裝配式鋼混組合框架建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

項(xiàng)艷青

（江西省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 江西南昌 330000）

裝配式建筑物是目前使用頻率較高的一種建筑結(jié)構(gòu)類型，其基本特點(diǎn)就是要通過提前預(yù)制構(gòu)件、在現(xiàn)場進(jìn)行集中拼裝的方式完成施工任務(wù)，施工時(shí)的噪音小、工期短、工程安全系數(shù)高、施工便利，能滿足新時(shí)期建筑施工工作的基本要求。在原材料的選擇上，為了提高建筑物的使用性能，施工人員通常會(huì)選擇使用鋼筋及混凝土的混合物來建設(shè)框架結(jié)構(gòu)并預(yù)制構(gòu)件。為了保證施工效果達(dá)標(biāo)，應(yīng)提前根據(jù)這兩種材料的性能特點(diǎn)及工程施工要求，明確前期設(shè)計(jì)工作及中期施工環(huán)節(jié)的注意事項(xiàng)，合理擬訂施工計(jì)劃，落實(shí)現(xiàn)場施工管理工作。

1 裝配式鋼混組合框架建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

1.1 保證實(shí)用性

在優(yōu)化裝配式鋼混組合框架的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路時(shí)，應(yīng)考慮建筑框架結(jié)構(gòu)的造型特點(diǎn)是否具有實(shí)用性能。實(shí)際上，為了保證建筑物能夠投入使用，必須要提升建筑物自身的承載能力，還要盡量降低建筑物的自重。這就要根據(jù)各種材料的性能特點(diǎn)展開分析，在前期設(shè)計(jì)階段，科學(xué)計(jì)算出各種材料的使用量［1］。關(guān)鍵還要考慮到建筑成本問題，遵循成本效益原則，在保證建筑物能夠順利投入使用的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整設(shè)計(jì)方案來減少施工成本。據(jù)調(diào)查可知，人們在選購房屋時(shí)都會(huì)重點(diǎn)關(guān)注建筑物的防火、防水、保溫等基本性能是否符合要求。所以，在實(shí)際落實(shí)鋼混組合框架建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，必須要做好功能性分析工作，找到提升建筑物使用價(jià)值的方法。

1.2 保證美觀性

新時(shí)期，鋼混組合框架的設(shè)計(jì)方向就是：要找到提高整體建筑結(jié)構(gòu)美觀性的方法。實(shí)際上，裝配式結(jié)構(gòu)主要是通過構(gòu)件拼裝的方式完成建筑物的搭建工作，對拼裝角度、構(gòu)件排列方式的設(shè)計(jì)任務(wù)，將會(huì)影響內(nèi)部空間大小、影響整體造型的美觀性，還會(huì)對空間私密性及個(gè)性化特征產(chǎn)生直接的影響。因此，為了提高受眾對這種房屋結(jié)構(gòu)的滿意度，主動(dòng)選擇購買這類房屋，設(shè)計(jì)人員在擬訂施工計(jì)劃、展開工程設(shè)計(jì)研究工作時(shí)，就要從大眾審美的角度出發(fā)，找到提高建筑物藝術(shù)性、美觀性的方法。以住宅類裝配式建筑為例，基于人們?nèi)粘Ｉ钚枰褂秒娔芗八Y源，還涉及輸電線路鋪設(shè)、供排水管道的安裝等工作，應(yīng)當(dāng)著重在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中調(diào)整鋼混組合框架的造型，保證管線工程的施工工作能夠順利開展。

1.3 保證節(jié)能環(huán)保

設(shè)計(jì)人員在參與裝配式鋼混組合框架建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作時(shí)，要結(jié)合城市發(fā)展建設(shè)的實(shí)際情況，在設(shè)計(jì)思路當(dāng)中融入節(jié)能環(huán)保意識(shí)，嘗試進(jìn)行綠色施工建設(shè)工作。例如，在前期設(shè)計(jì)階段，要考慮混凝土及鋼筋的最佳搭配方案，用有限的材料發(fā)揮最大的使用價(jià)值，與此同時(shí)，還要結(jié)合建筑物的使用壽命和具體使用現(xiàn)狀，對一些受損的鋼混結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，如果要替換新的構(gòu)件，則要考慮是否能夠?qū)U棄材料進(jìn)行回收再利用，這是節(jié)約成本、保護(hù)環(huán)境的關(guān)鍵所在。實(shí)際上，與傳統(tǒng)建筑工程施工任務(wù)相比，裝配式施工具有施工過程噪音小、施工后產(chǎn)生的建筑垃圾少等優(yōu)勢［2］，因此，目前各個(gè)城市都在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中開始推廣裝配式建筑。

2 裝配式鋼混組合框架建筑結(jié)構(gòu)主體的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基于建筑工程大多都具有規(guī)模較大的特點(diǎn)，在具體設(shè)計(jì)工作中，通常都要采用分模塊設(shè)計(jì)的方式，找到每個(gè)施工模塊的工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)。下文就以建筑結(jié)構(gòu)主體的設(shè)計(jì)過程為例，展開簡要的分析和研究。

2.1 平面設(shè)計(jì)

對建筑結(jié)構(gòu)整體展開工程設(shè)計(jì)工作時(shí)，要先完成平面設(shè)計(jì)任務(wù)，繪制施工圖紙，確定各項(xiàng)施工參數(shù)信息，了解施工時(shí)需要使用的基礎(chǔ)構(gòu)件，最終確定構(gòu)件的材質(zhì)、造型。另外，要做好建筑物內(nèi)部空間的布局工作，根據(jù)建筑物的用途來調(diào)整設(shè)計(jì)方向。例如，常規(guī)住宅建筑物內(nèi)部要有客廳、廚房、洗手間、臥室及陽臺(tái)，設(shè)計(jì)人員需要分別完成對這些空間構(gòu)造的平面圖紙繪制任務(wù)，確定每個(gè)空間的尺寸、方位，還要考慮建筑物朝向，確定門窗的布設(shè)位置。在平面圖較為抽象、無法全面體現(xiàn)設(shè)計(jì)思路時(shí)，可以使用信息技術(shù)配套構(gòu)建立體模型，方便直觀地分析出設(shè)計(jì)方案中是否存在不足之處，及時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整，為后續(xù)的構(gòu)件預(yù)制、現(xiàn)場拼裝工作提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2 細(xì)部設(shè)計(jì)

決定使用鋼混組合結(jié)構(gòu)的框架來進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)建設(shè)工作時(shí)，要在完成建筑主體的平面設(shè)計(jì)任務(wù)后，及時(shí)展開對細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)工作。例如，與傳統(tǒng)一體式、現(xiàn)澆式墻體結(jié)構(gòu)相比，使用裝配式技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)施工工作時(shí)，會(huì)涉及拼裝縫隙的問題，如何做好鋼材料、混凝土構(gòu)件的銜接管理，避免在縫隙處出現(xiàn)漏水、漏風(fēng)的問題，就是設(shè)計(jì)人員新時(shí)期要關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容之一，在這個(gè)環(huán)節(jié)中，可以總結(jié)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，對常見的一些拼裝方案展開對比分析，最終結(jié)合分析結(jié)果敲定本次建筑物的施工計(jì)劃，有效解決細(xì)部設(shè)計(jì)工作難題，提升建筑物的使用效果。

2.3 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

鋼混結(jié)構(gòu)框架是目前建筑結(jié)構(gòu)最常見的一種框架類型，在此框架上展開構(gòu)件的拼裝工作，能夠有效提高建筑結(jié)構(gòu)的承載力、抗震能力。需要注意的是，在建筑主體的鋼混結(jié)構(gòu)拼裝工作中，需要確定材料之間的連接方式、測量連接節(jié)點(diǎn)，要在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)考慮工作難易程度、風(fēng)險(xiǎn)性、成本、施工進(jìn)度等多個(gè)方面的因素，對連接方案做出選擇。結(jié)合實(shí)際使用情況可知，使用鋼混組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢就是可以解決鋼結(jié)構(gòu)自身防腐蝕能力弱、混凝土結(jié)構(gòu)抗側(cè)力不足的問題。具體計(jì)算節(jié)點(diǎn)時(shí)，可以構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，模擬建筑物的施工過程，并采用有限元軟件補(bǔ)充計(jì)算，得出相應(yīng)的結(jié)果后，找出降低建筑裝配工作開展難度的方法［3］。

2.4 受力分析

要對建筑主體可能承受的作用力大小、方向進(jìn)行預(yù)先分析，目的是展開風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估工作，科學(xué)規(guī)避建筑物的建設(shè)及使用風(fēng)險(xiǎn)。例如，當(dāng)?shù)仫L(fēng)力大，要考慮主風(fēng)向，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的朝向、造型，找到提升建筑物抗風(fēng)能力的有效方法，與此同時(shí)，建筑物各構(gòu)件之間彼此連接、相互影響。在前期設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員要找到讓構(gòu)件之間作用力保持平衡狀態(tài)的方法。另外，建筑主體建設(shè)完成后，還會(huì)增加地面的負(fù)荷［4］，所以，設(shè)計(jì)人員在完成受力分析工作、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案時(shí)，還要考慮地基的承載力是否達(dá)標(biāo)，如果不符合要求，可以從調(diào)整造型結(jié)構(gòu)、減輕建筑自重及地基加固處理等多個(gè)角度來處理問題。

3 裝配式建筑結(jié)構(gòu)各類預(yù)制構(gòu)件的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)思路

3.1 預(yù)制柱設(shè)計(jì)思路

預(yù)制柱需要與地面、建筑物底板及頂板保持垂直，是建筑物豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件中主要承擔(dān)載重功能及支撐作用的構(gòu)件。需要注意的是，預(yù)制柱直徑過大、間隔距離過窄時(shí)，會(huì)造成空間狹小的情況，影響建筑物內(nèi)部的美觀性及實(shí)用性，要求設(shè)計(jì)人員引起重視。在具體配置預(yù)制柱構(gòu)件的過程中，應(yīng)選擇合適的施工原材料?；诒敬喂こ讨饕褂玫氖卿摶旖M合框架結(jié)構(gòu)，為了方便施工操作，設(shè)計(jì)人員也會(huì)選擇使用鋼筋混凝土的結(jié)合物來制作預(yù)制柱，可以選擇將矩形柱直角設(shè)置成倒角形式，注意提前根據(jù)預(yù)制柱的使用需求給出混凝土的配比參數(shù)，選擇合適的原材料。另外，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)規(guī)范施工流程、選擇施工技術(shù)方法時(shí)，可以在預(yù)制柱上采用插筋的方式，將鋼筋和混凝土組合在一起，完成對預(yù)制柱的固定操作。構(gòu)件連接時(shí)，考慮到預(yù)制柱的性能特點(diǎn)，還要使用高強(qiáng)度的螺栓，應(yīng)及時(shí)確定螺栓的安裝位置、控制螺栓的數(shù)量。

3.2 組合梁設(shè)計(jì)思路

選擇使用鋼混組合框架進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，針對梁體結(jié)構(gòu)也要嘗試進(jìn)行組合梁的設(shè)計(jì)。例如，將預(yù)制板與現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)疊合在一起，完成組合梁板的配置工作后，再進(jìn)行現(xiàn)場的安裝施工，不僅可以提高梁體承載力、抗拉力，還能在不打磨梁板的前提下完成建筑結(jié)構(gòu)的裝飾操作，極大地節(jié)省施工時(shí)間，縮短施工工期。設(shè)計(jì)人員的根本任務(wù)是計(jì)算出組合梁體的厚度，確定預(yù)制板的材質(zhì)。

3.3 帶肋疊合板設(shè)計(jì)思路

除了常規(guī)的梁板結(jié)構(gòu)施工環(huán)節(jié)需要使用疊合板之外，在新時(shí)期的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，還可以在適當(dāng)位置上使用帶肋疊合板，這種疊合板的基本特點(diǎn)是：要在板材上附加肋條，以達(dá)到提高板材使用壽命及使用價(jià)值的目標(biāo)。常見材料以鋼筋為主，設(shè)計(jì)人員會(huì)考慮進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉操作的可行性，還要設(shè)計(jì)好鋼筋肋條的使用數(shù)量、擺放形狀，與此同時(shí)，要確定板材的尺寸，包括長度、寬度及厚度。此外，針對不同的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，要考慮到工程施工跨度會(huì)對帶肋板使用效果產(chǎn)生的影響，估算整個(gè)建筑工程中需要使用多少帶肋板，安排構(gòu)件的制作或采購計(jì)劃。還要著重從倒角、直角兩種拼縫方式中做出選擇，找到最適宜的現(xiàn)場拼裝方式［5］。

3.4 預(yù)制樓梯設(shè)計(jì)思路

城市可用于建設(shè)建筑物的土地面積是有限的，如何合理發(fā)揮土地資源的使用價(jià)值，是設(shè)計(jì)人員的核心工作任務(wù)之一。針對這個(gè)問題，應(yīng)重點(diǎn)做好建筑物的造型設(shè)計(jì)工作，并嘗試從立體空間的設(shè)計(jì)角度完成內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的分配與利用。如果要采用裝配式施工方案，通常還會(huì)涉及對樓梯的預(yù)制工作，應(yīng)考慮到安裝的便利性問題，做好樓梯造型的設(shè)計(jì)工作?，F(xiàn)階段，很多工作人員都會(huì)首選使用上端固定、下端滑動(dòng)的板式樓梯，應(yīng)在樓梯的圖紙當(dāng)中確定扶手欄桿的位置，樓梯邊可以設(shè)計(jì)一定高度的反坎。實(shí)際上，樓梯一端設(shè)計(jì)為可滑動(dòng)的形式，就是為了根據(jù)現(xiàn)場情況合理調(diào)整樓梯的固定位置，讓裝配式建筑施工工作具有可操作性強(qiáng)、靈活性高的特點(diǎn)。此外，針對預(yù)制樓梯的材質(zhì)來分析，也要嘗試采用鋼混組合結(jié)構(gòu)，這可以提高樓梯自身的載重能力。

3.5 預(yù)制陽臺(tái)及空調(diào)板

很多建筑物都會(huì)設(shè)置陽臺(tái)及空調(diào)板，要分別對這兩種構(gòu)件的設(shè)計(jì)方案展開分析，找到設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)。首先，為了讓建筑結(jié)構(gòu)顯得簡潔、美觀并具有實(shí)用性，很多陽臺(tái)構(gòu)件都會(huì)設(shè)計(jì)成懸空式的結(jié)構(gòu)。在構(gòu)件的集中制作環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)陽臺(tái)對承載能力的要求，選擇預(yù)留鋼筋，讓鋼筋作為建筑物主體與陽臺(tái)之間的連接物。其次，基于大多數(shù)地區(qū)都具有夏季高溫、冬季寒冷的特點(diǎn)，人們會(huì)在建筑物室內(nèi)安裝空調(diào)，而空調(diào)外機(jī)則要懸掛于建筑物外墻上，為了保證空調(diào)外機(jī)的安全性，通常要設(shè)計(jì)一個(gè)向外延伸的預(yù)制板作為專門放置空調(diào)外機(jī)的載體。

4 裝配式鋼混組合框架建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要解決的難點(diǎn)問題

4.1 荷載問題

在具體落實(shí)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作時(shí)，如果要采用裝配式施工方案，還有一些難點(diǎn)問題需要解決。例如，建筑物縱向高度增加，自身的荷載量就會(huì)加大，如果不能提高荷載能力，就會(huì)影響建筑物的使用安全，這就要求設(shè)計(jì)人員在繪制施工圖紙時(shí)，嘗試模擬施工流程，判斷出建筑結(jié)構(gòu)的重心位置，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)情況、各種預(yù)制板材的實(shí)際使用價(jià)值，綜合確定建筑物的適宜高度、寬度及預(yù)制板厚度。一般來講，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合常見裝配式結(jié)構(gòu)的施工案例，提前找到會(huì)影響荷載的因素，確定工程設(shè)計(jì)及施工建設(shè)工作的著力點(diǎn)，研究分?jǐn)偤奢d量及提高建筑物載重能力的有效方法［6］。

4.2 變形問題

采用拼裝構(gòu)件的方式完成現(xiàn)場施工任務(wù)時(shí)，對構(gòu)件擺放時(shí)的水平度及垂直度有較高要求。要在設(shè)計(jì)階段對每個(gè)構(gòu)件的擺放位置及角度給出明確的數(shù)據(jù)，并要求施工人員嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定完成施工建設(shè)任務(wù)。與此同時(shí)，應(yīng)考慮到建筑物在受力過程中可能發(fā)生的變形情況，提前計(jì)算變形量，落實(shí)好風(fēng)險(xiǎn)防范管理工作，關(guān)鍵要定期做好對建筑物的維修及養(yǎng)護(hù)管理，以此來科學(xué)延長建筑物的使用壽命。

4.3 防災(zāi)問題

新時(shí)期，人們在選購建筑物時(shí)會(huì)更關(guān)心建筑物自身的安全性能。因此，完成建筑施工設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)著重研究如何提高建筑物的防災(zāi)、減災(zāi)能力。首先，要了解建筑物內(nèi)部布局設(shè)計(jì)方式是否能夠在災(zāi)害來臨時(shí)保證人們能夠盡快逃生。例如，針對火災(zāi)問題，通常要設(shè)置消防通道，在相應(yīng)通道的建設(shè)任務(wù)中，要優(yōu)選高質(zhì)量的建筑材料，提高通道的防坍塌能力、防火能力。其次，可以考慮在適當(dāng)位置上設(shè)置與相鄰建筑物相連接的外置樓梯，最大限度地規(guī)避或減輕安全風(fēng)險(xiǎn)造成的不良影響。

5 結(jié)語

為了提高建筑結(jié)構(gòu)的使用性能，設(shè)計(jì)人員會(huì)考慮將鋼材料和混凝土材料結(jié)合在一起，建設(shè)鋼混組合框架，并在拼裝建筑物時(shí)使用一些鋼混疊合板。需要注意的是，要提前做好平面設(shè)計(jì)工作，確定各項(xiàng)施工參數(shù)信息，還要從細(xì)節(jié)處入手，確定各個(gè)構(gòu)件的安裝位置及銜接方式，考慮銜接緊密性的問題。與此同時(shí)，應(yīng)選擇合適的鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)，且要對整個(gè)建筑物的受力特征進(jìn)行綜合分析，結(jié)合所得結(jié)果來調(diào)整工程設(shè)計(jì)方案。針對預(yù)制構(gòu)件的問題，要重點(diǎn)從預(yù)制柱、組合梁、帶肋疊合板、預(yù)制樓梯、陽臺(tái)及空調(diào)板等多個(gè)角度完成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)人員要考慮建筑物的荷載問題、變形問題及防災(zāi)減災(zāi)問題，不斷提升自身設(shè)計(jì)水平，優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，以此來為建筑施工行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展提供基礎(chǔ)支持及必要保障。