预制装配式建筑设计实践及相关问题探讨

胡小玲

摘要：预制装配式建筑的定义是把建筑物中的混凝土剪力墙、柱、梁、楼板、楼梯、阳台等建筑构件先在工厂中预制生产，再运输到施工现场进行装配的施工做法。相对传统的现场施工的方法，预制装配式做法的优点在于减少了气候环境对施工效果的影响，提高了施工效率，缩短了施工周期，在保证施工质量的同时也能够大大节约劳动力，并且更节能环保。缺点是预制装配受到运输条件、吊装设备和场地的限制，大型建筑构件如剪力墙、柱、梁、楼板等会在工厂预制前被拆分，需要运到现场后再进行组装，会对施工各方的配合度提出更高的要求。

关键词：预制装配式建筑；建筑设计；设计实践

1 引言

从建国以来，我国在建筑建设方面发展的很快，大量的混凝土建筑拔地而起。隨着施工经验的不断积累和施工技术的不断革新，我们发现混凝土现场浇注的产生的一些问题，如下：①需要大量劳动力且施工工期长。比如韩国三星在西安建设的一个工厂，采用了预制装配技术，工期仅需三个月，若采用非装配技术，工期至少一年，并且所耗劳动力总量只有非装配建筑技术的1/20。②部分部位如果采用现场浇注的做法，施工质量很难得到保证，如坡屋顶与天沟/的接触部位受振捣条件的影响质量差异很大，现场基本无其他作业手段，因此该部位漏水现象普遍，工厂化生产就可避免这一问题。③现场浇注混凝土会对环境造成影响，如噪声污染、建筑垃圾污染等。比如，混凝土施工为避免过多施工缝的形成，通常会连夜施工，噪声会影响周围居民的正常作息。又如，河道护坡项目施工如果采用现场浇注混凝土，将对河流造成污染，而若使用预制桩就不会有此污染问题。④施工现场作业在露天进行，工人的施工环境受气候影响较大。让从业工人在恶劣的工作条件下工作不仅会影响工作效率，还存在安全风险。随着从业工人对作业环境有了更高要求，他们已经不愿意在恶劣的条件下工作了。基于上述问题，产生了预制装配式建筑技术。目前预制装配技术已经在工业厂房、大型公共建筑、多高层住宅、别墅等各个类型建筑中得到广泛的应用，为了更加完善预制装配技术，我们应该对其在设计实践中存在的问题进行分析和研究，并找到解决的办法。

2 预制装配式建筑存在的技术难题

预制装配式建筑在设计理论上和传统现场浇注建筑没有不同，但在施工思路上完全不一样。预制装配式建筑是将原本是一个整体的剪力墙、梁、柱等建筑构件拆分，在工厂中预制生产后，通过运输到现场，吊装进行组装的方式施工建设，从而满足设计要求的受力性能的。虽然预制装配式建筑的工业化生产模式可以缩短施工周期，提高施工质量，但因受到运输和吊装条件的限制，在实践中也会存在一些技术问题：

（1）平面不规则与构件数量限制的矛盾。每个建筑平面都是根据对地形、使用功能和建筑外观等因素的综合考量确定的，因此每个建筑项目的平面千差万别。在实践过程中如果按照每个建筑平面生产相应的模具，那么成本将会过高，导致项目夭折。因此，我们需要结合预制装配式建筑与非装配式建筑的优点，对于平面形状中不规则的部分可以采用非装配式建筑现场浇注的做法，或者采用钢结构的做法。

（2）接缝、节点处的耐久性、抗震性能、安全性和防水处理。因为装配式建筑在组装建筑构件的过程中，会出现很多节点和接缝，这些是结构受力和建筑防水的薄弱环节，如果不能处理好节点和接缝，建筑的安全性就会受到影响。通常的处理方法是将拆分构件的预留钢筋焊接好后，再用一个比被连接构件高一等级的混凝土加微膨胀剂浇筑，然后再振捣密实即可。众多实际工程案例证明，这种做法能够满足耐久性、抗震性、防水等建设要求。但需注意的是，由于构件拆分组装过程质量具有离散性，所以拆分构件的预留连接钢筋应适当加大。

（3）预防构件运输、吊装过程中的开裂：由于拆分构件由于运输、吊装的需要会设置四个或多个吊装点，通过模拟运输、吊装过程中拆分构件的受力情况，如果实际受力情况同设计模拟时相同或相近，那么将不会发生开裂的情况。但实际情况是，在运输和吊装过程中很难做到不开裂。考虑到吊装和运输方式的不确定性，通常工程中预防构件开裂的方式是加大被拆分构件的构造配筋。

特别说明的是，对于高层建筑的核心筒、剪力墙的约束边缘构件、转换梁、框支柱等抗地震力的建筑构件适宜采用现浇混凝土的施工方式，增强建筑构件的抗震性。

3 采用BIM技术实现预制装配式建筑

目前，二维图纸表达设计的工作方法仍是主流，但对于预制装配式建筑来讲，由于其对节点连接、管线预埋位置等要求准确，传统的二维表达方式很难直观的表述，给沟通带来困难。这就需要我们采用三维的表述，BIM技术就恰好解决了这一问题，更好地协同各个专业一起解决设计实践问题。

3.1 结构专业协同

为了满足抗震设计的原则和需求，预制装配式建筑的体形、平面和构造都有一定的要求。为了满足工业化制造的要求，预制建筑构件在设计上应符合受力合理、连接简单、施工方便、规格少、组合多的原则，制定合理的预制构件尺寸和重量，便于加工和运输，提高工程质量的同时也要控制建设成本。承重墙和柱应注意上下连续，门窗洞口尽量上下对齐，不宜使用转角窗。门窗洞口的设置应满足结构受力要求和预制构件的设计要求，另外管线留洞位置和尺寸应保证准确。

3.2 给排水专业协同

预制装配式建筑需要考虑公共空间竖向管井留洞位置和大小，竖向管线应相对集中，水平管线应减少交叉。穿过预制楼板的管道应预留洞，穿过预制梁的管道应预埋套管，要保证管井和吊顶内部的管线安装牢固并方便检修和更换。住宅套内优先采用同层排水的方式，并要做好防水构造。整体卫浴和整体厨房的安装需要和厂家配合预留好管道接口位置及尺寸，太阳能热水系统集热器与储水罐也需要与建筑整体配合，做好预留和预埋。

3.3 暖通专业协同

供暖系统的主立管和分户控制阀门等应布置在公共空间竖向管井内，户内供暖管线则是做成独立环路。在采用低温热水地面辐射供暖时，分、集水器应结合地面垫层构造布置，便于检修管理。在采用散热器供暖时，应做好合理分布散热器位置，管线走向的工作。在采用分体式空调机时，应满足卧室和起居室空调安装的位置和预留预埋条件。在采用集中新风系统时，应预先确定风道的布置、住宅中厨房和卫生间排气道的布置。

3.4 电气电讯专业协同

在布置分户配电箱位置时，要保证分户墙两侧暗装电气设备不连通。预制构件需考虑内装要求，确定好插座、灯具、有线电视接口、电话和网络接口等位置。还需将线路布置与建筑构件综合考虑。在预制墙体或叠合板内暗敷设时，需要用线管保护。在预制墙体相应位置还需预留预埋，为了将来安装电气开关、插座、连接管线等。另外，在外墙板、内墙板的门窗过梁和锚固区不宜埋设设备管线。

4 结语

为了能够实现我国预制装配式建筑的快速发展，需要在设计实践中结合具体建设项目的设计要求，综合考量各方需求，在熟悉预制构件的拆分、生产、加工、运输和安装等各道工序技术要点的前提下，对预制装配建筑进行整体分析和研究，并尽力协同各专业工种，不断积累预制装配式建筑设计经验，整合各项资源，提高预制装配式建筑设计和建设的水平，本文期盼能为做出微薄贡献，供同行参考。

参考文献

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