预制装配式建筑结构体系与设计

(太原王孝雄建筑设计院（有限公司）， 山西 太原 030012)

0 引言

我国社会经济不断发展，城市化进程不断加快，在建筑领域也有了新的进展和突破。显然，传统的建筑模式已经无法适应现代经济发展的需要，所以，建筑领域要注重预制装配式建筑体系的发展。但是普遍来看，人们对装配式建筑并没有十分清楚的认识，其发展还存在一定的局限和障碍。所以，对装配式建筑结构体系进行深入探究十分有必要，以促进我国建筑行业的不断发展进步。

1 关于预制装配式建筑的概念

首先我们从概念入手开始探究。装配式建筑是一种新型的建筑形式，建筑过程所需要的主要部件都是在工厂生产加工好的，在施工现场只需要利用恰当的连接方法将所需部件连接起来就可以了。一般来讲，有三种应用比较广泛的预制装配式建筑。第一种是预制装配式混凝土结构，这种结构主要由预制的混凝土部件构成。其整个工作过程分为三步，第一步是工厂的预制生产，第二步进行现场施工安装，最后进行混凝土的浇筑。第二种是装配式钢结构。这一部分主要应用钢制的梁和柱进行装配。第三种是预制集装箱式房屋。在这一部分中，集装箱作为基本单元，先完成工厂内的流水加工生产，再进行现场组装。与其他两种结构的工作方式相比，这种方式在拼接时具有多样性，处理比较灵活。最后进行内部的整修，可以赋予建筑结构各种不同的特色。

2 预制装配式建筑结构体系的发展

2.1 预制装配式建筑结构的主要来源

在我国，预制装配式建筑结构的发展时间比较短，在这一领域的研究还十分有限，其被重视程度也不够高。在2013年颁布的《绿色建筑行动方案》中，国家对工业化生产的有效化管理提出了明确的要求，鼓励建筑企业单位逐步推进装配式建筑结构的应用。另外，国家提倡改革创新，不断更新土木工程建设方面的技术。与传统的建筑结构相比，预制装配式建筑结构有明显的优点。先工厂生产再现场组装的方式省略了传统施工中繁琐多样的施工步骤，也减少了施工材料的浪费，在缩短了工期的同时不影响建筑结构的质量，是一种对环境保护和资源节约十分有益的施工方式。

2.2 预制装配式建筑结构的实际使用

最早使用预制装配式建筑是在上个世纪八十年代，在大板建造方面的应用是主要方向。但是，由于当时我国经济发展水平的制约，这种建筑结构并没有得到推广，其发展十分缓慢。进入二十一世纪以来，我国经济实现了一个新的跨越，装配式建筑结构逐渐走进更多人的视野。就国内情况而言，该建筑结构应用较广的地区有北京上海等。上海的城建置业发展公司最先应用装配式建筑中的预制混凝土结构进行了浦江大型居住区的建造。

2.3 预制装配式混凝土结构体系特征

根据装配化程度的特点，我们可以将装配式建筑混凝土结构划分为两类，一类是全装配式，另一类是部分装配式。混凝土结构的刚性程度受到装配化程度的直接影响，混凝土结构的刚性与所用受力刚件以及节点的刚度有着密切联系。根据节点的特征，我们可以把混凝土结构的节点连接分为三类：干式连接的铰接、湿式连接的刚性连接以及柔性体连接。各类连接方式都有各自的特点。干式连接的节点是没有转动性能的，主要应用在低层建筑中，其抗震性和抗风压性能比较差；湿式连接的刚性节点的结构性能与混凝土的框架结构相似，具有转动刚度，可以用于高层建筑的建筑结构中。另外柔性连接点也有较好的转动刚度。从上述内容可以看出，不同的节点形式有着不同的特点，其适用领域也有所不同。所以，在实际的结构设计和应用中，要根据实际进行选择。对于有抗震或者抗压要求的建筑一定要选择合适的节点形式，以保证建筑结构的质量。

3 预制装配式建筑结构的设计

3.1 预制装配式建筑结构体系设计总方向

预制装配式建筑作为当前建筑发展的重要前景，在进行设计时有众多需要注意的地方。根据不同地区抗震要求的不同，以及节能要求上的不同，我们需要设计开发更具适应性的预制装配式结构。同时还要注意预制效率的提升和预制质量的保障。所以在进行设计时，应该按照从简单到复杂、从低级到高级的设计发展思路，一步一步推动预制装配式结构体系的发展。要充分掌握各预制装配结构的优势与不足，全面提升施工技术，改变传统的劳动力投入大，工作周期长的建造形式。另外在不断完善设计思想的同时，逐步实现各个构件的自动化生产。在这个过程中，要注意预制装配式建筑的设计比传统的建筑结构有更高的技术和设计要求，所以相关设计人员一定要充分了解和应用力学知识，熟悉各个结构的特点，在进行设计创新的同时，多多关注本行业的最新动态，以及可以尝试投入使用新兴建造技术，不断提升预制装配式建筑结构的安全可靠性能，不断推动社会的发展。

3.2 预制装配式框架结构体系的设计

框架结构在施工建设中应用比较广泛，它具有使用简单，质量轻便，方便运输等特征，在高层建筑中的应用获得了比较广泛的认可。该结构满足当前施工建设的发展方向。在该结构的组装中，预制叠合板以及叠合梁是非常关键的。其部件的生产在工厂直接完成，然后在现场进行浇筑和焊接等工作。出于施工质量的考虑，在进行设计时要考虑下面几个问题。首先，整个结构组成要规则平整，起支撑作用的部分要有足够的强度和韧性，在使用过程中其承载力要足够。另外要保证各个梁柱结构轴线的平行。其次，是进行梁与柱之间刚接点交接部位的处理，所建框架要平整稳定，具有足够的刚性要求，所用混凝土的强度要满足大于C30。此外，由于建筑所处的环境以及承载力需求的不同，在进行内部构件的焊接时要采取合理的方式。对于弯矩或者扭矩以及承担剪力等作用，在设计时要分开计算，以保证构件的合理选择。

3.3 预制装配式剪力墙结构体系的设计

板结构、梁结构以及剪力墙结构是预制装配剪力墙结构的主要部分。剪力墙结构体系的设计涉及到混凝土构件组成，叠合板、预制墙板等。在进行预制装配式建筑结构的设计时，需要根据实际情况和需要在全预制和半预制之间做出选择。为了保证建筑结构的整体质量，在进行设计时应从下面几个方面入手。如果是横墙结构，那么要根据内部结构部件的需要以及墙体侧向力的计算结果选择合适的预制承重墙板或者轻墙面板；其次，在进行竖向的抗侧力设计中，要注意把竖向承重钢筋注浆锚杆和连接口接通在一起；此外，还要两个方向的动态特性应该尽量接近平面化；最后还要注意在连接结构的设计中保证机械完整连续。

4 结语

总而言之，在我国经济大发展的时代背景下，我国的预制装配式建筑有很好的发展机会和前景。作为当前建筑行业发展的主要方向之一，预制装配式建筑结构体系的设计应该针对当前的不足进行修正，针对当前的需求进行完善，并积极关注该产业的发展新方向。在设计过程中要注重建设施工的总体效益，即要有利于产业进步又要符合当前的绿色发展主体。鼓励更多的建设单位运用预制装配式建筑，使得建筑行业获得更加长远健康的发展。

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