòu)主體計算的過程中，應(yīng)當使用現(xiàn)澆建筑的計算方法，但需要適當放大現(xiàn)澆墻肢地震力，同時合理調(diào)整位移比、周期比。在計算預制墻板水平接縫的受剪承載力時，應(yīng)對墻板受拉時的折減進行重點考慮，并要復核底部加強區(qū)預制墻板接縫的承載力。有必要的情況下，應(yīng)進行補充計算，例如構(gòu)件裝配施工中需要對吊點、重心進行驗算，結(jié)構(gòu)使用階段應(yīng)對預制墻、柱水平接縫以及預制梁豎向接縫進行驗算，并要計算連接節(jié)點。在開展計算工作的過程中，應(yīng)高度重視窗洞口下墻體剛度對結(jié)構(gòu)整體剛度的影響，按照在樓層頂面標高處設(shè)縫的雙連梁進行設(shè)計。預制墻板長度較長的情況下，可以在其中部設(shè)置結(jié)構(gòu)洞，以減小結(jié)構(gòu)剛度，確保結(jié)構(gòu)剛度的合理性，同時將聚苯板填充在洞中，可以實現(xiàn)墻板質(zhì)量的減輕。但如果結(jié)構(gòu)計算的過程中只考慮結(jié)構(gòu)洞口，未考慮聚苯板，則會導致結(jié)構(gòu)剛度計算與實際存在較大的差距。

3 結(jié)語

綜上所述，與普通建筑相比，裝配式建筑有明顯的優(yōu)勢，因此在我國建筑行業(yè)有良好的應(yīng)用前景。裝配式混凝土住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)充分考慮建筑的實際情況，把握好結(jié)構(gòu)體系選擇、預制構(gòu)件設(shè)計、預制構(gòu)件拆分、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)計算等要點，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，從而為實現(xiàn)裝配式混凝土住宅建設(shè)質(zhì)量的提高奠定良好基礎(chǔ)。