預制裝配式建筑結構設計與施工關鍵技術研究

陳鳳

（山西五建集團有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

預制裝配式建筑的優(yōu)勢在于施工速度快、工期短，施工對于周邊環(huán)境造成的影響較小。由于所有的施工構件都是在標準化模式下得到的產物，因此它能夠通過工業(yè)拼裝的方式完成具體的施工工作，進而克服了傳統建筑施工模式的短板和不足之處。從宏觀角度分析，預制裝配式建筑在實際施工過程中的應用實踐也推動了國內建筑施工行業(yè)的轉型升級。在此基礎上，由于預制裝配式建筑擁有較強的環(huán)保屬性，因此推廣應用預制裝配式建筑還可以促進國內建筑施工行業(yè)的轉型升級，所以必須要提高關注度。需要強調的是，由于預制裝配式建筑采用的是先生產、后運至施工現場進行組裝的施工模式，所以如果結構設計環(huán)節(jié)的工作中出現疏漏，則會影響到后續(xù)安裝施工的整體質量。問題嚴重時還會出現由于結構錯誤所導致的無法安裝等問題。

1 預制裝配式建筑技術的優(yōu)勢

首先是有利于提高經濟效益。在預制裝配式建筑施工技術中，建筑的相關構件可在工廠內完成，之后再整體運送至施工現場進行裝配施工，大大提高了施工的效率和質量。和傳統施工模式相比，對排水工程、采暖工程以及電氣工程采用預制裝配式減值技術能夠有效降低施工成本和人力成本，提高企業(yè)的經濟效益。其次是有利于降低能源消耗。預制裝配式建筑的大部分構件都是在工廠內施工完成，能夠節(jié)省大量的水資源，有效降低預制配件的能源消耗。最后是有利于提升環(huán)境質量。和傳統的施工方式相比，預制裝配式主要集中的工廠密閉空間內，空氣污染和噪聲污染效果要明顯優(yōu)于傳統施工方式。此外，隨著新技術的不斷應用，預制裝配式技術除了能夠提高施工效率和質量，還能夠降低工程投資成本，達到節(jié)能減排的效果。

2 預制裝配式建筑的結構設計分析

2.1 技術策劃環(huán)節(jié)的要點分析

技術策劃是預制裝配式建筑結構設計中必須要重視的工作，并且會直接影響到整體設計效果，所以必須要提高關注度。設計人員著手開展技術策劃環(huán)節(jié)的工作時，要注意遵循以下原則。

（1）設計人員在開展技術策劃工作時要對整個項目的外部條件、成本限額、產業(yè)化目標以及項目規(guī)模進行全方位的分析整合，并且由此著手找準預制構件設計和生產工作的標準，之后才能夠通過相應的施工管控措施推進各項細節(jié)工作的優(yōu)化調整，最終使相關環(huán)節(jié)的施工建設活動取得既定的工作目標[1]。

（2）需要做好工程項目特點分析、工程需求評估及工程項目可行性分析等環(huán)節(jié)的工作。在此基礎上，還需要根據工期以及工藝技術等方面的要求對項目的施工成本、施工進度以及施工質量情況進行全方位的分析整合，并且由此著手對相關環(huán)節(jié)的技術方案進行修正完善。

（3）開展施工方案設計時，需要根據匯總上來的信息優(yōu)先進行立面和平面的設計工作，應當正確認識技術策劃在整體項目設計工作中的重要性，進而實現預制裝配式建筑的結構設計和規(guī)劃建設目標。

2.2 平面設計環(huán)節(jié)的要點分析

對于預制裝配式建筑的平面設計，設計人員需要遵循模數協調性設計原則，之后才能夠讓這一環(huán)節(jié)的工作滿足后續(xù)施工的質量要求。具體細節(jié)如下：①根據實際需要對套型模塊的種類和尺寸進行優(yōu)化調整。在此基礎上，還需要按照既定的施工規(guī)范建筑物內部預裝構件和內裝元素的設計工作進行相應的優(yōu)化調整。期間，需要盡可能選擇成熟的應用型設計技術，進而保證此環(huán)節(jié)設計工作的整體質量[2]。②需要重視布局環(huán)節(jié)的設計工作。需要將大空間布局式的設計方案當成首選設計模式，進而規(guī)劃好管井、承重墻等結構的位置。要注意合理規(guī)劃室內布局，進而在強化各個空間功能屬性的基礎之上滿足業(yè)主的使用需求。實際設計工作中，可以嘗試采用結構選型的方式控制好套內承重墻的重量，進而控制好建筑結構的穩(wěn)定性。圖1 為預制裝配式建筑常見的平面布局。

圖1 預制裝配式建筑的平面布局

2.3 結構節(jié)點環(huán)節(jié)的設計要點

結構節(jié)點環(huán)節(jié)的設計工作也是設計人員在開展預制裝配式建筑設計時必須要重視的工作。綜合相關環(huán)節(jié)的設計案例分析，由于這類型的建筑在投入使用之后經常會出現質量問題，所以能否將這一環(huán)節(jié)的工作落實到位也就成為影響預制裝配式建筑結構穩(wěn)定性和整體質量的主要原因。具體來說，需要在設計工作中重點關注以下問題。

（1）關注裝配式結構各個連接點的安全性能，進而保證結構在受力和力傳導過程中的均勻性與合理性，最終使得各個節(jié)點的實際受力數量都能夠與先前計算所得到的數據保持一致[3]。

（2）控制好節(jié)點位置的防火和防水性能。預制裝配式建筑施工中，應當根據實際需要合理規(guī)劃防火以及防水材料，進而在降低工程風險的基礎之上提高工程質量。期間，需要針對相關防火和防水材料的分布情況做好規(guī)劃布局，進而為各環(huán)節(jié)施工作業(yè)的有序推進指明方向。

（3）重點關注裝配式節(jié)點的連接情況。結合實際情況分析，這類建筑結構中的連接點主要由螺栓、漿錨搭接、抗剪鍵槽以及套筒灌漿連接等結構組成。實際設計工作中可以根據需要進行選擇，進而在保證施工效率的基礎之上提高施工質量。

（4）重點關注構造節(jié)點的設計工作。具體來說，既需要在這一環(huán)節(jié)的設計工作之中讓建筑外墻板的門窗洞口以及接縫位置可以全部滿足物理力學性能以及裝飾要求，進而保證后續(xù)使用過程中的安全性、可靠性以及穩(wěn)定性（圖2）。在此基礎上，還應當根據建筑工程的分布區(qū)域以及實際情況對各個構造節(jié)點的設計工作進行優(yōu)化調整，以確保能夠全方位滿足防水和節(jié)能要求。此外，可以嘗試按照材料防水和構造防水的原則完成外墻板垂直縫的規(guī)劃設計工作。期間，需要在綜合考慮熱脹冷縮、風荷載等因素的作用的基礎之上確定好接縫的寬度。

圖2 門窗節(jié)點

2.4 框架結構體系的設計要點

相較于傳統建筑施工模式，預制裝配式建筑的優(yōu)勢在于各個構件分開施工、集中組裝，因此能夠進一步提高施工效率并且可以適應日漸復雜化的建筑施工場景。上述模式決定了能否做好框架結構體系的設計工作會直接影響到整體施工質量。期間，需要重點關注疊合梁以及疊合板的設計工作，并且所設計的結構體系要盡量平整[4]。支撐構件的設計環(huán)節(jié)，要盡量使設計出的構件能夠保持足夠的強度、承載力以及抗拉性能，進而讓其發(fā)揮出應有的支撐作用。以此為起點，還需要使這類型建筑各個支柱結構間的軸線處于平行狀態(tài)。此外，還應當重點關注結構體系間的構件連接情況。重點在于以保證連接部位的穩(wěn)定性和安全性為出發(fā)點選擇合適的構件焊接方式，并且針對可能會出現的突發(fā)事件提前制定應急預案。

2.5 預制構件的設計要點

此環(huán)節(jié)的設計工作之中，構件的生產廠家必須要做好與設計單位或是設計人員的溝通交流，重點在于對相關環(huán)節(jié)的細節(jié)問題進行協商交流，從而保證整體設計效果。前期，建設單位要根據實際施工需求協助設計單位確定好預制構件的尺寸與類型。在此基礎上，構件生產廠家要針對具體需要用到的構件情況編寫構件的加工圖紙，進而為后續(xù)各個環(huán)節(jié)的生產加工作業(yè)提供強有力的參考。以此為起點，這一環(huán)節(jié)的設計工作之中還需要重點關注以下問題：①嚴格遵循模數化和標準化原則，盡量減少構件的種類，進而降低后續(xù)安裝環(huán)節(jié)的工作難度并且提高整體安裝質量[5]。②這類型的建筑施工之中會涉及降板、開洞以及異形等問題，對此可以采用現澆筑的方式完成具體的施工作業(yè)。③全面調查把控施工區(qū)域內的構件吊裝、加工以及運輸能力，從源頭把控好構件的質量，從而保障預制裝配式建筑的整體質量。構件生產過程中，可能會遇到預制構件尺寸過大的問題，此時需要增加預埋吊點以及構件的脫模數量。此外，還應當根據建筑物的實際使用需求來完成外墻板的設計工作，進而提升裝配式建筑物的使用效能。④對于建筑物結構體系中的非承重內墻，要盡量選用便于安裝、重量輕以及隔聲性能好的隔墻板。在此基礎上，應當根據建筑物的使用需求做好建筑物室內空間的處理劃分工作，重點在于把控好非承重板與主體結構之間的連接性，從而提升建筑物的穩(wěn)定性與可靠性。

3 預制裝配式建筑的施工技術分析

3.1 預制剪力墻技術

預制剪力墻技術是指將預制剪力墻結構與其他預制結構部件連接到一起，進而保證整體建筑結構穩(wěn)定性和施工質量的技術類型。在此基礎上，如果可以用好預制剪力墻施工技術，也可以達到提升建筑抗震性能和節(jié)省建筑材料的效果。螺栓連接是其中較為常見的連接方式，要注意控制好預制構件的精密度并且應當根據需要提前做好預制構件的處理工作。施工中，還應當做好下層板插筋的處理工作并且確認內墻預制留板的螺栓孔都已經插入鋼筋。以此為起點，還需要做好螺栓孔的固定工作。具體需要在其中灌入水泥砂漿，進而控制好剪力墻與其他構件的距離，最終提高整體建筑結構的穩(wěn)定性。套筒連接技術、漿錨連接技術以及機械連接技術都是預制剪切墻施工中經常會涉及的技術模式，實際施工中可根據需要進行選擇。

3.2 預制疊合板安裝技術

預制疊合板安裝同樣是預制裝配式建筑施工中經常會涉及的施工技術，并且會直接影響到整體施工質量。施工過程中，要注意控制好疊合板安裝層與作業(yè)層之間的距離，并且進一步明確疊合板的安裝中心與安裝方向，從而避免相關環(huán)節(jié)的安裝誤差。以此為起點，還需要處理好預制吊板的安裝位置和安裝方向，并且在實際吊裝作業(yè)中做好保護工作，進而避免安裝中的激烈碰撞所造成的疊合板損毀問題。施工中，如果出現疊合板損毀的問題則需要進行更換處理。此時施工效率以及預制板的安裝密度都會受到影響。鑒于上述情況，需要選擇模塊化的吊裝手段完成具體的疊合板安裝工作，從而保證疊合板的密度。由于疊合板的安裝工作屬于高空作業(yè)，因此需要在下方設置臨時支架。期間，要注意控制好臨時支架的間距，一般為150cm 左右。待到完成吊裝作業(yè)之后，才能夠拆除臨時支架。拆除支架之前要注意對疊合板的吊裝施工情況進行檢查，以保證整體吊裝施工的穩(wěn)定性與可靠性。疊合板安裝期間，會遇到雙層結構安裝的情況。此時需要根據實際施工需要設置雙層支架，進而保證疊合板的穩(wěn)定性與可靠性。第一層疊合板完成安裝之后，要盡快開展混凝土的澆筑作業(yè)。澆筑完成后的2~5h 之后，需要檢查混凝土的強度。如果混凝土強度可以達到70%以上，則可以開展第2 層疊合板的安裝作業(yè)。正式安裝完成之后，需要拆除雙層支架，同樣需要在拆除之前對安裝情況進行檢查并且對其中涉及道德問題進行查缺補漏。

3.3 預制窗體技術

預制窗體技術同樣是預制裝配式建筑施工過程中經常會涉及的技術模式。具體通過螺栓、吊耳等裝置完成窗體螺母的連接工作，從而保障建筑物窗體結構的穩(wěn)定性與可靠性。施工期間，先要仔細檢查窗體上的螺母位置。之后需要測量窗體與作業(yè)面之間的距離，并且需要將二者之間的距離控制在300mm 左右。在確定具體的作業(yè)面位置之后才能夠開展窗體螺母與螺栓的連接工作，進而完成預制窗體環(huán)節(jié)的施工工作。施工過程中要注意控制好窗體的方向，并且想方設法保證窗體螺栓的穩(wěn)定性。要注意將各個細節(jié)層面的加固作業(yè)落實到位，進而使窗體能夠與建筑物墻體緊密相連。

4 結語

雖說預制裝配式建筑擁有非常顯著的優(yōu)勢，但還是應當做好其結構設計以及施工技術的合理應用，之后才能夠降低安裝施工環(huán)節(jié)的風險隱患、提高施工質量。前文中筆者參照實際工作經驗對這部分問題進行了研究論述，希望能夠進一步推進各項細節(jié)工作的優(yōu)化調整并且提高施工質量。