預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計

商王林

（浙江大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

預(yù)制裝配式建筑長期以來作為我國建筑行業(yè)不斷發(fā)展的關(guān)鍵，其在施工期間，結(jié)構(gòu)設(shè)計往往會受到構(gòu)件安裝繁瑣、市場環(huán)境發(fā)展更具多變性等多方面的制約，促使建筑結(jié)構(gòu)性能的實質(zhì)效用不能全面展現(xiàn)。所以為了對這一問題進行妥善的處理，相關(guān)工作者必須著重針對現(xiàn)階段預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的建設(shè)現(xiàn)狀展開深入的研究，借此了解優(yōu)化設(shè)計的主要方向和內(nèi)容。由此一來便可以促使預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性與質(zhì)量得以有效提升，以此達到對建筑物環(huán)保性與經(jīng)濟性等多方面的要求。

一、預(yù)制裝配式建筑體系與設(shè)計的重要作用

就預(yù)制裝配式建筑而言，由于其具有可靠性較高的特性，因此，在我國建筑行業(yè)中的運用十分普遍，是促進建筑行業(yè)不斷發(fā)展的主要因素。但是，在實際施工期間，由于對這一課題的探討并不深入，促使現(xiàn)有設(shè)計要求和相關(guān)政策沒有完全涉及預(yù)制裝配式建筑機構(gòu)體系與其設(shè)計。而之所以會出現(xiàn)這一現(xiàn)象，主要是因為結(jié)構(gòu)工程師沒有對相關(guān)設(shè)計理念予以正確了解，從某種程度上對預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的不斷發(fā)展產(chǎn)生了制約。所以，相關(guān)工作者就必須著重針對預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展近況展開研究，從而為接下來優(yōu)化設(shè)計工作的順利進行奠定良好的基礎(chǔ)，這樣一來，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計便可以更具科學(xué)性與有效性，進而促進建筑行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

二、預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展近況

就民用建筑來講，可供結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)形式十分豐富，例如，多層以及底層住宅建筑，能夠在木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、新型普通鋼結(jié)構(gòu)以及輕鋼-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等各類形式之內(nèi)予以選取。就施工層面而言，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)主要涉及以下兩種：首先，預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)所應(yīng)用的施工材料主要為鋼材，例如鋼柱和鋼梁等等。其次，預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)所應(yīng)用的建設(shè)材料主要為混凝，建筑工程在做好混凝土構(gòu)件生產(chǎn)預(yù)制工作以后，會借助運輸設(shè)備在工程施工現(xiàn)場進行安裝。

但是，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要涉及材料選取、整體設(shè)計、裝配施工與竣工驗收等多個環(huán)節(jié)，提高了設(shè)計質(zhì)量管控的難度系數(shù)。在這期間，最必不可少的構(gòu)件連接技術(shù)主要具有復(fù)雜性較高的特性，也就是借助同一結(jié)構(gòu)安排，不一樣的連接技術(shù)促使最后產(chǎn)生的力學(xué)結(jié)構(gòu)和抗震性同樣存在一定的不同。所以，相關(guān)研究人員就必須立足于科學(xué)技術(shù)的層面著手，借助已有的體系設(shè)計技術(shù)，確保預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計的順利進行。

三、預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系及其優(yōu)化設(shè)計

（一）明確預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系和抗震性之間的關(guān)系

對于應(yīng)用最為廣泛的裝配式整體預(yù)應(yīng)力粄柱體系而言，主要涉及整塊板和多塊板，其中多塊板不但可以減小預(yù)制板尺度及其重量，還能夠為吊裝施工提供助力。施工者必須在構(gòu)件安裝期間借助斜撐來強化預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的整體可靠性。在抗震性層面，因為預(yù)制裝配你是混凝土結(jié)構(gòu)往往會受到受力構(gòu)件剛度以及節(jié)點剛度的影響，所以，抗震性和結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制關(guān)系必須立足于節(jié)點種類著手。

整體而言，由于節(jié)點的差異，預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)主要涉及干式連接鉸接連接節(jié)點、濕式連接剛性連接節(jié)點以及柔性連接節(jié)點三種凡是。首先，干式連接鉸接連接節(jié)點沒有轉(zhuǎn)動剛度，在承受豎向載荷中應(yīng)用的較為適宜，不需要對抗震設(shè)防進行過多的思考，并且風(fēng)壓不高，在低層建筑工程中應(yīng)用的較為廣泛。其次，濕式連接剛性連接節(jié)點所具有的轉(zhuǎn)動剛度和現(xiàn)澆混凝土梁柱節(jié)點十分相似，因此，在力學(xué)性能方面也和現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)十分接近，在各類預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的都較為廣泛。最后，柔性連接節(jié)點，主要位于鉸接連接節(jié)點和剛性連接階段之間，即使具有一定的轉(zhuǎn)動剛度，然而也缺少一定依據(jù)。因為各種節(jié)點形式所具有的剛度和能耗性能之間都存在一定的不同，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計就應(yīng)該根據(jù)節(jié)點連接技術(shù)的選擇，確保力學(xué)和抗震性設(shè)計的合理性。

（二）結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化設(shè)計

相關(guān)設(shè)計人員必須按照節(jié)點形式予以進一步劃分，以此為接下來明確的結(jié)構(gòu)高年以及簡圖計算奠定良好的基礎(chǔ)。就干式連接鉸接連接結(jié)構(gòu)、濕式連接剛性連接結(jié)構(gòu)與柔性連接結(jié)構(gòu)而言，都是預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)種類。除此之外，還涉及混合連接結(jié)構(gòu)，極易受到結(jié)構(gòu)力學(xué)性能、施工現(xiàn)場便捷施工狀態(tài)、工程造價成本以及抗震性等多方面的制約，然而由于全面性較高，必然是日后預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系設(shè)計的核心內(nèi)容。在此過程中必須高度重視的是，即使劃分方式有所不同，然而依舊能夠進行統(tǒng)一劃分。例如，預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)同樣能夠劃分成干式連接鉸接連接結(jié)構(gòu)、濕式連接剛性連接結(jié)構(gòu)以及柔性連接結(jié)構(gòu)三種，所以，就結(jié)構(gòu)體系差異的方面而言，幾乎不會對設(shè)計工作的順利進行產(chǎn)生制約。

（三）建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

預(yù)制裝配式建筑工程在根據(jù)既定規(guī)范要求進行設(shè)計時，必須對以下幾方面予以高度重視：

首先，把提高工程建設(shè)質(zhì)量和改善施工環(huán)境當(dāng)作主要的設(shè)計目標(biāo)，創(chuàng)新設(shè)計思路，注重結(jié)構(gòu)性能和施工技術(shù)的前沿性，以此達到預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

其次，組織工程設(shè)計人員著重針對結(jié)構(gòu)概念及其力學(xué)知識進行教育培訓(xùn)，從而讓預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)的實踐應(yīng)用可以更具有效性。

最后，針對混合連接結(jié)構(gòu)體系而言，必須借助以下幾種措施進行設(shè)計：首先，在對柔性連接結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，必須嚴格根據(jù)既定規(guī)范要求著重針對剛度降低系數(shù)予以確認，同時和結(jié)構(gòu)具體情況予以有機的結(jié)合，以此不斷提升取值的真實性格與有效性。其次，在對干式連接鉸接結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行設(shè)計時，必須對桿端設(shè)置彎矩。在此期間，桿端箍筋僅僅需要根據(jù)斜截面承載力展開計算設(shè)計，并不需要對加密箍筋及其延伸進行設(shè)計。在建筑工程處在水平地震作用下，由于其受力邊柱往往會借助軸力進行抵抗，因此，在對柱承載力進行設(shè)計的過程中，必須對抗震系數(shù)進行深入的思考，并根據(jù)實際情況予以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以此確保科學(xué)性。

結(jié)束語：總而言之，對預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系所展開的設(shè)計優(yōu)化，必須在了解結(jié)構(gòu)體系與其抗震性關(guān)系的基礎(chǔ)上，著重針對體系以及結(jié)構(gòu)設(shè)計展開科學(xué)設(shè)計。也就是按照預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系，選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)計控制措施。例如，小高層結(jié)構(gòu)在進行設(shè)計的過程中，就需要借助鉸接結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)與耗能減震元件這種組合方式，在提高結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)性能的基礎(chǔ)上，加強其抗風(fēng)抗震性。根據(jù)實踐表明，在對預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系施工情況進行充分了解的基礎(chǔ)上，才可以對預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)展開優(yōu)化設(shè)計。所以，相關(guān)施工者必須把上述研究和科研結(jié)果不斷的作用在各種施工標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)環(huán)境的工程中，從而推動建筑行業(yè)的不斷發(fā)展。