关于预制装配式建筑结构体系与设计

2019-07-30盛贤为湘潭市建筑设计院湖南湘潭411100

中国房地产业 2019年15期

关键词：现浇装配式构件

文/盛贤为湘潭市建筑设计院湖南湘潭 411100

绿色、低碳、环保、节能和生态等一系列新理念的提出对我国建筑事业带来了很大的影响，使建筑向工业化的方向快速发展，其重要表现形式即预制装配式建筑，它从根本上打破不同专业的设计与施工都各自为战的落后局面，使建筑产业达到高度协同。

1、预制装配式建筑结构体系

1.1 概述

七十年代开始使用的装配式建筑，其结构以大板式为主，主要试用以下几种预制构件：槽型板、圆孔板及屋面板。因在受力分析、连接等很多方面都存在一些问题，使结构可能存在缺陷，所以在之后被逐步淘汰。

目前在民用建筑当中，可使用很多不同的预制结构。伴随经济水平不断提高，以及对环境保护与节能减排的不断重视，此类结构开始成为城市建设主要趋势之一。由于受到成本的影响与限制，使很多开发商将目光放在装配式[1]。

1.2 结构体系

在结构型式上，预制与现浇没有太大区别，但预制对构件之间的连接有很高要求，即便结构布置完全相同，当所用连接技术不同时，会有不同力学性质与抗震性能；另外，如果在力学性质及抗震性能大致相同时采用不同方法进行连接，则能使结构具有不同经济等性能。可见，对设计人员，往往很难准确把控，对其推广应用造成一定程度的影响。虽然在此之后有IMS体系等提出，但由于在安装施工中均需布置一定数量的斜撑来形成一个稳定的整体体系，所以可能并不会其他类型的结构体系更便于施工。

对于装配式结构，若按装配化程度进行分类，还可分成全部与局部两类。装配化程度并不会对结构刚度造成影响，仅仅和节点及构件存在一定关联。其中，节点可分为如图1、2所示的干式与湿式、柔性几种[2]。其中，干式没有转动刚度，适用于只主要承受竖向荷载的实际情况；湿式节点的转动刚度与现浇梁柱的节点基本相同，所以有着与现浇结构相似的性能；而柔性节点则处在以上两种节点之间。

图1 干式节点

图2 湿式节点

通过上述分析可以看出，不同节点由不同性能与刚度，所以当结构所用连接节点不同时，其性能将有很大差别，特别是装配式结构能选择的节点类型有很多，对于一种结构，选择哪一种节点，确定不同节点对应的使用比例，是设计的关键问题之一。

2、预制装配式建筑设计

（1）在方案设计中，需要对不同参与方之间的相互关系进行协调，对包含平面与立面等在内的所有内容进行有针对性的优化，并对技术做科研分析与经济技术对比，辅以整体策划，确定最佳的施工方案。严格把控构件的具体部位与拆分，比如确定每个项目对应的构件类型，哪些构件需要进行拆分等。在建筑中，首先要充分考虑水平方向上的构件进行预制，如阳台、梁板与楼梯，这样能减少在施工中脚手架等体系的搭设，起到降低造价的作用；其次在外墙上应尽量使装饰与保温充分结合，以此降低施工的复杂度；再次，对内墙预制予以充分考虑，包括承重与非承重两种[3]。不同地方可能有不同的要求，设计前必须明确相关要求；另外，其它专业也应予以高度配合和足够的支持，对各方面提出明确要求，同时对构件的制作与运输作出准确预测。

（2）初步设计过程中，对包含基础型式、结构体系与材料等在内的多方面内容实施综合论证，确定最佳施工方案，以此对工程造价进行有效控制，使装配式结构得到合理应用。

（3）在施工图设计过程中，应在确实满足使用功能要求的基础上，使基本单元定型达到标准化，使构配件得到充分利用。需要特别注意，在装配式结构当中，构件之间的连接处宜布置在受力相对较小的部位，同时它的形状与尺寸都应符合相关要求。对预制构件进行深化设计时，需要一同完成不同工种及专业的所有预留孔洞，以免后续切割与修造，对构件造成损坏。

（4）如前所述，装配式结构有很多不同类型，它的适用高度与高度和宽度之比，均需根据现行技术规范来确定。构件与节点需要做好极限状态设计，确定适宜的极限状态，确定适宜的弹性方法，同时满足规范及标准相关要求。

在没有特殊要求的情况下，对于装配式结构，它的设计可使用和现浇结构一致的方法。如果在同一层中，同时存在现浇和预制两种构件，则在抗震设计过程中需要对现浇构件受地震作用后的弯矩及剪力实施放大。对于现浇和预制楼盖，都能认为其平面中的刚性为无限，刚度系数一般为1.3-2.0[4]。

对装配式结构进行连接计算时，如果从接缝中穿过的钢筋数量大于或等于构件中的钢筋，同时构造可以达到规范要求，则接缝和节点处受弯、受拉及受压不能比构件低。对于后浇混凝土，其抗剪强度通常比构件自身低，在这种情况下，接缝应根据规范的相关要求做好承载力设计与计算。

充分考虑楼板自身整体性和预埋管线等影响因素，同时充分考虑构件施工、吊装及运输方面的因素，对于预制板与现浇层的厚度，都应达到60mm以上。预制板以接缝的方式及长宽比为依据，应采用不同的计算方式。构件在进行制作与安装时，其受力状态与基数按的模式都不相同。构件在此时没有满足设计要求的强度，需要在短时间内的承载力进行分析和验算，对每一个生产与施工过程都进行深入的分析。

（5）采用装配式结构的建筑，其构造、体型与平面布置都要满足抗震基本原则与相关设计要求。为了达到工业化具体要求，对预制构件进行设计时，应保证受力的合理性、构件间连接的便利性、施工的便利性，构件的重量与尺寸应科学合理，便于日后的加工及运输，保证工程的施工质量，并实现对工程造价的有效控制。

（6）对于装配式建筑的竖向构件，如柱、墙等，应做到上、下连续，预留的门窗洞口需要做到完全对齐，尽量成列排布，一般不建议设置转角窗。另外，洞口处尺寸及所在位置都要满足结构体系实际受力要求[5]。

（7）对装配式建筑进行装饰装修设计时，需要严格遵循一体化基本原则，各种部品体系要符合相关标准具体要求，满足环保、节能和安全等方面的要求。在条件允许的情况下，可利用接口技术、参数优化等实现构件的通用性及互换性。在装饰装修设计过程中，需要对不同设施、材料及机械设计年限进行综合考虑，使用的部品应具有良好适应性及可变性，此外还要能为施工、维护及改造创造便利。