装配式建筑的特点与设计

2020-05-05陈溥

山西建筑 2020年9期

陈溥

(华林中创建筑规划设计有限公司，山西太原 030027)

伴随着建筑市场长期的粗放式发展，以现浇为主的传统房屋建筑方式已不能适应现代社会对建筑功能、品质以及节能环保等方面的要求。而装配式建筑相对于传统建筑在节约资源和能源、减少污染、提高劳动生产效率及工程质量等方面都有很多积极的作用。但装配式建筑又有其独有的特点和设计方法，故如何进行合理的装配式建筑设计，则对装配式建筑的健康发展有着非常重要的作用。

1 装配式建筑的概念

装配式建筑是指结构系统、外围护系统、设备与管线系统、内装系统的主要部分采用预制部品部件集成的建筑。从材料类别上来说分为三大类：装配式木结构建筑、装配式钢结构建筑、装配式混凝土建筑。目前我国建造的建筑类型以剪力墙住宅为主，而剪力墙住宅建筑材料又以钢筋混凝土为主，故本文所阐述的装配式建筑主要是指装配式混凝土建筑。

装配式混凝土建筑是指建筑的结构系统由混凝土部件(预制构件)通过可靠的连接方式装配而成的建筑。与国内传统现浇混凝土建筑相比较而言，装配式混凝土建筑的主要结构构件均采用工厂预制而成，具有以下几方面的特点：1)设计精细化程度要求比较高，专业协同要求比较高，严禁后凿后开孔现象，构件一旦生产出来就难以再修改；2)工厂化生产能够提高混凝土产品质量，提高生产效率，实现节能环保的目标；3)施工人员的工程实践经验以及技术水平、管理能力要求更高，安装误差以毫米为单位；4)要求建筑全装修，相比较现浇结构，装配式混凝土建筑的后期随意装修造成的结构破坏更容易引起重大质量事故；5)信息化程度较高，结合BIM技术，集成了建筑全寿命周期的重要信息。装配式建筑的特殊性使其能够将设计、生产、施工、装修、管理等建造环节全部打通，从而实现对建筑全产业链的协调整合。

2 装配式建筑的设计

2.1 装配式建筑设计的总原则和技术

装配式混凝土建筑设计以其对建筑模数化、标准化、通用化的要求，按照少规格、多组合的设计原则，使建筑户型以及部品部件等能达到系列化和多样化的建筑目标。当装配整体式混凝土剪力墙建筑的设计做到了标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和信息化管理后，住宅建筑的质量品质就能得到较大的提升，也可以降低房屋建造的成本和将来使用的围护成本。

装配整体式混凝土结构设计的主要结构技术是等同现浇。所谓等同现浇技术，其工作机理是钢筋之间通过可靠有效的连接方式(主要指钢筋机械连接、浆锚搭接连接、套筒灌浆连接等)，将混凝土构件的预制部分与现浇部分有效连接起来,使装配式结构具有与现浇结构相同的整体性能，以保证建筑结构安全可靠。

2.2 装配式建筑设计的流程及各设计阶段的关键点

从装配式建筑设计流程参考图(如图1所示)可以看出装配式建筑的设计与传统现浇结构多了几个重要的阶段，技术策划、内装修设计以及构件加工设计生产三个阶段，并且对各参建单位的协同工作提出了更多更高的要求。

首先，必须重视技术策划阶段，这一阶段的关键点是明确装配率(装配率指单体建筑室外地坪以上的主体结构、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)。装配率既是评价装配式建筑的重要指标，也是各地政府制定装配式扶持政策的主要依据，更是装配式技术路径实行的重要参考。例如当装配率设定在15%的时候，可以仅对水平楼盖采用装配式楼盖就可以满足装配目标；当装配率设定在30%的时候，仅对水平楼盖采用装配式楼盖就比较难满足了，还必须考虑一定比例的非砌筑隔墙，外围护墙以及干式地面做法、全装修等其他内容；当装配率设定在40%以上的时候，则一般必须要考虑竖向构件采用装配式构件。由此可见装配率的确定对整个项目装配式技术路线的制定以及后期项目设计的顺利进行有着十分重要的作用。

第二，在方案设计阶段则需要根据在技术策划阶段制定的装配式技术路线进行合理的平立面设计，这一阶段的关键点是“少规格、多组合”。通过对住宅套型进行标准化与系列化的设计，使建筑物不但满足建筑功能的需求，还可以提高工厂的生产效率，达到技术先进、经济合理的装配目标。

第三，初步设计阶段的关键点是协同。在这一阶段内，就需要在前期技术方案的指导下，再结合各专业的技术特点进行协同设计，结构专业需要依据方案策划以及规范标准制定出装配式构件具体采用的部位以及结构类型、连接方式等，设备专业则配合制定出管线在预制构件中的敷设方式及处理原则以及安装时需要预埋预留的位置，构件生产单位和施工单位则可以提出自己方面的一些需求，例如构件生产单位是否只可以生产二维构件，施工单位的安装塔吊规格是否存在一定限制等。通过各专业的协同工作，制定出既经济又合理的装配式技术措施。

第四，施工图设计阶段的关键点是装配式构件的拆分。在这一阶段内，根据初步设计阶段制定的装配式技术措施，将既定的结构构件拆分成工厂可以生产，公路可以运输，施工可以安装，协同了各专业技术的装配式构件则体现着设计人员对装配式建筑设计的了解程度。拆分设计的总原则要考虑以下几个方面：1)构件的标准化，少规格多组合；2)工厂生产的限制条件；3)公路运输的限制条件；4)施工起吊设备的限制条件；5)结构受力是否合理。

第五，构件施工图设计阶段的关键点是审核。构件施工图是最终的构件生产图，它决定着最终构件是否能达到既定的设计目标。但绘制构件施工图的往往不是建筑设计单位的设计人员，而是由工艺生产单位的设计人员，这些设计人员又大多都不是结构专业出身，根本不了解结构，仅仅能起到绘图员的职责，这就需要原建筑设计单位对构件施工图进行严格的审核校对，审核合格后才能形成最后的构件加工图，从而进行生产施工，以避免出现较大的质量事故。

3 装配整体式剪力墙结构设计注意事项

1)结构整体分析计算时，由于采用了等同现浇的结构技术，设计计算时可以按照现浇结构的计算分析进行。需要注意的是由于装配式剪力墙结构后浇段拼缝的存在，故对现浇剪力墙墙段部分地震工况下的内力放大1.1倍；另外，注意查看在规定水平力作用下底部预制墙段的剪力占总剪力的比值，当这个比值超过50%时，装配式剪力墙结构的最大适用高度需要适当降低。

2)在高层剪力墙结构拆分设计时，不应选择底部加强区的墙体。因为底部加强区的抗震能力要求较高，设置了约束边缘构件，配筋也比较大；在底部加强区以上的部位，往往就到了标准层阶段，墙体的构造配筋较小且比较统一，可选择这些部位作为进行预制墙体的拆分。此时，尚应注意优先选择剪力墙外墙进行拆分，可以结合建筑结构保温一体化设计，减少施工期间火灾的发生。另外预制外墙安装时可以采用简易构件安装支架即可，避免大型施工爬架或整体脚手架的应用，从而达到很好的经济效果。在拆分带洞口预制剪力墙时，洞口两侧的墙体宽度不应小于200 mm，并且当洞口为门洞时，则需要设置临时型钢安装件进行固定，保证墙体在脱模、运输、吊装过程中的安全稳定；虽然一般结构软件可以对预制墙体水平接缝的承载力进行计算，但因为设计师在实际配筋时可能会进行相应的调整，此时设计师应按规范进行手算校核，以避免出现设计结果与软件不符的情况，影响结构安全。

3)在钢筋混凝土楼板拆分设计时，建议设置施工临时支撑，在此状况下考虑施工阶段预制底板的受力计算(同时需要进行脱模、吊装等环节的验算)，以及使用阶段作为叠合楼板的整体受力分析。现行装配式结构技术规范主要采用的是钢筋桁架混凝土叠合楼板，接缝形式主要有密拼式分离接缝和整体式接缝两种。采用整体式接缝拆分的楼板周边有很多的胡子筋伸出，生产和安装的效率都相对较低，而分离式接缝的楼板仅两侧有钢筋伸出，大大提高了生产和安装的效率。我国的住宅建筑大多层高较低，没有吊顶，故采用整体式接缝，房屋顶部相对分离式接缝观感质量较好，用户满意度相对较高；对于工业建筑、办公楼等建筑则可以采用密拼式分离接缝，虽然有一定的观感质量略差，但可以大幅提高装配式建筑构件厂的生产效率和施工现场的安装速度，充分发挥装配式建筑的工业化优势。