装配式建筑结构设计要点分析

汤 兰，汤 宇

（重庆海迈建筑工程设计有限公司，重庆 402000）

建筑行业持续发展之下，装配式建筑已经成为主流形式，但国内在此方面起步较迟，依然处于发展初期阶段，无法兼顾建筑高度、功能等多方面要求，形成的设计方案存在一定的局限性。对此，需从具体问题入手，提出可行的结构设计方案，给装配式建筑的施工作业提供指导。

1 工程概况

文章所述工程为多类建筑结构的综合体，有高层商住楼、酒店、写字楼以及地下室等。实际设计中，12#、13#住宅均为装配式剪力墙结构形式，涉及预制剪力墙、预制外墙等结构。根据工程要求，需形成合适的设计方案。

2 设计流程

与常规建筑设计方式相比，全新的装配式建筑设计在流程上与之存在明显差别。关于工程方案以及图纸的制定，需广泛涉及装配式设计的各项具体内容，并包含装配式结构的深化设计方案。实际工作中，设计单位要兼顾工程规模、使用功能、成本等多方面因素，形成合适的设计方案，确保各项要素达到相均衡的状态。装配式建筑对于结构的选择提出较高要求，需满足抗震设计规范，较为可行的有框架柱、剪力墙等结构形式，且各类预制构件都要与设计规范相符。装配式剪力墙结构如图1所示。

图1 装配式剪力墙结构

纵观装配式建筑的发展状况，其已经衍生出多种结构形式，如装配整体式框架结构等，各自均存在鲜明特点，适用条件也不尽相同。设计单位需立足于实际情况做出合理选择，并积极与建设单位商讨，对装配式技术方案形成共同认知，以便更好地展开各环节施工作业。做好常规结构设计工作，需充分考虑到各类构件生产与运输状况等多方面因素，设计方案要与实际生产、施工作业紧密关联，提升各环节的配合效率。基于装配式结构施工图，实现各类构件工业化预制的效果，在设计工作中要注重受力合理、操作便捷的基本原则，并与各专业设备之间形成紧密配合关系，注重对各类管线的预埋处理[1]。

针对装配式结构的已有方案做出深化设计，设计单位要充分考虑到预制作业的实际要求，各项操作与设计方案间应达到相配合的效果[2]。关于各类预制构件的运输以及安装作业，都要充分考虑到现场的实际情况，以便提升各环节施工效率。从施工图的构成要素来看，最为关键的当属各预制构件的平面布置图（涉及具体编号等内容）以及预留插筋布置图等[3-4]。基于装配式结构的实际特点形成计算书，需充分考虑到接缝以及预埋件承载力、连接节点等多部分内容，确保各部分受力的合理性。

3 装配式建筑结构设计要点

3.1 预制构件的深化设计

立足于预制构件的基本情况，为之展开深化设计，需充分考虑到设计图纸、生产工艺、现场作业环境等多方面因素。预制构件详图所涉及的内容应足够完善，需含有预留孔洞、管线等多方面要素，针对所得图纸进行全面的分析，经检验合格后方可下料制作。

3.2 预制构件连接设计

竖向与水平接缝处设置有适量钢筋，需达到有效连接状态，此处为套筒灌浆连接的方式，所得接头应与施工要求相符。从预制剪力墙的整体结构来看，钢筋接头套筒处需要设置足够厚度的混凝土，以达到有效保护钢筋的效果，该处厚度至少为20mm，且各套筒间距至少达25mm。施工中，预制板、预制梁之间会形成叠合区域，该处需设置为粗糙面的形式。预制梁端面施工中，应形成键槽并带有粗糙面。相较于结合面，形成的粗糙面应达到总面积的80%。在展开预制板粗糙面的设置时，需确保凹凸深度至少达4mm，而关于预制梁端及墙端的粗糙面，该处产生的凹凸深度至少达6mm。需注意的是，预制构件连接处应具有足够的稳定性，该处座浆材料强度要得到保障，即至少达到连接构件混凝土强度等级。

3.3 预制构件构造设计

根据该工程设计要求，所有预制楼板都设置为叠合单向板，针对底板采取开洞处理。若洞宽＜300mm，需调节好钢筋位置，应完全绕过洞口，不可对洞口产生切断作用；若洞宽为300～1000mm，由于此类洞的尺寸较大，需在洞边增设附加筋，数量为洞口每侧2根。部分楼层屋面与立面为收进式，此时需要在预制剪力墙顶部增设圈梁，使其与叠合楼形成整体结构。部分情况下预制剪力墙顶部较为特殊，未设置后浇圈梁，有必要为之增设水平后浇带，并向其中置入至少2根纵向筋，规格均为φ≥12mm。

3.4 预制构件的防水设计

伴随使用时间的延长，在太阳辐射、雨雪等因素的共同作用下，建筑易出现渗漏水现象，因此施工中所用混凝土的防水性能尤为关键。在装配式建筑领域中，预制楼板与外墙直接暴露于自然环境中，必须注重相邻构件连接处的处理，使其具有足够的防水性能。该工程中使用的是三明治外墙板，其采取的是封闭型设置方式，含有3层防水措施，最外侧铺设聚氨酯密封胶，向内设置有减压层，通过防水橡胶条提升紧密性，随后设置内侧灌浆层，从而达到多重防水的效果，如图2所示。

图2 三明治墙板系统

4 装配式构件特点及其应用效果

4.1 装配式混凝土结构特点

装配式混凝土结构特点在于楼板在厂内的制作只完成一半——除底面以外的其他各结构面的预留连接钢筋以及上部管线孔洞的施工作业。将制作后的半成品转移至现场，经过吊装后组织上层钢筋的绑扎作业，再完成混凝土浇筑。

梁结构包含主梁和次梁两部分，其中主梁的作用在于承受上部的荷载，使其能够有效传输至柱子或墙体处；次梁也具有传递荷载的作用，其是将上部结构的荷载传给主梁。前期在厂内生产过程中，要求在主梁的上部和周边预留连接钢筋，此外还需设计次梁的安装口，以便转运至现场后实现主、次梁的稳定连接。

4.2 装配式混凝土结构优劣势

（1）优势：①相比于钢结构，具有足够的耐久性和耐火性，可明显减少保养与维修工作量；②结构较为完整，无零散、残缺现象；③可塑性好，以施工要求为准，可灵活制作成特定形状的结构，更好地满足施工需求；④材料用量少，传统的钢结构形式需到达大量钢材的支持，在此方面的投入成本相对较高，钢筋混凝土结构则通过水泥混合料取代了部分钢筋，因此钢材用量随之减少。

（2）局限性：①自重较大，正常状况下钢筋混凝土的密度约25kN/m3，明显大于砌体和木材。虽然比重小于钢材，但其具备的截面尺寸相对较大，因此自重也随之增加，明显大于同跨度的钢结构；②混凝土抗拉强度偏低，在外力等因素作用下易发生开裂现象，导致钢筋混凝土结构的完整性不足，尽管裂缝不会威胁到结构的正常使用，但会对结构的耐久性和观感造成影响；③施工周期长，人员投入量较大；④受季节的影响较为显著，在连续降雨天气更为明显；⑤补强修复难度较大，且难以从根本上将问题处理好。

5 结束语

综上所述，现代建筑工程事业中，质量、成本、环保等都是重要的目标，装配式建筑结构正好突破了传统方式的束缚，作为一种全新的技术形式，在提升施工效率与质量的同时，还有效控制了工程成本。目前，装配式建筑依然处于初期发展阶段，尚有诸多问题有待解决。相关人员需从设计工作入手，根据实际情况形成与工程相适应的方案，顺利完成建筑施工作业，推动现代建筑事业的发展。