基于裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

王少華

（安徽建筑大學(xué)設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230022）

建筑行業(yè)的發(fā)展，開(kāi)始關(guān)注裝配式建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，是發(fā)展的主流，更是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。但結(jié)合當(dāng)前的狀態(tài)來(lái)看，還屬于初步發(fā)展階段，需要分析和探究的內(nèi)容還有很多。其中，針對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析屬于重點(diǎn)內(nèi)容，因此本文給出了如下分析。

1 裝配式建筑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述

裝配式建筑，便是建筑當(dāng)中的主要構(gòu)件，通過(guò)預(yù)制裝配進(jìn)行集成完成的建筑形式，例如：結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外墻圍護(hù)系統(tǒng)以及內(nèi)裝系統(tǒng)等等。裝配式建筑并不單指預(yù)制的梁、柱以及板相關(guān)構(gòu)件，是非常系統(tǒng)的工程內(nèi)容，需要將預(yù)制構(gòu)件開(kāi)展模塊化生產(chǎn)，并在現(xiàn)場(chǎng)將其組合拼裝，使其完成建筑目標(biāo)。主要其中的特征包括：1）實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)；使得預(yù)制產(chǎn)品得到更加精準(zhǔn)的制作和加工；2）將生產(chǎn)效率提升，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)拼裝，可以將工期有效縮短；3）工地開(kāi)展的濕作業(yè)有效減少，并對(duì)一些能源資源進(jìn)行節(jié)約，規(guī)避現(xiàn)場(chǎng)有更多的污染形成，屬于現(xiàn)代化綠色環(huán)保施工工藝；4）裝配式建筑結(jié)構(gòu)會(huì)應(yīng)用BIM技術(shù)開(kāi)展信息化管理，所以無(wú)論是設(shè)計(jì)工作生產(chǎn)還是施工作業(yè)，都有很強(qiáng)的協(xié)同性。

在非抗震設(shè)計(jì)以及在抗震防烈度范圍6～8°的區(qū)域，對(duì)于裝配式建筑的應(yīng)用非常合適。此外，還可以在各種民用建筑中使用，例如：酒店、教學(xué)樓、住宅等。如果為甲類建筑或者抗震防裂強(qiáng)度達(dá)到9級(jí)的區(qū)域，并不適合應(yīng)用裝配式建筑。對(duì)于該項(xiàng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用體系，包括：1）裝配整體式框架結(jié)構(gòu)；2）裝配整體式框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)；3）裝配整體式框架-現(xiàn)澆核心筒結(jié)構(gòu)；4）裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)；5）裝配整體式部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)等。預(yù)制構(gòu)件的上下層豎向連接，目前主要通過(guò)鋼筋套筒灌漿連接、鋼筋漿錨搭接連接以及雙面疊合剪力墻空腔內(nèi)設(shè)置豎向連接鋼筋連接。

2 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

一般來(lái)說(shuō)，針對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要有4個(gè)設(shè)計(jì)流程：1）選擇技術(shù)。針對(duì)技術(shù)選擇時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)裝配式建筑工程的位置做好選擇，設(shè)定好施工規(guī)模，并對(duì)工程項(xiàng)目的四周環(huán)境、地質(zhì)地貌等有詳細(xì)的了解，對(duì)其工程項(xiàng)目施工成本精準(zhǔn)計(jì)算，以便使編制的技術(shù)方案更加完整、合理，確保建筑結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)性，也會(huì)為施工人員提供更多的數(shù)據(jù)依據(jù)；2）在設(shè)計(jì)施工方案時(shí)，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合裝配式建筑的特征，對(duì)施工方案科學(xué)編制，如果施工方案不能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工有效指導(dǎo)，會(huì)影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及安全性。此外，由于裝配式建筑結(jié)構(gòu)中對(duì)于方案的設(shè)計(jì)有一定的難度，系統(tǒng)性很強(qiáng)，所以設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中要非常嚴(yán)謹(jǐn)和細(xì)致；3）施工圖設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)者要根據(jù)選用的技術(shù)以及初步設(shè)計(jì)內(nèi)容，綜合建筑中每個(gè)專業(yè)提供的數(shù)據(jù)參數(shù)，對(duì)預(yù)制構(gòu)件的安裝要求有所明確，尤其是項(xiàng)目中的關(guān)鍵部位，防水設(shè)計(jì)等內(nèi)容要有所加強(qiáng)；4）預(yù)制構(gòu)件加工設(shè)計(jì)。在該項(xiàng)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)方與預(yù)制構(gòu)件加工企業(yè)要積極溝通，與其開(kāi)展協(xié)同設(shè)計(jì)，并依照現(xiàn)場(chǎng)施工情況，為加工企業(yè)提供需要的構(gòu)件尺寸設(shè)計(jì)圖紙，以便對(duì)需要使用的各項(xiàng)管線穩(wěn)定性給予保障。根據(jù)預(yù)制構(gòu)件提出的運(yùn)輸要求以及吊裝要求，指派專業(yè)人員對(duì)預(yù)制構(gòu)件、起吊設(shè)備等提前設(shè)置。

3 裝配式構(gòu)件特征以及應(yīng)用效果分析

3.1 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)特征

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)最突出的特征便是需要在工廠內(nèi)將樓板完成一半的制作，之后將半成品運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，利用吊裝對(duì)上層鋼筋綁扎作業(yè)進(jìn)行組織，實(shí)施混凝土澆筑即可。

梁結(jié)構(gòu)主要有主梁以及次梁，主梁產(chǎn)生的作用是對(duì)上部荷載進(jìn)行承受，使荷載向柱以及墻體有效傳輸。次梁也會(huì)對(duì)荷載有效傳遞，使上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載向主梁有所傳輸。在廠內(nèi)，前期對(duì)其生產(chǎn)時(shí)需要主梁上部以及四周將連接鋼筋預(yù)留出來(lái)，并針對(duì)次梁的安裝口進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣在將其運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)之后，能夠使主梁和次梁之間的連接更加穩(wěn)定。

3.2 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)以及劣勢(shì)分析

優(yōu)勢(shì)：1）與鋼結(jié)構(gòu)相比，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性更為突出，耐火性也更強(qiáng)，后期保養(yǎng)與維修工作量有所減少；2）結(jié)構(gòu)比較完整，并沒(méi)有殘缺以及零散的情況；3）有極好的可塑性，可以結(jié)合施工提出的標(biāo)準(zhǔn)要求制作成需要的結(jié)構(gòu)形狀，進(jìn)而對(duì)個(gè)性化施工要求給予滿足；4）不需要使用太多的材料。傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)大量鋼材進(jìn)行使用，所以需要投入的成本比較高，而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)只需要利用水泥混合料，便可對(duì)部分鋼筋進(jìn)行取代，所以減少了鋼材的用量。

缺點(diǎn)：1）有較大的自重，一般來(lái)說(shuō)鋼筋混凝土具有的密度大概為25KN/m，與砌體和木材相比，有非常大的重量。盡管與鋼筋相比，比重更小，但會(huì)有較大的截面尺寸，所以自重也有所增加，與同跨度的鋼結(jié)構(gòu)相比，重量又明顯增加；2）沒(méi)有較強(qiáng)的混凝土抗拉強(qiáng)度，如外力對(duì)其產(chǎn)生的作用力較大，便會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題。裂縫并不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的正常應(yīng)用造成影響，但會(huì)降低耐久性；3）有較長(zhǎng)的施工工期；4）補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)有很大的難度。

4 裝配式建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

4.1 預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

站在預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)角度分析，框架結(jié)構(gòu)體系占據(jù)的地位異常關(guān)鍵，對(duì)比剪力墻結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢(shì)特征便是質(zhì)量更輕，且在運(yùn)輸材料時(shí)也更加便捷。此外，在較低樓層的建筑施工當(dāng)中，會(huì)對(duì)預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用，充分展現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)綠色發(fā)展以及環(huán)保的目標(biāo)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)需要在工廠當(dāng)中提前生產(chǎn)好，預(yù)制好疊合板以及疊合梁，利用運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，開(kāi)展焊接施工以及澆筑施工，便能完成施工內(nèi)容。設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)時(shí)，需要關(guān)注的內(nèi)容要點(diǎn)包括：1）針對(duì)框架結(jié)構(gòu)開(kāi)展的焊接設(shè)計(jì)，是重點(diǎn)內(nèi)容之一，需要對(duì)其承受的抗壓情況充分考量，結(jié)合不同的位置，采用相應(yīng)的焊接措施。此外，對(duì)框架內(nèi)部荷載能力產(chǎn)生影響的主要因素有軸力以及剪力，所以在計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要分步開(kāi)展；2）框架的整體設(shè)計(jì)工作需要完善，確保平整性與施工要求相符合，提升支柱的穩(wěn)定性能。其中，需要關(guān)注的事項(xiàng)為：內(nèi)部結(jié)構(gòu)當(dāng)中，梁和柱設(shè)置的中心線要在同一平面內(nèi)，且保持好一致的方向；3）裝配式建筑中使用的梁以及柱，需要應(yīng)用剛接點(diǎn)的形式進(jìn)行交接，才能對(duì)基礎(chǔ)的牢固性給予保障。其中，混凝土的應(yīng)用等級(jí)需高于C30。

4.2 分析預(yù)制裝配剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對(duì)于預(yù)制裝配剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，最關(guān)鍵的受力結(jié)構(gòu)便是剪力墻以及梁板。在預(yù)制剪力墻當(dāng)中包括兩種結(jié)構(gòu)，其一為全預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)；其二為半預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)出來(lái)的結(jié)構(gòu)體系，需要對(duì)建筑抗震規(guī)范設(shè)計(jì)中提出的要求完全相符，并符合高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程。此外，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體系時(shí)，需要遵循的要點(diǎn)包括1）對(duì)于剪力墻的布置，不論是橫向還是縱向，都要根據(jù)具體情況開(kāi)展。其中，在端部山墻結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，要設(shè)置好預(yù)制承重板，之后墻體的填充工作，可借助預(yù)制承重板以及預(yù)制輕質(zhì)完成；2）豎向的抗側(cè)力構(gòu)件與受力鋼筋漿錨固之間的結(jié)合，借助澆筑的形式便能完成，對(duì)于連接，有非常強(qiáng)的整體性；3）對(duì)于結(jié)構(gòu)件的連接，設(shè)計(jì)時(shí)需要明確好傳力，以便增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度及剛度，使裝配式建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力更加理想。

4.3 把控建筑成本

無(wú)論哪項(xiàng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都需要對(duì)建筑成本合理把控。為了使裝配式建筑在成本方面得到更加理想的控制，設(shè)計(jì)方需要在各環(huán)節(jié)做好預(yù)算，例如：生產(chǎn)PC構(gòu)件環(huán)節(jié)、運(yùn)輸構(gòu)件環(huán)節(jié)以及安裝環(huán)節(jié)等。站在不同的角度以及層面，對(duì)生產(chǎn)構(gòu)件的工廠能力、運(yùn)輸過(guò)程、吊裝能力等做好考量，正式施工之前還要針對(duì)該工程項(xiàng)目做出造價(jià)預(yù)算，以免在施工中有浪費(fèi)問(wèn)題以及不必要的資金支出?，F(xiàn)在，生產(chǎn)PC構(gòu)件的規(guī)范并不是非常統(tǒng)一，以至于生產(chǎn)市場(chǎng)存在一些混亂問(wèn)題，發(fā)展并不穩(wěn)定，以至于構(gòu)件成本有些高，這也對(duì)相關(guān)企業(yè)的發(fā)展造成了阻礙。面對(duì)這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)方在正式施工之前，一定要做出相應(yīng)的施工預(yù)算，進(jìn)一步優(yōu)化構(gòu)件種類，使生產(chǎn)成本得以減小，有益于對(duì)工程項(xiàng)目整體造價(jià)的把控。

4.4 構(gòu)件拆分設(shè)計(jì)要點(diǎn)

設(shè)計(jì)預(yù)制構(gòu)件時(shí)，需要對(duì)生產(chǎn)方的工藝生產(chǎn)水平進(jìn)行參考，遵循“少規(guī)格多組合”的拆分原則，對(duì)其尺寸的合適性給予保障，可以使建筑物結(jié)構(gòu)間存在的誤差有所降低，減少由于尺寸不正確出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題。此外，還要監(jiān)督管理施工方的吊裝水平，采取正確的方式和相應(yīng)的位置，使調(diào)運(yùn)工作完成。很多單位拆分構(gòu)件，其目的是將施工成本降低，確保整體施工流程的有序性，有益于現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)每個(gè)施工點(diǎn)進(jìn)行把控和管理。其中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)安全性和運(yùn)輸構(gòu)件等相關(guān)工作進(jìn)行考慮，使得預(yù)制構(gòu)件實(shí)施合理的調(diào)整拆分以及再設(shè)計(jì)，能夠使施工建設(shè)有更多的保障。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，對(duì)于裝配式建筑結(jié)構(gòu)開(kāi)展的設(shè)計(jì)工作，還有很多問(wèn)題需要解決，其中要完善各項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的把控，做好綜合分析以及考量，面向低碳環(huán)保綠色建筑方向發(fā)展，才能迎合新時(shí)期建筑市場(chǎng)提出的要求。所以，設(shè)計(jì)人員要掌控好相應(yīng)的設(shè)計(jì)流程、整體布局以及技術(shù)要點(diǎn)等，以便使設(shè)計(jì)的內(nèi)容更加合理，提升裝配式建筑質(zhì)量。