预制装配式钢结构建筑设计要点及经济性研究

刘永霞

（1.银川能源学院，宁夏 银川 750105；2.银川能源学院土木工程专业实践教育中心，宁夏 银川 750105）

预制装配式钢结构建筑设计要点及经济性研究

刘永霞1，2

（1.银川能源学院，宁夏 银川 750105；2.银川能源学院土木工程专业实践教育中心，宁夏 银川 750105）

本文从建筑产业现代化的发展趋势出发，转变经济增长方式和经济结构适应性调整为重心，解读了预制装配式钢结构建筑的基本概念与特点，通过分析预制装配式钢结构建筑的结构选型和主要结构设计要点，对其建筑总体造价成本进行了分析，并针对如何降低预制装配式钢结构体系的造价问题提出了几点建议，具有一定的参考价值。

预制装配式；钢结构建筑；设计要点；经济性研究

当前我国正处于城市化高速发展时期，城市建设不单单满足于规模的扩大，人们开始逐渐在城市建设中加入文化元素，注重内涵，城市的发展品质逐步得到提升，向着绿色环保、智能集约的方向发展，因而现代城市建设对建筑行业要求也相应提升。过去我国城市建筑结构大多采用现浇混凝土或者砖混结构，这种建筑结构不但需要高强度的劳动操作，并且施工过程中还存在诸多安全隐患，建筑能耗不但相对较高，并且施工质量也无法精确控制。随着建筑施工技术的发展，我国建筑行业开始向着预制装配模式发展。但是受到传统的建筑思想以及居住思想的影响，人们对于预制装配建筑的认识不足，因而无法接受该种建筑结构，因而在我国预制装配建筑的发展阻力较大。

1.预制装式建筑概述

预制装配建筑主要由各类预制件组合装配而成，其预制件有工厂事先加工完成。将预制件运送至施工现场后，通过可靠的连接方式将预制件连接拼装在一起。目前我国常见的预制装配结构主要有预制装配钢结构、预制装箱房屋、预制混凝土结构等。其中预制装配钢结构主要利用钢梁、钢柱等作为建筑的承重结构；预制集装箱房屋的基本单元为集装箱，通过预先在工厂进行房屋各模块的生产建造，而后将完成的预制结构模块运送至施工现场进行组装，继而完成建筑内部装修。

2.预制装配式建筑的特点

建筑产业现代化的核心是融合信息化技术的新型建筑工业化，受到现代可持续发展、健康环保、绿色节能等理念的影响，我国建筑产业也逐步转型，在设计施工上都向着更加科学的方向发展。预制装配式建筑的具备多种传统建筑所不具备的特点：不但建筑品质相较于传统建筑有所提高，并且操作简便，现场无需高强度地现场作业，施工垃圾也大大减少，避免了施工过程中造成的污染、减少了材料浪费，并且由于劳动强度降低，因而人工成本得到有效控制，工期大大缩短，工程维护更加便捷。

3.预制装配钢结构建筑的主要构造

（1）钢框架—剪力墙结构。体系的形成基础为框架结构，通过在柱网的横向、纵向设置剪力墙，从而形成钢框架—剪力墙结构体系，建筑结构强度由于侧向刚度的改善，建筑结构体系侧向位移量的缺陷被有效弥补，竖向荷载由框架承受，水平荷载由剪力墙分担，因而建筑承载能力显著提高，目前高层建筑大多使用该结构体系。

（2）钢框架结构。在该结构体系中建筑的承重构件以及抗侧剪力构件主要为设置在建筑横向、纵向的梁柱，钢梁、钢柱的抗弯载能力直接决定了建筑的抗侧刚度。钢框架结构为柔性结构，因而其灵活性较高，且结构体系中的受力、传力较为明确，在多层建筑及抗震要求低的建筑中较为适用。

（3）钢框架—支撑结构。该结构体系的抗侧力能力较高，这是由于其为双重抗侧力结构，为增加框架柱之间的水平荷载支撑力，会设置横向钢支撑，且横向钢支撑不会对竖向荷载造成影响。因而该结构体系具有较高的稳定性，且建筑结构的梁柱截面面积有效减少，但是由于体系机构复杂，因而灵活性较差。

常用的预制装配式钢结构建筑常用的楼屋面板形式包括现浇钢筋混凝土楼板、压型钢板—混凝土组合楼板、钢筋桁架混凝土组合楼板等。

4.设计特征及设计要点分析

4.1设计特征

与采用现浇结构建筑的建设流程相比，预制装配式建筑的设计工作呈现5个方面的特征：

（1）流程精细化：从施工流程方面分析，预制装配建筑综合性更强，且精细化程度、整体化程度更高，相较于传统建筑设计，其流程增加了前期技术策划和预制构件加工图设计两个设计阶段。

（2）设计模数化：模数化是建筑工业化的基础，通过建筑模数的控制可以实现建筑、构件、部品之间的统一，从模数化协调到模块化组合，进而使预制装配式建筑迈向标准化设计。

（3）配合一体化：在预制装配式建筑设计阶段，应与各专业和构配件厂家充分配合，做到主体结构、预制构件、设备管线、装修部品和施工组织的一体化协作，优化设计成果；

（4）成本精准化：预制件的生产加工以预制装配建筑设计为依据，因而建筑设计直接决定了预制件的相关参数。除此之外，在装配率条件相同的基础下，投资成本会受到拆分方案的影响，因此设计也是影响成本的直接因素之一。

（5）技术信息化：BIM是利用数字技术表达建筑项目几何、物理和功能信息以支持项目全生命期决策、管理、建设、运营的技术和方法。建筑设计可采用BIM技术，提高预制构件设计完成度与精确度。在预制装配式建筑设计过程中，可将设计工作环节细分为以下5个阶段：技术策划阶段、方案设计阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段以及构件加工图设计阶段。

4.2设计要点

（1）规划设计

在设计规划中，预制装配建筑应当首先满足建筑的采光、通风、退线等基础性要求，在经济合理、安全稳定的基础上选择套型模块进行设计。同时对施工现场的组织流程及工序衔接予以考量，保证施工质量和施工效率。

（2）预制件设计要点

预制构架是预制装配建筑的基本要件，在预制件的设计中必须严格遵循模数化、标准化要求。以简洁规整为出发点，减少构件类型，从而降低建筑造价。此外在设计预制件过程中需要充分考虑预制件生产的可行性，以便捷生产为目的，提高预制件的可靠性，并便于后期预制件的保护。

（3）构造节点设计要点

节点构造设计也是决定预制装配建筑质量的关键，由于预制件需要在施工现场进行装配，各个预制件之间的节点也需要预先进行设计，尤其在预制混凝土剪力墙结构住宅施工中。各类接缝、节点都影响着建筑整体质量。因而设计过程中应当依照施工所在地气候条件、实际情况进行合理设计，以满足建筑的防水要求，提高建筑的节能性。

（4）专业配合设计要点

预制装配式建筑各专业应协同。预制构件设计应遵循受力合理、连接简单、施工方便、少规格、多组合的原则，提高工程质量，控制建设成本。给排水专业协同应考虑公共空间竖向管井位置、尺寸及共用的可能性，竖向管线的设置宜相对集中，水平管线的排布应减少交叉。

5.成本分析

工程造价是指进行某项工程建设花费的全部费用，指项目从前期策划开始到可行性研究，然后进行设计招标、工程招标。具体来说，影响最大的是在投资决策阶段，影响力为70%～95%；其次是设计阶段，影响力为30%～70%；再次是施工阶段，影响力是5%～30%，影响最小的是竣工阶段。影响力为0～5%。

在施工时，构件运输距离直接影响造价，特别是构件的二次搬运，必定造成建设成本的增加，所以，应该确定离工地较近的厂家。其中外挂墙板的成本与材料种类和实际的施工存在必然关系，在造价控制中应以二者作为重点对象。在预制装配式钢结构体系中，人工费降低了40%，加上施工工期缩短，使成本大幅度降低。同时，脚手架用量大量减少，模板的规范统一可显著降低成本。

6.造价控制建议

结构选型是控制预制装配钢结构造价的关键。因而在进行预制装配建筑的设计时需要明确建筑的功能，并以建筑功能作为设计基础，对建筑结构形式予以明确，从经济适用、安全稳定角度出发，依照建筑结构设计相关标准进行设计，对梁柱截面进行优化，降低结构中钢的使用量。同时预制混凝土外挂墙板，尽量降低模具种类，对构件结构进行规范，增加模具的使用率，从而降低施工成本。现场施工安装构件时，可以采用分段式操作，以流水施工的方式同时进行多道工序的操作，从而缩短施工周期，提高效率；另外选择PK预应力叠合楼板作为屋面板，以提高建筑的经济性，对造价进行控制。

结语

经济性是预制装配钢构建筑最主要的优势，并且在实践应用中该结构体系诸多优势不断显现，得到了建筑领域的一致认可，因而在未来发展空间广阔，但是人们对于该结构体系还并未了解，因此无法真正看到该结构体系的优势。基于这一点，在未来的发展中，应当加大预制装配钢结构体系的推广，令其逐步成为建筑行业的主力军，更好地推进我国建筑工业化进程。

[1]王福江.工程结构设计与工程造价关系分析[J].河南科技，2012（6）：59-61.

[2]殷寿成.基于建筑结构设计的工程造价控制[J].信息化建设，2013（2）：113-114,118.

TU391

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