装配式混凝土住宅建筑初设阶段分析

2020-02-15陈筱军陈柳蓉中机十院国际工程有限公司北京100083

建材技术与应用 2020年3期

□□ 陈筱军，王泓，刘昊，陈柳蓉 (中机十院国际工程有限公司，北京 100083)

引言

传统的现浇建筑因现场湿作业，劳动生产率低、施工过程产生大量建筑垃圾、高消耗、高投入、低收益等缺点，已经很难适应国家建筑施工绿色环保节能的发展要求。建筑工业化在节能环保、施工工期、成本控制、实现供给等方面有着非常明显的优势，是行业发展的必然之路。装配式建筑是实现建筑产业化转型和建筑产业现代化的重要途径，是实现国家2020年60%左右的城镇化建设水平的重要手段。

1 装配式建筑的基本概念

国务院《关于大力发展装配式建筑的指导意见》中给出了明确的定义，所谓装配式建筑就是用预制部品部件在工地装配而成的建筑。就是按照标准的建筑部品规格制作成标准户型单元或构件，然后运至施工现场装配而成的住宅。装配式建筑分为预制装配式混凝土结构、钢结构和木结构三种类型，其中预制装配式混凝土结构一般简称“混凝土结构PC”(Precast Concrete)，是目前住宅类装配式建筑应用最为广泛的结构形式，是在预制构件加工厂把受力构件按照设计要求加工后，经运输、起吊、装配、连接而成的混凝土结构[1]。

2 装配式混凝土建筑结构的设计要点

2.1 设计流程

与传统的混凝土建筑不同，装配式建筑的设计流程除了在方案、初设、施工图设计过程中包括装配式设计的相关内容外，还增加了装配式结构深化设计的内容[2]。在方案阶段，设计单位应根据项目的建设规模、立面效果和产品定位目标，政策规定的预制率、装配率以及成本控制等要求，确定建筑和装修方案；在初设及施工图阶段，结构设计中应对装配式构件生产、运输及现场装配技术要求充分了解，设计过程应确保设计、生产、施工紧密衔接，同时还与设备专业相配合，使各专业管线、管道的预留预埋达到要求；在深化设计阶段，由预制构件加工厂与设计单位共同设计完成构件加工图纸[3]。

2.2 规划布局方式

装配式住宅建筑在进行规划布局时，不仅要像传统的住宅建筑那样考虑总图布局，还应考虑满足现场施工工艺流程等问题，如部品部件的堆放位置，塔吊的位置和预制构件的运输车流线等，规划布局上应以易于装配为核心，优化施工流程，降低施工难度，以实现产业化的楼栋布局方案。另外，还应对户型组合、拼接方式以及楼栋单元的标准化进行合理设计，在保证功能性与装配化的同时，综合考虑不同楼栋构件的通用性以及建筑的立面效果，避免对建筑外立面的影响[4]。

2.3 户型方案设计

住宅户型常用的功能模块包括卧室、客厅、厨房、卫生间、阳台等，为实现少规格、多组合及户型模块化设计原则，一般先对各功能空间进行模块化拆分，如卫生间可拆分为洗漱单元、入厕单元和淋浴单元，根据人体尺寸及人体工程学等理论对各功能单元进行初步设计。结合市场已有的成熟产品，通过对各类户型使用人群的需求分析，确定不同功能、不同类型、不同尺寸的标准化构件，并按照模数协调原则，参考室内空间结构，在不同空间位置对标准化构件进行多种系列组合，采用标准与可变的方式，运用标准化、系列化构件形成不同系列开间和不同进深尺寸的户型，完成对各功能单元的标准化户型模块设计[5]。

2.4 平面与立面设计

装配式混凝土住宅项目应采取模块化、系统化、标准化的设计方式进行平面与立面设计。平面设计方面，为保证不同楼栋构件的通用性和组合单元的标准化，一般运用已经设计好的系列标准化户型模块，组合成不同系列的装配式建筑户型平面，装配式住宅在组合中应尽量避免不规则造型，减少非标构件的应用。设计时应遵循建筑防火规范要求、建筑功能需求、人体工程学及适宜的结构体系，在保证结构空间规整的前提下，对楼梯、过道、电梯井、机电管井等交通模块进行合理地布置，通过不同单元户型少规格、多组合的灵活组合方式，将多个标准单元通过拼合复制的方式组成，诸如单元式、塔式和通廊式等不同的建筑平面。另外，由于人们对建筑空间的个性化需求逐步提高，所以在设计时采用不同的平面组合类型，以满足人们的个性化需求[4]。立面设计方面，基于装配式建筑的系列户型平面及系列建筑平面，通过结构墙板、阳台构件、装饰构件、门窗部品四部分，结合造型、色彩、外饰面、质感、线条、图案等组成多样化、个性化、特性化的建筑立面。

2.5 模数化设计

装配式建筑标准化设计的基础是模数化设计，一方面是工厂加工所需的具体模板数量是由相同构件数量决定的；另一方面是整体投资和项目周期也受模板数量的影响。模数化设计是以基本构成单元或功能空间为模块按分模数、基本模数和扩大模数的方法来实现部品部件、建筑内装修以及主体结构等相互间的尺寸协调[6]。建筑的平面设计宜采用水平扩大模数数列nM、2nM、3nM(n为自然数，M=100 mm)，做到构件部品设计、生产和安装等环节的尺寸协调，尽量避免采用nM/2。建筑立面设计中层高、门窗洞口高度的确定涉及到预制构件及部品的规格尺寸，应遵循模数协调的原则，采用竖向扩大模数数列nM，保证建设过程中满足部件生产及便于安装等要求。建筑部件及连接节点的设计尺寸采用模数协调的方法来确定，可以实现部件和连接节点的标准化，提高部件的互换性和通用性。梁、柱、墙等部件的截面尺寸宜采用竖向扩大模数数列nM；构造节点和部件的接口尺寸宜采用分模数数列nM/2、nM/5、nM/10[7]。另外，在装配式建筑结构的设计过程中，应尽量采用相同的模数，从而提升模板的利用率，同时还应配合好设备开口和插座等要素，以方便后期的安装施工[6]。