探析装配式建筑结构的设计要点

文/张利伟 北京东方华太建筑设计工程有限责任公司 北京 100143

1、装配式建筑的特点分析

装配式建筑是建筑技术快速发展的产物，与传统混凝土建筑相比，装配式建筑具有非常突出的优势。第一，具有非常优良的节能效应。装配式建筑具有综合能耗低、建造过程节能、墙体高效保温、门窗密闭节能、使用新能源以及节能型产品等特点。第二，能够有效减少对水资源的依赖。在传统建筑施工过程中，土建施工是非常重要的内容。与此同时，土建施工对于水资源的依赖性比较强，尤其是在混凝土搅拌、水泥搅拌或者涂抹等过程中可能会造成比较大的水资源浪费。但装配式建筑在实际施工过程中，配件来源于工厂流水线，安装人员仅仅需要按照设计方案来进行科学装配即可完成，对于水资源的依赖性比较低，甚至还能够在很大程度上保护水资源。第三，能够在很大程度上节约建筑材料。装配式建筑的各类型配件在生产过程中具有严格的质量管控以及设计精度，能够整体提升相关建材的利用效率，同时能够有效减少对建材的不良消耗。第四，施工效率比较高，可以有效缩短建筑工期。与传统建筑相比，装配式建筑具有很好的节能效果。依托工业生产的规模化生产，需要大型建筑配件装配生产。施工人员只能按规范进行组装，不能与传统建筑进行同声传译和复杂化。

2、装配式建筑结构设计要点分析

2.1 设计流程要点

在设计过程中，除了原有的设计内容外，还增加了新的设计要求。在方案设计过程中，设计人员应熟悉项目的规模和成本控制要求。建筑结构选型应严格按照有关文件的要求进行。剪力墙、柱等构件的连接及位置应合理设计。例如，剪力墙的相对尺寸应满足预制构件的设计要求。在预制构件的设计过程中，设计人员需要与施工单位共同确定设计和施工细节，共同讨论技术实施方案，为后续设计提供有效的参考。在施工图设计环节，设计人员在进行结构设计时需要熟悉装配式建筑的构件生产等方面的技术要求，在设计施工图时要依据受力合理等原则合理选择预制构件的类型，并且协调好其与管线预埋的设计要求。在结构深化环节，设计人员要注意与加工厂积极联系，双方共同设计构件加工图纸，必要时还需要进行构件脱模，并考虑吊钩等工件的预留。

2.2 预制构件的设计与拆分

预制构件在设计时应该根据生产单位的工艺水平合理设计其尺寸，最大限度地减少尺寸误差，尽量避免因尺寸未达标而产生的质量问题。同时，设计师还需要根据施工单位的提升水平等因素进行设计。一些单位对预制构件进行拆分，主要是为了降低施工成本。为了工程造价控制的需要，一些施工单位对预制构件进行拆分，以保证施工顺利进行，优化施工工艺，使节点设计更加科学。建筑在施工和后续使用过程中，会受到人为因素、自然因素和特性因素的影响，建筑的可靠性和安全性也是行业和用户最重要的指标之一，因此必须保证预制建筑结构的安全。拆分预制构件是为了进一步把握装配式建筑主体结构受力情况，也是为了了解预制构件的承载能力。例如在装配式混凝土结构时，要确定现浇与预制的范围，要明确结构构件的拆分位置、构件之间的拆分位置，同时要明确后浇区与预制构件之间的关系。在进行结构拆分时，应该根据实际情况尽可能地减少构件规格，要考虑结构是否合理，要对相邻构件的拆分进行了解，要合理选择构件接缝位置。

2.3 构造节点的设计

装配式建筑门窗等防水性能较差部位的构造节点应该加强构造节点设计，在设计时应该根据项目工程所在气候区、地理区域进行设计，满足建筑物防水的需求。例如，预制外墙板水平缝可以采用高低缝提高防水性能。在设计时，当装配式建筑物不考虑抗震要求时，结构的主要荷载为风荷载，风荷载作用时结构大多处于弹性状态，故而构造节点设计一般仅需满足内力要求。当建筑物需要考虑抗震要求时，建筑物结构的主要荷载为地震荷载，若地震荷载过大则结构极有可能进入塑性状态，因此构造节点设计在前者的基础上还有着特殊设计要求，即要根据构造节点极限承载力设计，要考虑到构建塑性时的局部稳定情况，要保证梁塑性时的侧向稳定。为了尽可能防止梁发生侧向弯扭失稳，在设计受弯构件塑性区时，应该根据两相邻支撑点间的间距、受压翼缘的宽度设置侧向支撑点。在结构节点设计中，也要使节点结构简单，便于定位和调整。在钢结构节点设计中，应注意避免厚钢板的层状撕裂。同时，节点宽度应考虑地震荷载和风荷载的影响。在节点设计过程中，设计人员必须注意不同连接节点的安全性能和受力情况，并能根据不同的连接方式采用不同的技术要求。

2.4 框架结构体系的设计

框架结构体系在所有的建筑结构体系中应用最为广泛，大多被应用于高层建筑中，因此框架结构体系的设计必须引起我们的重视。在设计框架结构体系时，要注意“刚柔并济”，若结构太柔则容易出现变形现象，若结构太刚则容易出现局部受损等情况。在设计时，还需要分清主次，要分清各部分构件的重要性，要尽可能确保重要构件在意外发生时不会垮塌、发生破坏，尽可能避免造成严重的后果。在设计时，倘若建筑布局不合理、较为混乱，则应该根据现有的布局设计框架体系结构，当建筑布局为哑铃状时，中间部位结构的板厚应该增加厚度，调整配筋。倘若地下水位偏高时，应该注重框架体系的防水性能设计。对于地下室，混凝土结构应具有较强的抗渗性，配置混凝土材料时应按一定比例加入膨胀剂。框架结构体系建筑长度难以满足伸缩缝间距要求时，应增加配筋率，或调整保温措施。当预制房屋梁截面过大时，设计人员应仔细计算变形和配筋率，必要时采取加固措施。在出入口护栏的设计中，应增加结构柱，并对其进行密实化。

结语：

鉴于装配式建筑所具有各项优势，各工程建设单位要加大对该种建筑结构设计的研究力度。在明确预制构件优点的前提下，科学分析结构设计要点，确定预制构件、造价控制和立面设计的具体开发方法和要点。要通过结构体系的合理设计，确保建筑结构总体设计方案的质量，为后续工程施工提供可靠的施工依据和施工指导，确保预制构件的优势在工程建设中得到充分发挥，为建设单位取得更大的经济效益和社会效益。