装配式建筑的设计应用实践

成财辉

（广东省建科建筑设计院有限公司，广东 广州 510000）

1 项目概况

广东工程职业技术学院清远校区项目是以设计为主导的，采用设计、采购、施工总承包的方式进行建设的EPC项目。二期建设认真落实《广东省人民政府办公厅关于大力发展装配式建筑的实施意见》，从技术可行性、构件标准化程度、场地空间大小、施工安全管理等因素，对二期新建建筑综合分析，制定装配式建筑设计方案。其中选取了22#后勤楼按《装配式建筑评价标准》AAA级装配式建筑进行设计。

后勤楼地上七层，无地下室，首层层高3.6m，二至七层层高3.0m，为框架结构。标准层由20个标准后勤间、走道和交通核组成，平面布置规整。

设计遵循标准化、模数化、少规格、多组合的原则进行合理的预制拆分，综合考虑预制构件的受力、运输安装便捷性、经济性和防水性能等。根据后勤楼的特点，设计采用的装配式技术配置有：预制墙板、预制柱、叠合梁、叠合板、全预制板及预制混凝土外墙板、集成卫生间、干式工法楼面和管线分离。

2 预制墙板

本设计采用预制外墙板选用12cm预制混凝土墙板（PC板），其他围护墙选用10cm+10cm密拼及8cm+8cm密拼的发泡陶瓷板、玻璃门窗；内隔墙采用200mmALC内墙板。

墙板与墙板、墙板与门窗的接缝防水是预制围护墙需要解决的主要问题之一。本建筑预制外墙采用明缝的防水形式，设有三道防水措施。最外侧采用高弹力的耐候防水胶，中间部分为物理空腔形成的减压空间，内侧使用预嵌在混凝土中的防水橡胶条上下互相压紧来起到防水效果，在墙面之间的十字接头处在橡胶止水带之外再增加一道高分子密封胶防水，其主要作用是利用密封胶良好的弹性封堵橡胶止水带相互错动可能产生的细微缝隙。同时，设一处引水管，可将渗入减压空间的雨水引导到室外。另外，混凝土墙板的水平接缝比结构平面低50mm，使即使外墙接缝漏水，水也不会经水平接缝渗入室内，形成二道防线。

3 集成卫生间

本建筑主要功能房间为住宿，设有大量独立卫生间，方案需考虑满足集成卫生间得分要求且成本不宜过高，因此卫生间采用了成品玻璃作为内墙隔断，天花设置铝合金吊顶，即达到了使用美观要求，又使墙面、顶面可采用干式工法，满足装配式得分要求，有效降低成本及施工难度。

4 预制柱

本建筑荷载较小，柱轴压比限制较松，三层及以上的预制柱可采用更小的截面，但本建筑层数有限，截面优化所减少的混凝土、钢筋量有限，反而会增加构件的模具数量，降低预制构件的重复利用率；而且不同预制柱截面的节点连接也会更复杂，增加构件制作及现场安装的难度。所以本建筑的预制柱不做变截面处理。

本次设计预制柱柱底连接有“柱下套筒”和“柱上套筒”两种形式。首层采用“柱下套筒”形式来实现延性连接，以保证柱底塑性铰的开展而不会产生脆性破坏。二层及以上则采用“柱上套筒”形式进行连接。

在预制柱现场吊装连接中，伸出钢筋的碰撞问题尤为突出。预制柱若按现浇结构配置柱纵筋，将可能导致与其相连的框架梁纵筋产生碰撞，而且预制构件伸出钢筋难以二次加工弯曲避让，以上均影响施工效率及质量。因此本项目预制柱的配筋尽量采用大直径钢筋，减少纵筋间距。七层的预制柱因部分需连接出天面梯屋的现浇柱，需在预制柱中预埋对应梯屋柱钢筋，以机械连接方式与上部现浇柱钢筋连接。

图1 预制墙板

5 干式工法楼面

干式工法楼面采用全预制楼板，面层饰面用瓷砖胶进行面砖薄贴。但对比现浇楼板和叠合板做法，此做法成本较高，对施工技术要求严格，不建议使用于平面面积大，功能较复杂的建筑。

6 叠合梁

本建筑各主梁、次梁受力相近，设计采用全楼包络法对梁配筋。为减少梁柱现浇节点的碰撞问题，在框架梁底筋满足抗震要求的前提下，在梁端处作梁底筋截断，仅保留两根角筋。同时把梁底筋的弯起避让纳入到设计中，减少现场发生钢筋碰撞的可能。设计仅在框架梁梁端箍筋加密区设置梁侧凹口，其余范围不设凹口，进一步减少现场的浇筑量。

预制梁应避开构造复杂的位置，如带有造型、预埋件等部位，避免在叠合梁上作过多的钢筋预埋或留孔，避免因预制偏差影响现场施工；其次预制梁两侧板高应一致，避免为了降板产生需特制的梁截面，造成预制构件生产模具的增加；另外，如果梁柱节点两个方向的框架梁均预制，设计时应充分考虑梁端底筋在节点区内的碰撞问题，从目前装配式项目的经验看来，叠合梁选择上更需要尽可能减少梁梁连接，因其节点往往因施工、预制偏差造成现场难以连接。

7 钢筋桁架叠合板

本项目仅在防水要求较高的区域（天面层、卫生间）采用叠合板，设计采用常见桁架叠合板模数（60mm预制层+70mm/80mm现浇层）；板块划分参照标准层内全预制板划分方法。

钢筋桁架叠合板在配筋上与普通现浇楼板无太多差别。对于卫生间降板处叠合板，本项目采用非出筋法进行深化设计，以解决现场由于卫浴的小量降板造成的板、梁筋碰撞问题；而屋面叠合板则全部采用出筋方法。

图2 预制板平面布置

8 全预制板

由于叠合板存在如下几个问题：①混凝土底板较薄，吊装不注意易损坏；②叠合板需布设桁架钢筋，增加构件的含钢量，同时现场浇筑量大，浇筑凝结慢，并不能很好地达到装配式建筑绿色环保的目的；其次由于叠合板较薄，而且表面还需按规范要求做粗糙面，质量难控制。

因此，我们在除了在卫生间区域及天面层区域采用钢筋桁架叠合板外，其余区域均采用100mm厚全预制楼板。设计仅在梁支座板端连接处及板间拼缝处设置现浇段，预制板底筋不伸出，采用附加底筋的连接形式；两板端支座面筋伸出相互搭接，从而降低预制构件运输尺寸和吊装时的难度，减少钢筋碰撞，提高安装效率。

原则上，预制板的布置一般以单向板布置为多，本项目中，走廊区域板块为单向布置，但若做成一整块预制板，全预制板的尺寸达6.9m×2.3m，重量4.126t，对生产，运输和安装都造成困难。因此根据其单向受力特点和走廊对观感要求较低，将走廊区域拆分为2块预制板，通过密拼的形式连接。宿舍内则是由于板块受力为双向受力及美观需要，选取了现浇段的连接方式。

由于卫生间区域采用钢筋桁架叠合板，标准层中涉及两种不同厚度板块的连接问题（叠合板140mm厚，全预制板100mm厚）。本项目中衔接两种板块的叠合次梁参照叠合主梁凹槽构造规定，设计了非平齐式凹口以平齐两边板面。

经本项目实践，全预制板适用于防水要求较低的功能区域。在板块划分上，由于全预制板包含大量预制体积，同面积的板块下全预制板相比叠合板会更重。为避免板块划分受限起吊重量而出现过小的尺寸，全预制板更适用于板跨、荷载不大的区域（如走廊、宿舍等区域），以压缩板块设计厚度和自重。板块配筋上，由于板间的凹槽（现浇节点）为钢筋搭接长度控制，在板筋不至于过密的情况下应尽量选取小直径钢筋，以压缩板间凹槽的宽度来减少现场的浇筑体积。再者，装配率计算上预制构件间的现浇区域有宽度要求，选取小直径板筋也有利于装配率的计算。现场施工过程中，现场人员须对进场预制板作仔细验收，对板筋保护层过厚等不符设计的构件予以退回，保证预制构件的入场质量。

9 管线分离

本建筑的管线分离方案主要是管线梁下吊装、立管明装或设于隔墙空腔内及管井对于管道穿预制板、穿梁、洁具排水接口洞口的预埋，设计应精细化各类孔洞定位和尺寸要求，以确保孔洞预埋正确及标准统一。

随着装配式建筑趋势的发展，排水专业设计将趋向于同层排水技术，其不穿越楼板，满足管线分离式安装要求和干式工法要求，对装配式预制构件无影响，有利于与其他机电管道的集成布置，便于后期机电管道同步安装，缩短施工周期。

10 结语

装配式建筑是一个系统工程，作为一项新型的建造方式，需要设计、生产、施工各单位的密切配合，大力发展装配式建筑有利于节约资源能源、减少施工污染、提升劳动生产效率。第一次尝试装配式建筑设计，希望以上的经验能够为大家提供参考和借鉴。