浅谈装配式建筑设计要点——以浙二建宿舍楼项目为例

韩云旦

( 浙江省建工集团有限责任公司,浙江 杭州 310015)

装配式建筑是用预制部品部件在工地装配而成的建筑。《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》(国办发〔2016〕71号)总体要求大力发展装配式建筑,坚持标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理,提高技术水平和工程质量,促进建筑产业转型升级。发展装配式建筑是推进新型城镇化发展的重要举措,有利于节约资源能源，减少施工污染，提升劳动生产效率和质量安全水平,有利于促进建筑业与信息化融合。

湖州浙二建钢结构制造加工基地宿舍楼项目是2016年浙建集团下达给省建工集团的第一个装配整体式框架结构总承包项目,建筑面积虽然只有1 040 m2,但却具有里程碑的意义,可为后续集团预制化业务的拓展带来契机。该项目PC预制范围包括：2层梁、2层板、2层柱、屋面梁、屋面板、外墙板、部分内墙板及楼梯,按2016版省《工业化建筑评价导则》计算的预制率(单体建筑±0.000 m以上主体结构和围护结构中预制部分的混凝土用量占对应构件混凝土总用量的体积比)达到83%(图1),装配率(单体建筑±0.000 m以上的主体结构、围护墙和内隔墙、装修和设备管线等采用预制部品部件的综合比例)达到71%(表1)。下面从建筑设计角度来谈本次实践的体会。

图1 预制率统计图

1 建筑设计基本原则

设计模数化是建筑工业化的基础,通过建筑模数的控制可以实现建筑、构件、 部品之间的统一,从模数化协调到模块化组合,进而使装配式建筑迈向标准化设计。在建筑设计中,要遵循预制构件“少规格、多组合”的设计原则,最基本的就是统一建筑的开间、进深尺度,形成标准的空间单元,从而减少构件种类。各专业在前期方案阶段就应介入,确定好装配式建筑的技术路线,依据标准化原则进行方案设计及创作[1]。

表1 装配式建筑评分表

注：装配率=66.56/(100-6)=71%。

因为本工程是浙建集团自筹资金的第一个装配式建筑,投资有限,正好选择拟建的2层宿舍楼作为实验对象,宿舍楼的特点是每个房间平面一样,这样就形成了标准的柱网,为预制构件拆分提供了良好的基础,因为层数太少,所以整体构件的重复率自然较低,但我们还是努力争取做出最少的规格：预制外墙板13种34块,优化后为11种34块；预制内墙8种98块；预制楼梯2种4块；预制梁19种186根,优化后为11种186根；预制叠合楼板26种106块,优化后为18种106块。优化的方法有：在开间轴距保持一致的基础上,边跨也要求轴线居柱中,从而每个面上就形成一样宽度的外墙板、叠合楼板及一样长度的叠合梁,转角外墙板处理通过山墙面外墙板进行转弯处理；梁柱相交位置尽量梁居中,那么楼板在梁柱交接处切角就会形状一致,如进深6 m的房间就可以分成上下两块完全一致的叠合板；同时梁宽梁高结合设计尽量保持一致。

在考虑外立面时,设计简洁整体,没有多余复杂的线脚,甚至雨棚也未采用预制PC,而是采用预埋铁板后装钢结构雨棚的做法。预制外墙板严格按照柱网和楼层线划分,拼装完成后自然形成立面格构式分隔线。

2 预制构件设计

本工程预制构件包括2层梁、2层板、2层柱、屋面梁、屋面板、外墙板、部分内墙板及楼梯。在连接构造、保温设计、防水设计等方面都进行了考虑。

1)连接构造：预制柱和叠合梁顶层节点，中间梁支座节点，双向楼板节点处采用现浇混凝土进行连接；预制主梁、预制次梁节点增加键槽采用现浇混凝土进行连接；柱和柱竖向钢筋通过套筒灌浆连接(图2)；外墙板和外墙板通过套筒灌浆连接。预制板表面做成凹凸的粗糙面；预制梁与后浇混凝土叠合层之间的结合面设置粗糙面；预制梁端面设置键槽,且设置粗糙面。

图2 预制柱、叠合梁中间层中间节点构造图

2)保温设计：预制外墙板根据节能计算保温层选用20 mm厚挤塑聚苯板,构造采用保温夹心外墙板(50 mm厚钢筋混凝土板+20 mm厚挤塑聚苯板+160 mm厚钢筋混凝土板),板和板采用了板板连接件(间距500～700 mm),保温板周边也采用了连接件与钢筋混凝土板固定。这种做法同时体现了墙体与保温隔热的一体化设计。

3)防水设计：预制外墙板50 mm厚钢筋混凝土板本身形成结构自防水；外墙板竖向采用高低企口设置防水(图3)；接缝处理时,外墙板竖向靠外墙处接缝先采用PU发泡剂填缝,再采用圆形聚乙烯棒填塞,最后采用厚度不小于10 mm耐候聚氨酯密封胶封闭；外墙板水平向靠外墙处接缝采用方形聚乙烯棒填塞,再采用厚度不小于10 mm耐候聚氨酯密封胶封闭(图4)。外墙板上端方形橡胶条与侧面圆形橡胶条由预制构件厂出厂前粘贴牢固。本项目窗框节点采用内高外低的企口做法,上部设置滴水槽,下部设置斜坡泄水平台[2]。

图3 外墙板防水构造

图4 外墙板与柱缝外处理

除上面重点处理外,预制构件设计还应注意：外墙板考虑空调留洞口，空调安装预埋件，斜撑预埋螺母，吊装用吊钉，调节标高用螺母，灌浆套筒等位置及埋件；叠合楼板考虑设备管线、吊顶、灯具安装点位的预留和预埋, 满足设备专业要求；房间隔墙和内走道墙采用自重轻、隔声好、防水、防火性能好的GRC预制内墙板,之间采用企口连接。

3 BIM应用

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是建筑学、工程学及土木工程的新工具。BIM信息化串联起设计、生产、施工、装修和管理全过程,服务于设计、建设、运维、拆除的全生命周期。本项目采用EPC模式与信息化技术结合的方式,旨在全过程、各参与部门的信息交换能集成在一个平台上[3]。

笔者用Revit软件建模时,将建筑分现浇和预制两个部分建模。现浇模型包括非预制的建筑、结构、水、电模型,建模深度到达构件级；预制模型内包含预制外墙板、预制梁、预制柱、预制叠合板等,建模深度达到构件级。模型由3人完成：1人负责钢筋模型,1人负责水电,1人负责建筑、结构的预制现浇模型。通过本项目的实践,总结出BIM信息化在设计各个阶段的作用。在扩初设计阶段, BIM模型数

据较为准确,所以能有效地提供准确的基础数据,将工程数据分解到构件级、材料级等,在这个阶段可以进行结构计算、工程造价计算等,所以在这个阶段BIM介入比较合适。而进入施工图阶段,BIM模型有可视化的优点,对于复杂建筑节点及各专业碰撞,能直观地呈现出来；在构件加工图设计阶段, 建筑专业提供预制构件的尺寸控制图,并对预制构件中的门窗洞口、机电管线精确定位外,还考虑生产运输和现场安装时的吊钩及临时固定设施安装孔的预留预埋；在施工现场,设计人员对于复杂建筑节点,利用BIM360,在现场查看BIM模型。

4 结 语

通过此次实践,笔者深深体会到预制构件最高水平的设计应该是由设计人员、施工队、机械承包商共同合作完成的,因此在装配式建筑设计中,不仅要求建筑师对本专业及相关专业有深入了解,还要对施工运输、施工现场、施工工艺及构件加工与模具利用有一定了解,同时要掌握BIM技术,通过对构件设计和构件安装的直观可视,提升装配式建筑的设计能力,做到像对待机器零件设计一样对待建筑构件设计,充分发挥设计在整个工程建设过程中的主导作用。

当然此次装配式建筑的实践还是有许多地方可以改进：如墙板连接进一步采用凹槽加钢筋拉结的方式；预制外墙板和装饰一体化,并尽量采用内保温便于提高构件安全性；外墙转角处尽量采用现浇；窗框应预先埋于预制外墙板内；设备管线尽量和结构体分离等。希望在后期项目中得到实践。