装配式建筑结构设计要点与应用分析

刘 勇 山西省交通规划勘察设计院有限公司

1 装配式建筑的发展

装配式建筑是指预制构件在工地装配而成的建筑。在信息化时代，现代信息技术给建筑行业注入了科技的力量，正在逐步推动传统建筑行业转型升级，争取早日实现绿色建筑、绿色建造的长远目标。很早之前，英、法等发达国家开始率先尝试在建筑工程项目中采用装配式建筑的方法，并取得了不错的成效。装配式建筑经过大量的真实案例得出结论，其具有建造速度快、建造质量良好、投入成本低、建材损耗低、绿色环保等优势。因为我国建筑垃圾占城市垃圾的份额比较大，所以建筑垃圾在得不到有效处理的前提下会给城市生态环境造成影响。建筑行业要想从源头上彻底解决产生的建筑垃圾问题，需要贯彻落实绿色节能建筑理念，装配式建筑模式是一种有效途径。现阶段，装配式建筑已经深受国家、当地政府、人民群众的青睐，在推动建筑行业的升级转型中起到重要作用，可以说，装配式建筑的发展前景非常乐观。

2 装配式建筑结构设计要点与应用分析

2.1 运输装配式构件的要点分析

（1）在运输构件时，要尽量选择运用平板车等运输设备，且在车上要配备固定点，确保在运输时构件不会出现位移或碰撞。在运输剪力墙板的时候，要选用立放的方法，但是在楼梯或阳台运输底板叠合板时均要以平放的方式进行，且要针对构件来实施固定与支撑，预防构件在运输时发生不必要的损坏。（2）堆放装配式构件要点。在堆放装配式建筑物构件的时候，首先要针对场地实施硬化处理，另外还要布设科学化的排水设施。在对装配式外墙构件进行堆放时，要选择靠放的方式，将外饰面朝内放置。

2.2 框架结构体系设计要点

装配式框架结构实际应用过程中有一定的优势，比如因为其各个构件可以分开加工，因而无论是使用还是运输均比较方便，在高层建筑施工中有广泛的应用。在构件的组装环节，为更好提升构件在整个结构体系中的作用，加强结构体系的稳定性与可靠性，需要给予叠合梁、叠合板制作充分的重视。在采用装配式建筑框架结构开展施工时，全部的构件均预先在工厂加工完成，施工现场进行混凝土浇筑和连接施工。在保证装配式框架结构设计质量的基础上，还需要做好以下几点设计工作。

（1）结构体系应尽量保证平整，支撑构件设计过程中务必保证构件有足够的强度、承载力和抗拉性能，可以有效发挥支撑作用。另外，还需要保证装配式建筑支柱结构间的轴线处于平行状态。

（2）结构体系间的构件连接也是需要重点关注的对象，为确保构件连接部位的稳定性和安全性，需要根据结构特点合理选择焊接方式。

2.3 剪力墙结构是装配式建筑结构的重要组成

主要指支撑上部楼层的墙体，主要用于承载各种荷载，具有防止结构剪切破坏的作用。装配式建筑结构设计中要重视剪力墙的设计，应当全面考虑空间与结构的问题，如注重剪力墙边缘的构造设计，同时也应当结合装配式建筑结构特征，将双面叠合剪力墙结构、纵肋叠合剪力墙结构、叠合剪力墙技术体系等先进剪力墙结构融入装配式建筑结构中，以便减少各种荷载对墙体结构产生的压力，提升装配式建筑结构的整体性能。

2.4 控制建筑成本

合理控制建筑工程成本是建筑单位在设计中的一个重要环节。为了能够让装配式建筑在建筑成本上得到一个良好的控制，设计单位在PC构件的生产、运送和安装环节就要进行准确的预算，从多方面角度考虑当地工厂的构件生产能力、施工单位的运输能力和吊装能力。在施工之前就要对此次工程进行合理的造价预算，避免在施工过程中产生不必要的开支。目前PC构件的生产并没有受到统一的规范，导致PC构件的生产市场不稳定十分混乱，构件成本偏高，从而阻碍了相关企业的发展。面对这种情况就需要设计单位在施工之前进行精准的施工预算，在构件的种类上进行优化，减小生产成本，从而使工程造价得到有效控制。同时在装配式建筑施工当中，安装的质量也直接影响着建筑成本。所以在结构施工图纸上也要对运输方式进行预估，最终实现成本的控制。

2.5 外墙脚手架对构件的要求分析

普遍的外墙脚手架可分成附着式升降架、悬挑架和落地架。其中落地架运用在多层建筑之中，其搭设对建筑构件方面的影响相对较小；悬挑架一般会运用在较高的建筑工程中；附着式升降架在施工过程中可很好地提供相应的附着支座受力。针对构件单件和连接节点实施结构设计的时候，要综合分析并考虑这部分作用力的作用点大小、方向，以预防影响后续施工。若施工过程中所出现的作用力对于现浇结构的影响力度不足，则在实施结构设计时通常不会单独分析，然而装配式建筑的预制构件若受到这部分作用力方面的影响，就会遭受严重损坏而发生较大变形。

2.6 标准化类型设计要点

对于预制装配式建筑结构设计来说，只有尽量确保可以达到更多的标准构件时才可以缩短施工周期和减少模板用量，以此实现节约成本的目的。考虑到我国预制装配式建筑起步较晚，还处于初级发展阶段，在施工工艺方面还有较大的提升空间，尤其是在承载构件设计与生产方面还存在诸多的问题，无法实现装配化生产。目前来看，预制装配式建筑结构的转装配化只含有现浇和装配两方面，在具体设计过程中为保证结构空间尽可能规整，需要不断提升标准化程度。比如多个标准单元可以考虑采用拼合复制的方式将其组合为标准层平面，在空间结构设置时可以根据交通核模板和户型模板来设计。一般来说，在户型模板设置中可以重点参考室内空间结构特点，合理布置客厅和卧室；在交通核模板设置中可以重点对楼梯、楼梯走道、电梯井及机电管井进行设计。通过应用多种平面组合类型，以此满足业主的个性化需求，同时确保预制装配式建筑结构设计的合理性。如图1所示。

图1 标准预制构件

2.7 分析预制装配剪力墙的结构设计

预制装配剪力墙结构主要是以剪力墙和梁板作为建筑物的主要受力结构。预制剪力墙可以分为全预制剪力墙机构和半预制剪力墙结构，具体的结构体系设计一定要满足GB 50011——2010《建筑抗震设计规范》和JGJ 3——2010《高层建筑混凝土结构技术规程》这些标准规范。在结构体系设计中一定要遵循以下几点：一是剪力墙在横纵布置的安排上一定要根据实际情况进行，最好是在端部山墙结构的两侧设置预制承重板。内部墙体可以用预制承重板和预制轻质填充物进行设置。第二点，竖向的抗侧力构件可以利用浇筑连接带与受力钢筋浆锚融为一体，以确保结构的整体性。三是在构件连接间的设计上，一定要传力明确、结构稳定，使装配式建筑结构具备良好的抗震能力。如果在同一层的建筑施工中出现了现浇剪力墙和预制剪力墙，在这种剪力墙结构当中，抗震设计应该通过VuE=0.6fyAsd+0.8N这样的计算方式来施工。其中VUE代表剪力墙水平接缝受剪承载力，N:fy为钢筋垂直穿入结合面的强度设计值，N:Asd为钢筋垂直穿过结合面的抗剪面积。

3 装配式建筑的优势与发展

首先，运用装配式建筑技术，来促使建筑行业进入一个全新的发展阶段。装配式技术中工业标准化的应用，将轻工业理念很好地应用在建筑行业之中。应用搭积木的形式来显著改善建筑行业施工方向，该类转变已经逐步地发展为主流趋势，其正走向一个全新的技术发展时代。其次，装配式施工有利于节能环保目标的达成。在装配式建筑施工时，建筑细部构建通常都是在工厂中集中化生产，可节省施工材料。还可减少因施工而引发的粉尘、噪声污染，从而可选择运用新型化材料来减少热损失的出现。不但可提高控制质量，还可改善人们的生活环境。再次，装配式建筑能缩短施工工期。建筑施工被细化分为工厂施工与现场施工，不但可提高施工速度，还可缩短施工工期。装配式建筑施工受到外界环境与气候方面的影响较小，可直接提高建筑整体效益。在装配式建筑施工的时候，对于人工数量需求变小，而之前较为传统化的现浇钢筋混凝土建筑需诸多施工人员进入现场予以施工。运用装配式结构方法可降低人工数量，缩短工期会显著提高效益，为行业走向可持续发展奠定坚实的基础。最后，装配式建筑可显著提升施工质量。传统建筑施工工艺相对繁杂，针对驻地现场施工人员来分析，人员流动量相对较大，所掌握的技术也具有难度，难以保障施工质量。但是装配式建筑施工为工程化生产，可确保构件质量。在此基础之上，仅需确保组合拼装质量，规避了现浇建筑施工阶段所发生的各类问题。

4 结束语

综上所述，时代发展过快会给传统行业造成较大的影响，建筑行业要想避免被快速发展的时代所淘汰，应当加速改革、创新工作。装配式建筑是一种新型的建造模式，要想不被建筑行业边缘化，就必须解决建筑结构设计、建造中存在的问题，比如施工成本过高、结构体系不统一、设计标准不一致等。解决上述弊端问题的有效策略有深入分析装配式建筑结构设计，掌握影响装配式建筑结构设计的因素，有针对性地筹划并建立统一的业界标准等。只有同时进行多元化措施，才能在提高装配式建筑结构整体性能和质量的前提下节约投入成本、保护生态环境，早日实现绿色建筑、绿色建造的目标。