裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)研究

徐志豪 李 營 山東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 前言

隨著時(shí)代發(fā)展及社會(huì)進(jìn)步，政府部門的環(huán)保政策愈發(fā)收緊，在“節(jié)能、降耗、減排、環(huán)?！狈矫嫣岢隽讼鄬Ω訃?yán)格的要求。而裝配式建筑結(jié)構(gòu)在建筑工程方面可以符合該方面的要求，得到了廣泛的應(yīng)用。裝配式建筑具有工業(yè)化水平高、便于冬期施工、減少施工現(xiàn)場濕作業(yè)量、減少材料消耗、減少工地?fù)P塵和建筑垃圾等優(yōu)點(diǎn)。

與傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，裝配式施工主要應(yīng)用工廠化生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件，然后在施工現(xiàn)場結(jié)合施工要求進(jìn)行吊裝，在預(yù)制板表面、各構(gòu)件連接處澆筑鋼筋混凝土，進(jìn)而將各個(gè)預(yù)制構(gòu)件連接成為一個(gè)整體。預(yù)制構(gòu)件廠的模具可以重復(fù)利用，還可以對廢水、廢料循環(huán)利用。

現(xiàn)階段，由于多方面因素的影響，預(yù)制構(gòu)件深化和施工方面仍存在很多難以解決的問題，無法與設(shè)計(jì)理念高效匹配，導(dǎo)致施工工程方面仍存在諸多問題，并且在吊裝工程施工組織管理、施工工藝等方面也存在一些問題。

2 裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

2.1 裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性分析

其一，施工更加便捷、高效。對于傳統(tǒng)施工的建筑結(jié)構(gòu)，需要現(xiàn)場綁扎鋼筋和澆筑混凝土，根據(jù)相關(guān)步驟進(jìn)行逐步施工，此種傳統(tǒng)的施工方式浪費(fèi)較多人力物力，且需要規(guī)劃比較長的周期。當(dāng)房屋主體結(jié)構(gòu)完成之后，還需要對房屋進(jìn)行裝修，整個(gè)過程也需要耗費(fèi)較長時(shí)間。對于裝配式建筑結(jié)構(gòu)來講，僅需利用簡單的拼裝技術(shù)便可以順利完成相應(yīng)的組裝，全裝修、管線分離等使得主體工程竣工以后，可以更快捷地安裝設(shè)備電氣等，有效減少施工周期。

其二，可以節(jié)約更多的資源，有效降低了造價(jià)。對于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)，整個(gè)施工工作非常的繁瑣、復(fù)雜，在現(xiàn)場施工的過程中需要有多人流水作業(yè)施工，并且需要購買大量的施工材料，耗費(fèi)的資源較多。對于裝配式建筑來說，現(xiàn)場施工非常簡單，無須更多的工人，在工廠將預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)加工完畢之后在現(xiàn)場進(jìn)行澆筑、連接即可，有效節(jié)約了人力資源成本。與此同時(shí)，在開展傳統(tǒng)建筑施工的過程中，還需要從別處運(yùn)輸一些鋼筋、水泥、沙子等施工材料，整個(gè)過程較為繁瑣。相對而言，裝配式建筑無須耗費(fèi)更多的資源，經(jīng)濟(jì)成本顯著下降。因此，與傳統(tǒng)建筑方式相比，裝配式建筑具備較高的可行性以及經(jīng)濟(jì)性。

其三，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，符合國家環(huán)保政策。對于傳統(tǒng)建筑施工方式，通常需要在建筑地點(diǎn)運(yùn)輸相對較多的建筑材料，運(yùn)輸過程中，汽車會(huì)排放大量的有害氣體；同時(shí)，運(yùn)輸石灰粉的過程中也有可能產(chǎn)生外泄問題，散落于空氣中也會(huì)對大氣造成嚴(yán)重污染，甚至危害人們的身體健康。裝配式建筑主要是在工廠內(nèi)部完成，然后再將其運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，可以更好地保護(hù)生態(tài)環(huán)境，有效降低空氣中的污染物，切實(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境，有助于生態(tài)文明建設(shè)工作的有序開展。

2.2 裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程

在裝配式建筑施工的過程中，建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、生產(chǎn)方、施工方等均需要密切配合，協(xié)調(diào)處理各方面工作，以此確保整個(gè)工程有序進(jìn)行。與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比較而言，裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作展現(xiàn)出流程精細(xì)化、設(shè)計(jì)模數(shù)化的基本特征。

總結(jié)起來，其設(shè)計(jì)階段主要包括以下5個(gè)方面。

①技術(shù)策劃；

②方案設(shè)計(jì)；

③初步設(shè)計(jì)；

④施工圖設(shè)計(jì)；

⑤構(gòu)件架構(gòu)圖設(shè)計(jì)。

當(dāng)設(shè)計(jì)完成之后，便可以對構(gòu)件加工生產(chǎn)，然后由此進(jìn)入施工階段。

在技術(shù)策劃階段，設(shè)計(jì)單位可以從不同層面、不同維度對項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模、建設(shè)目標(biāo)、建設(shè)定位等方面進(jìn)行綜合性分析，然后結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w裝配式政策制定合理化、完善化的技術(shù)策略，制定相應(yīng)的技術(shù)方案。

以山東省為例，首先需要研究當(dāng)?shù)卣?，制定出符合要求的裝配率。然后對照GB/T 51129—2017《裝配式建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》第三章的規(guī)定計(jì)算裝配率。

在方案設(shè)計(jì)階段，應(yīng)協(xié)調(diào)建設(shè)、設(shè)計(jì)、制作、施工各方之間的關(guān)系，并應(yīng)加強(qiáng)建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、裝修等專業(yè)之間的配合，根據(jù)裝配率的計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)建筑圖平立面和結(jié)構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)形式、尺寸等，滿足主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻、裝修和設(shè)備管線等方面的預(yù)制率要求，并且在確保應(yīng)用功能的條件下實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的效果，同時(shí)實(shí)現(xiàn)“少規(guī)格、多組合”的基本目標(biāo)。

在初步設(shè)計(jì)階段，需要與各個(gè)專業(yè)協(xié)同化設(shè)計(jì)，歸類預(yù)制構(gòu)件的類型，綜合考慮不同專業(yè)的要求（例如：電氣專業(yè)的線管、線盒預(yù)埋等），針對技術(shù)、成本、實(shí)現(xiàn)形式等方面展開探析，制定合理、完善的技術(shù)措施。

當(dāng)進(jìn)入施工圖設(shè)計(jì)階段之后，還要結(jié)合技術(shù)措施開展設(shè)計(jì)工作，在施工圖中綜合設(shè)計(jì)不同專業(yè)的預(yù)留預(yù)埋、定位和保溫裝修一體化等。

當(dāng)進(jìn)入到構(gòu)件加工圖設(shè)計(jì)階段時(shí)，構(gòu)件加工圖紙通常是由預(yù)制構(gòu)件加工廠完成并經(jīng)設(shè)計(jì)單位確認(rèn)符合原設(shè)計(jì)要求。

2.3 裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括多方面設(shè)計(jì)內(nèi)容，如結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析、結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)、預(yù)制構(gòu)件的拆分以及歸并設(shè)計(jì)、預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)等。

第一，結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析。在開展裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的過程中，一般會(huì)運(yùn)用等同現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形式，因此，其所應(yīng)用的計(jì)算分析方式與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相同?？拐鹪O(shè)防的裝配式結(jié)構(gòu)，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50223—2008《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》確定抗震設(shè)防類別及抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)根據(jù)具體工程的形式和規(guī)模、重要程度等有可能還需要中震屈服驗(yàn)算、大震彈塑性驗(yàn)算等。但是，裝配式結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)之間也存在一定的差異，可以結(jié)合實(shí)際情況對一些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

例如，裝配整體式結(jié)構(gòu)的最大適用高度、最大高寬比等與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)有所不同；裝配整體式結(jié)構(gòu)的局部構(gòu)造，例如設(shè)置地下室的結(jié)構(gòu)地下室頂板宜采用現(xiàn)澆混凝土；裝配整體式框架梁端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)可取0.7～0.8，與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，可以適當(dāng)減小疊合梁的剛度增大系數(shù)；對同一層內(nèi)既有現(xiàn)澆墻肢也有預(yù)制墻肢的裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆墻肢水平地震作用彎矩、剪力宜乘以不小于1.1的增大系數(shù)。

第二，結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)。在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體運(yùn)算及分析之后，應(yīng)當(dāng)結(jié)合分析結(jié)果對預(yù)制梁、柱、板、連接等構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，在具體設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，如GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、JGJ 1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等。在對預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)的過程中，需要分析結(jié)構(gòu)應(yīng)用階段的運(yùn)算分析過程，必須要把預(yù)制構(gòu)件預(yù)制階段以及吊裝階段的設(shè)計(jì)工作囊括其中。對持久設(shè)計(jì)狀況，應(yīng)對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行承載力、變形、裂縫控制驗(yàn)算；對地震設(shè)計(jì)狀況，應(yīng)驗(yàn)算預(yù)制構(gòu)件承載力；對制作、運(yùn)輸和堆放、安裝等短暫設(shè)計(jì)狀況下的預(yù)制構(gòu)件驗(yàn)算，要符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50666—2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。在預(yù)制階段，需要分析混凝土拆模時(shí)的強(qiáng)度，用于固定連接件的預(yù)埋件與預(yù)埋吊件、臨時(shí)支撐用預(yù)埋件，并同時(shí)滿足各種設(shè)計(jì)工況要求。

第三，預(yù)制構(gòu)件的拆分以及歸并設(shè)計(jì)。當(dāng)完成整體計(jì)算分析工作，并且構(gòu)件設(shè)計(jì)工作全部完工之后，還應(yīng)當(dāng)通過合理的方式對預(yù)制構(gòu)件拆分以及歸并設(shè)計(jì)。在對構(gòu)件拆分之前，設(shè)計(jì)方應(yīng)當(dāng)與預(yù)制構(gòu)件深化方、施工方等進(jìn)行溝通，拆分過程中還需要綜合性考量施工條件、施工單位的施工能力等方面，運(yùn)輸?shù)跹b設(shè)備的大小規(guī)格是否滿足施工要求等，并且拆分的構(gòu)件界面應(yīng)當(dāng)保持高度一致，控制構(gòu)件種類。

第四，預(yù)制構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。裝配式結(jié)構(gòu)主要是利用節(jié)點(diǎn)的可靠性連接實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。節(jié)點(diǎn)及接縫處的縱向鋼筋連接宜根據(jù)接頭受力、施工工藝等要求選用機(jī)械連接、套筒灌漿連接、漿錨搭接連接、焊接連接、綁扎搭接連接等連接方式。在設(shè)計(jì)梁柱節(jié)點(diǎn)的過程中，需要對接縫的正截面承載力和受剪承載力進(jìn)行綜合分析和設(shè)計(jì)。

第五，預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)。在開展預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)工作的過程中，還應(yīng)當(dāng)切實(shí)滿足構(gòu)件在機(jī)電設(shè)備、建筑等不同專業(yè)方面的要求。建筑專業(yè)應(yīng)當(dāng)注意砌體墻體的深化設(shè)計(jì)工作，切實(shí)滿足砌體抗震構(gòu)造要求，門窗安裝方面的深化設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)保證尺寸的精準(zhǔn)性，妥善處理與外墻的連接防滲漏問題等。深化設(shè)計(jì)包含三方面內(nèi)容，具體為：鋼筋組裝圖設(shè)計(jì)、模具圖設(shè)計(jì)、吊裝圖設(shè)計(jì)。鋼筋組裝圖設(shè)計(jì)方面應(yīng)當(dāng)對預(yù)制構(gòu)件的配筋詳細(xì)描述及分析，便于工廠后期加工制造。對于深化設(shè)計(jì)人員來講，應(yīng)當(dāng)結(jié)合構(gòu)件尺寸、配筋等設(shè)計(jì)構(gòu)件的模具圖，通過科學(xué)化的方式運(yùn)算模具強(qiáng)度以及剛度等，防止模具產(chǎn)生腫脹等不良狀況。

3 裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)分析

圖1 裝配式結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場

3.1 剪力墻的預(yù)制

在剪力墻預(yù)制的過程中，應(yīng)將預(yù)制構(gòu)件作為重要基礎(chǔ)，做好各方面連接處理，提升工程質(zhì)量，切實(shí)提高建筑工程的抗震性能，避免施工材料出現(xiàn)浪費(fèi)情況。裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工方面，剪力墻施工技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)將螺栓連接作為重點(diǎn)，確保預(yù)制構(gòu)件之間的精密度以及合理性，對預(yù)制構(gòu)件妥善處理。

在預(yù)制構(gòu)件安裝的過程中需要對下層板插筋處理，檢查內(nèi)墻預(yù)制預(yù)留板螺栓孔，確保其全部插入鋼筋。特別是在施工中還要對螺栓孔固定處理，灌入一定量的水泥砂漿，以此提升建筑工程整體結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性。

3.2 疊合板預(yù)制

在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，疊合板的預(yù)制是非常重要的一項(xiàng)工作內(nèi)容，特別是在提升工程建筑施工質(zhì)量方面，更是發(fā)揮著不可替代的作用。預(yù)制疊合板施工過程中，應(yīng)當(dāng)注意在疊合板安裝方面的要求，精準(zhǔn)把控作業(yè)層之間的距離，找出疊合板安裝中心，預(yù)留出相應(yīng)的空間度，防止安裝過程中產(chǎn)生一些不良問題。

同時(shí)還要把控好預(yù)制吊板的安裝位置、安裝方向，做好各方面保護(hù)工作，避免安裝過程中產(chǎn)生碰撞等問題。如果在安裝過程中疊合板出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞等問題，應(yīng)當(dāng)及時(shí)對其更換處理，雖會(huì)導(dǎo)致整體施工成本增加，但確保了結(jié)構(gòu)安全。

在安裝疊合板之前，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況選取恰當(dāng)?shù)陌惭b方式，通過模數(shù)化吊裝方式，合理排布疊合板吊裝施工工序，確保疊合板的緊密度。在疊合板底部進(jìn)行安裝的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)加裝臨時(shí)支架，把控臨時(shí)支架的距離，在疊合板吊裝施工工作全部結(jié)束且滿足設(shè)計(jì)要求后，再將臨時(shí)支架拆除，確保疊合板吊裝施工的精準(zhǔn)性、穩(wěn)定性。

3.3 窗體的預(yù)制

窗體預(yù)制主要是指通過螺栓、吊耳等，將其與窗體上的螺母連接，以提升窗體的安全穩(wěn)定性及嚴(yán)密性。窗體預(yù)制的過程中，要全面檢測窗體上的螺母，同時(shí)還要精準(zhǔn)測量窗體以及作業(yè)面之間的距離。

當(dāng)位置確定之后，窗體螺母、螺栓應(yīng)緊密連接，進(jìn)而順利完成窗體預(yù)制施工工作。預(yù)制窗體施工看似簡單，但是在具體施工的過程中包含多項(xiàng)注意事項(xiàng)，特別是在窗體方向控制以及調(diào)整方面，更要尤為注意，精準(zhǔn)把控好各個(gè)施工環(huán)節(jié)，才可以確保預(yù)制窗體施工技術(shù)滿足相關(guān)要求，提升裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工的合理性以及科學(xué)性。

4 結(jié)束語

總而言之，裝配式建筑是目前建筑產(chǎn)業(yè)在發(fā)展過程中的一個(gè)趨勢，在國家和地方政府的推動(dòng)下正蓬勃發(fā)展。其可以有效降低工程施工成本、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約各方面資源，符合綠色環(huán)保理念，同時(shí)現(xiàn)階段預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)格也更具多樣化，還可以有效縮短施工周期。從各地出臺(tái)的裝配式建筑的政策以及具體項(xiàng)目的實(shí)施上看，預(yù)制裝配式建筑是大勢所趨，也是潮流發(fā)展所在，各方要共同推動(dòng)裝配式建筑健康發(fā)展。