裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化路徑分析

路高峰

（保定市城鄉(xiāng)建筑設(shè)計(jì)研究院，河北 保定 071000）

引言

預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)在該施工技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中有著非常重要的意義，其設(shè)計(jì)效果直接影響到預(yù)制裝配式建設(shè)的后期施工質(zhì)量與施工效益。因此在進(jìn)行建筑施工方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中，也就需要結(jié)合建筑工程的實(shí)際施工需求以及當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，進(jìn)行施工方案的合理設(shè)計(jì)，從而為后續(xù)工程施工奠定良好基礎(chǔ)，對(duì)于預(yù)制裝配式建筑施工效益和施工質(zhì)量的提升有著重要意義。

一、裝配式建筑設(shè)計(jì)相關(guān)概述

（一）裝配式建筑的概述分析

在裝配建筑設(shè)計(jì)時(shí)，使用的混凝土原始施工材料較少，可以在一些生產(chǎn)加工廠預(yù)先制造一些建筑構(gòu)件，然后將構(gòu)件運(yùn)輸?shù)绞┕?chǎng)地來(lái)拼裝，這能夠加快施工的效率。裝配式建筑大多數(shù)構(gòu)件都是在生產(chǎn)加工廠完成制造，這樣能夠完成大批量的生產(chǎn)制造，降低構(gòu)件生產(chǎn)的成本，同時(shí)，裝配構(gòu)件直接進(jìn)入到施工場(chǎng)地，減少了施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)面積。裝配建筑是未來(lái)建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，它可以縮短項(xiàng)目工期，有著綠色環(huán)保的性能，但是在整個(gè)裝配式建筑建設(shè)過(guò)程中，對(duì)技術(shù)要求較高，如果設(shè)計(jì)方案存在一些錯(cuò)誤，那么就有可能會(huì)影響到后期建筑裝配的效果，容易產(chǎn)生更嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。裝配式的建筑設(shè)計(jì)要給予更高的關(guān)注度，盡量提高標(biāo)準(zhǔn)化、信息化水平，在施工場(chǎng)地進(jìn)行有效組裝。

（二）裝配式建筑設(shè)計(jì)階段及內(nèi)容

裝配式建筑設(shè)計(jì)貫穿于建筑設(shè)計(jì)的全周期，主要涵蓋以下六個(gè)階段：第一，策劃階段:設(shè)計(jì)單位應(yīng)該按照當(dāng)?shù)匮b配式政策、指標(biāo)、實(shí)施范圍的要求，考慮產(chǎn)業(yè)布局、同類(lèi)項(xiàng)目比較等因素，制定出符合項(xiàng)目特點(diǎn)的裝配式定位。第二，方案、初步設(shè)計(jì)階段:確定裝配式建筑體系方案及裝配式內(nèi)容，完成初步拆分，并進(jìn)行裝配式指標(biāo)、各類(lèi)構(gòu)件連接方案及噸位控制計(jì)算。第三，施工圖設(shè)計(jì)階段:建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、裝修等專(zhuān)業(yè)對(duì)裝配式范圍、面積、標(biāo)準(zhǔn)、采取措施進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，繪制預(yù)制構(gòu)件詳圖，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)深度和施工圖審查需求。第四，深化設(shè)計(jì)階段:完成施工安裝的裝配圖及技術(shù)節(jié)點(diǎn)詳圖設(shè)計(jì)，進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件脫模、運(yùn)輸、吊裝、臨時(shí)支撐等驗(yàn)算，預(yù)埋件、預(yù)制構(gòu)件連接件等設(shè)計(jì)及洞口預(yù)留布置及避讓?zhuān)瓿砷T(mén)、窗、幕墻等集成設(shè)計(jì)內(nèi)容。第五，生產(chǎn)階段:對(duì)生產(chǎn)廠家進(jìn)行技術(shù)交底及答疑，協(xié)助構(gòu)件廠家確定生產(chǎn)、脫模、堆放、運(yùn)輸方案，修改生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)計(jì)問(wèn)題。第六，安裝階段:對(duì)施工單位進(jìn)行技術(shù)交底及答疑，協(xié)助施工單位確定預(yù)制構(gòu)件堆放、吊裝方案，解決施工現(xiàn)場(chǎng)與設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題。

（三）裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范與要點(diǎn)

在裝配建筑設(shè)計(jì)期間，應(yīng)注重設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、可行性，在保障建筑安全可靠、功能完善的情況下，盡量減少能源消耗，依靠專(zhuān)業(yè)精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)方案更加全面、標(biāo)準(zhǔn)，由此取得更大的綜合效益。一般情況下，在建筑方案設(shè)計(jì)中，先應(yīng)根據(jù)建筑物功能需求，對(duì)柱網(wǎng)、外觀、戶(hù)型等進(jìn)行深入探究，提出行之有效的改進(jìn)意見(jiàn)，使建筑結(jié)構(gòu)高度、復(fù)雜度等均處于允許范圍。在初步設(shè)計(jì)期間，還應(yīng)綜合考慮建筑材料、結(jié)構(gòu)體系、關(guān)鍵參數(shù)等方面，對(duì)比分析多個(gè)方案的可行性、經(jīng)濟(jì)性，從中選出最佳設(shè)計(jì)方案；還應(yīng)堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化配筋原則，利用軟件技術(shù)精準(zhǔn)計(jì)算，結(jié)合實(shí)際情況合理調(diào)整設(shè)計(jì)模型與方案，確保設(shè)計(jì)全過(guò)程均處于可控范圍。一般情況下，在裝配建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，技術(shù)人員應(yīng)制定相應(yīng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，利用BIM 技術(shù)開(kāi)展相應(yīng)工作。通常主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不但要確保整體質(zhì)量良好，還要兼顧建筑的各項(xiàng)功能，且盡可能控制工程造價(jià)，提高各類(lèi)資源利用率，極大地提升建筑總體經(jīng)濟(jì)效益。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方面，主要包括兩個(gè)方面：首先，明確建筑各類(lèi)功能要求，科學(xué)排列主體結(jié)構(gòu)，細(xì)致研究柱體節(jié)點(diǎn)以及內(nèi)部構(gòu)造；其次，根據(jù)項(xiàng)目總體水平，對(duì)建筑材料、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等參數(shù)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)工作更加科學(xué)高效。

二、裝配式建筑帶來(lái)的工作挑戰(zhàn)

裝配式建筑為結(jié)構(gòu)工種的設(shè)計(jì)變革，而實(shí)際上所有建筑項(xiàng)目均為專(zhuān)業(yè)協(xié)作的系統(tǒng)工作，系統(tǒng)內(nèi)任何變化都會(huì)對(duì)其他工種帶來(lái)影響，尤其作為領(lǐng)頭的建筑專(zhuān)業(yè)，更應(yīng)該認(rèn)識(shí)及面對(duì)其對(duì)設(shè)計(jì)工作帶來(lái)的挑戰(zhàn)。由于裝配式的建造模式較傳統(tǒng)項(xiàng)目產(chǎn)生變化，部分傳統(tǒng)施工項(xiàng)目的設(shè)計(jì)做法將不再適用，或失去其意義，普遍存在以下例子：第一，傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑樓面采用濕式作業(yè)，管線(xiàn)預(yù)埋樓板或墻中，不利于日后檢修或調(diào)整。而裝配式建筑提倡采用干式樓地面施工方式。干式工法即是“骨肉分離”，管線(xiàn)為“骨”，樓地面為“肉”。如何能完美實(shí)現(xiàn)“骨肉分離”樓面，則需要設(shè)計(jì)師認(rèn)真研究其中的構(gòu)造；第二，傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑保溫隔熱措施均為現(xiàn)場(chǎng)施工，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)可設(shè)計(jì)外保溫或內(nèi)保溫，而裝配式建筑則提倡圍護(hù)墻與保溫、隔熱集成一體化，即保溫隔熱材料與圍護(hù)墻基體一同在工廠內(nèi)制造完成，保溫性能更好，砂漿用量更節(jié)省。預(yù)制構(gòu)件采用夾心保溫方式，外掛板為兩面混凝土中間夾50mm 厚擠塑板，利用熱阻性能優(yōu)秀的玻璃纖維連接件將保溫板與結(jié)構(gòu)混凝土連接在一起，不需要黏結(jié)材料，同時(shí)兩側(cè)混凝土也作為保溫板的保護(hù)層存在。作為領(lǐng)頭的建筑設(shè)計(jì)師，需接受并提前深入學(xué)習(xí)裝配式相關(guān)構(gòu)造節(jié)點(diǎn)做法，以更好、更快地掌握裝配式建筑的精髓。作為新興的建造生產(chǎn)模式，裝配式建筑目前不可避免地存在一些問(wèn)題。例如，由于采用裝配建造方式，在建筑防水節(jié)點(diǎn)上，裝配式建筑相比現(xiàn)澆建筑有一定弱勢(shì)。部件組裝連接節(jié)點(diǎn)往往是滲水漏水的重災(zāi)區(qū)，雖然現(xiàn)在施工工藝及管理方面有了不少改進(jìn)，但依然存在不小風(fēng)險(xiǎn)，在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)此項(xiàng)采用特別止水措施。裝配式建筑目前主要應(yīng)用于地上，而很少用于地下，其中很大的原因，就是地下室環(huán)境條件復(fù)雜，目前裝配式建造技術(shù)尚無(wú)法很好地解決防水問(wèn)題。

三、裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化路徑

（一）完善裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

對(duì)于建筑工程企業(yè)而言，在進(jìn)行裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件生產(chǎn)制造時(shí)，必須根據(jù)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、構(gòu)件施工流程、構(gòu)件運(yùn)輸、后期施工結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝等進(jìn)行規(guī)范約束，從而完善裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)裝配式結(jié)構(gòu)圖時(shí)，需要考慮在不同構(gòu)件和機(jī)電設(shè)備之間預(yù)埋設(shè)管線(xiàn)，預(yù)埋孔洞，并明確預(yù)埋構(gòu)件的位置，從而完善整個(gè)裝配式構(gòu)件施工流程，這樣為后期構(gòu)件設(shè)施安裝也可以奠定基礎(chǔ)。在完善方案設(shè)計(jì)后，裝配式構(gòu)件企業(yè)需要對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行檢查和審核，從而科學(xué)有序地對(duì)構(gòu)件進(jìn)行后期加工。

（二）優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)，且節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是否合理，關(guān)系到裝配式建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。在傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，一般選用的是鋼筋或者套筒連接方式，這些連接材料的價(jià)格偏高，也就導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的建設(shè)施工成本較高。從經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)人員在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為提高節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)水平，可以通過(guò)優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件之間、預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)場(chǎng)混凝土構(gòu)件之間的節(jié)點(diǎn)連接方式來(lái)最大限度地提高結(jié)構(gòu)性能。

（三）構(gòu)件類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)化

裝配式建筑結(jié)構(gòu)主要是各種構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)用，為此，要想保證裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，保證建筑工程質(zhì)量，就必須保證構(gòu)件類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)化，保證構(gòu)件的質(zhì)量。首先，為保證整體性與統(tǒng)一性，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要綜合考慮眾多的標(biāo)準(zhǔn)單元，將所有標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層平面。再者，設(shè)計(jì)人員在對(duì)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要考慮到不同建筑的戶(hù)型以及周邊的交通體系，在對(duì)戶(hù)型模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)客廳以及臥室等空間布局進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)也要考慮到電梯以及樓梯等交通方面的問(wèn)題，以實(shí)用性為主，觀賞性為輔，切實(shí)從住戶(hù)的自身體驗(yàn)著手進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，為更好地保證建筑質(zhì)量，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還要對(duì)用戶(hù)的個(gè)性化需求進(jìn)行考慮，為用戶(hù)的再創(chuàng)造提供一定的發(fā)揮空間，保證不同平面組合類(lèi)型的結(jié)合能夠滿(mǎn)足業(yè)主多樣化的需求。

（四）裝配式建筑的防水密封設(shè)計(jì)

裝配式建筑的防水設(shè)計(jì)不僅關(guān)系到建筑的整體質(zhì)量，在后期投入使用后對(duì)其使用壽命及使用效果都有非常重要的影響。裝配式建筑本質(zhì)上是根據(jù)規(guī)定的流程與標(biāo)準(zhǔn)將預(yù)制建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件合理拼接組裝在一起的一種建筑類(lèi)型。但在拼接組裝的過(guò)程中無(wú)法保證節(jié)點(diǎn)的嚴(yán)密性，因此，各預(yù)制構(gòu)件之間的連接點(diǎn)可能會(huì)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，由于后期修復(fù)漏水問(wèn)題的難度較大，設(shè)計(jì)人員需在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到建筑防水問(wèn)題，以盡量減少建筑漏水現(xiàn)象的發(fā)生?，F(xiàn)階段，我國(guó)在建筑行業(yè)中使用最多的是防水密封技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用原理比較簡(jiǎn)單，其主要是對(duì)構(gòu)件連接處進(jìn)行密封處理，將構(gòu)件接縫填補(bǔ)上，以達(dá)到防水的目的。另外，影響建筑漏水的因素還有建筑的抗震性和建筑外墻的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在保證成本的前提下，應(yīng)選擇抗震性與穩(wěn)定性較好的施工原材料，以此來(lái)加強(qiáng)建筑整體性能，從而保障建筑良好的防水效果。此外，設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑外側(cè)防水層的設(shè)計(jì)也要加以重視，并設(shè)計(jì)合理的排水管道和路徑，這樣在后期使用過(guò)程中可有效引導(dǎo)水流排出，保障室內(nèi)墻壁、地面等方面不受影響。

（五）混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，其設(shè)計(jì)效果直接影響到建筑物的施工質(zhì)量以及后期使用安全性，也就需要設(shè)計(jì)人員能夠做好對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。在實(shí)踐設(shè)計(jì)過(guò)程中首先需要進(jìn)行施工材料的合理選擇，做好所有材料質(zhì)量的檢驗(yàn)和控制工作。此外要加強(qiáng)對(duì)澆筑攪拌時(shí)間的控制，避免水泥水化反應(yīng)不充分所導(dǎo)致的混凝土性能發(fā)揮不足問(wèn)題出現(xiàn)，從而保障混凝土構(gòu)件的使用性能。為了促進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)墻體進(jìn)一步提升，在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要通過(guò)鋼筋在混凝土中的界面提升減少混凝土施工中對(duì)于構(gòu)件所造成的磨損度。除了做好混凝土材料質(zhì)量的管理之外，還要做好各種混合材料配制比以及配制時(shí)間的合理設(shè)計(jì)。要求所有配置的混合材料均能夠滿(mǎn)足建筑工程的實(shí)際施工需求。在施工結(jié)束之后要做好混凝土構(gòu)件的保養(yǎng)與維護(hù)工作，安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)表面的溫度以及裂縫等問(wèn)題做好日常巡查工作，還要通過(guò)針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)策略來(lái)保障混凝土澆筑施工效果，促進(jìn)預(yù)制裝配式建筑工程的整體施工效果得到進(jìn)一步提升。

（六）施工的吊裝設(shè)計(jì)

在對(duì)預(yù)制裝配式建筑進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)采光、通風(fēng)、距離等不同的因素予以考量，從而保障建筑物的合理與安全性，使得不同環(huán)節(jié)能夠被有效銜接。通常情況下，可以借助套型模塊組合的形式對(duì)預(yù)制裝配式建筑的空間進(jìn)行設(shè)計(jì)。在開(kāi)展吊裝工作前，需要將構(gòu)件運(yùn)輸?shù)降跹b區(qū)域。此外，為了使得吊裝工作能夠順利進(jìn)行，相關(guān)的工作人員需要根據(jù)平面設(shè)計(jì)狀況合理規(guī)劃相應(yīng)的運(yùn)輸通道，避免出現(xiàn)品質(zhì)的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，還需要合理選擇塔吊位置與噸位，從而提升構(gòu)件整體的利用率，避免出現(xiàn)安全類(lèi)的事故。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的建筑行業(yè)也隨之不斷發(fā)展，各種各樣的建筑工程項(xiàng)目越來(lái)越多，其中裝配式建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用在很大程度上提高了建筑工程施工效率，在具體建設(shè)中還需要重視裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性，結(jié)合具體要求優(yōu)化裝配式結(jié)構(gòu)，從而推動(dòng)我國(guó)建筑業(yè)繁榮發(fā)展。