基于装配式建筑结构设计要点分析

2021-11-15王少华

建材发展导向 2021年17期

王少华

（安徽建筑大学设计研究总院有限公司，安徽合肥 230022）

建筑行业的发展，开始关注装配式建筑结构的应用，是发展的主流，更是未来的发展趋势。但结合当前的状态来看，还属于初步发展阶段，需要分析和探究的内容还有很多。其中，针对装配式建筑结构设计要点分析属于重点内容，因此本文给出了如下分析。

1 装配式建筑结构简述

装配式建筑，便是建筑当中的主要构件，通过预制装配进行集成完成的建筑形式，例如：结构系统、外墙围护系统以及内装系统等等。装配式建筑并不单指预制的梁、柱以及板相关构件，是非常系统的工程内容，需要将预制构件开展模块化生产，并在现场将其组合拼装，使其完成建筑目标。主要其中的特征包括：1）实施标准化生产；使得预制产品得到更加精准的制作和加工；2）将生产效率提升，通过现场拼装，可以将工期有效缩短；3）工地开展的湿作业有效减少，并对一些能源资源进行节约，规避现场有更多的污染形成，属于现代化绿色环保施工工艺；4）装配式建筑结构会应用BIM技术开展信息化管理，所以无论是设计工作生产还是施工作业，都有很强的协同性。

在非抗震设计以及在抗震防烈度范围6～8°的区域，对于装配式建筑的应用非常合适。此外，还可以在各种民用建筑中使用，例如：酒店、教学楼、住宅等。如果为甲类建筑或者抗震防裂强度达到9级的区域，并不适合应用装配式建筑。对于该项结构的应用体系，包括：1）装配整体式框架结构；2）装配整体式框架-现浇剪力墙结构；3）装配整体式框架-现浇核心筒结构；4）装配整体式剪力墙结构；5）装配整体式部分框支剪力墙结构等。预制构件的上下层竖向连接，目前主要通过钢筋套筒灌浆连接、钢筋浆锚搭接连接以及双面叠合剪力墙空腔内设置竖向连接钢筋连接。

2 装配式建筑结构设计流程

一般来说，针对装配式建筑结构进行设计时，主要有4个设计流程：1）选择技术。针对技术选择时，设计人员需要对装配式建筑工程的位置做好选择，设定好施工规模，并对工程项目的四周环境、地质地貌等有详细的了解，对其工程项目施工成本精准计算，以便使编制的技术方案更加完整、合理，确保建筑结构的标准性，也会为施工人员提供更多的数据依据；2）在设计施工方案时，设计人员要结合装配式建筑的特征，对施工方案科学编制，如果施工方案不能对现场施工有效指导，会影响结构的稳定性以及安全性。此外，由于装配式建筑结构中对于方案的设计有一定的难度，系统性很强，所以设计人员在设计过程中要非常严谨和细致；3）施工图设计。设计者要根据选用的技术以及初步设计内容，综合建筑中每个专业提供的数据参数，对预制构件的安装要求有所明确，尤其是项目中的关键部位，防水设计等内容要有所加强；4）预制构件加工设计。在该项环节，设计方与预制构件加工企业要积极沟通，与其开展协同设计，并依照现场施工情况，为加工企业提供需要的构件尺寸设计图纸，以便对需要使用的各项管线稳定性给予保障。根据预制构件提出的运输要求以及吊装要求，指派专业人员对预制构件、起吊设备等提前设置。

3 装配式构件特征以及应用效果分析

3.1 装配式混凝土结构特征

装配式混凝土结构最突出的特征便是需要在工厂内将楼板完成一半的制作，之后将半成品运输至现场，利用吊装对上层钢筋绑扎作业进行组织，实施混凝土浇筑即可。

梁结构主要有主梁以及次梁，主梁产生的作用是对上部荷载进行承受，使荷载向柱以及墙体有效传输。次梁也会对荷载有效传递，使上部结构产生的荷载向主梁有所传输。在厂内，前期对其生产时需要主梁上部以及四周将连接钢筋预留出来，并针对次梁的安装口进行设计，这样在将其运输到现场之后，能够使主梁和次梁之间的连接更加稳定。

3.2 装配式混凝土结构优势以及劣势分析

优势：1）与钢结构相比，混凝土结构的耐久性更为突出，耐火性也更强，后期保养与维修工作量有所减少；2）结构比较完整，并没有残缺以及零散的情况；3）有极好的可塑性，可以结合施工提出的标准要求制作成需要的结构形状，进而对个性化施工要求给予满足；4）不需要使用太多的材料。传统的钢结构会对大量钢材进行使用，所以需要投入的成本比较高，而钢筋混凝土结构只需要利用水泥混合料，便可对部分钢筋进行取代，所以减少了钢材的用量。

缺点：1）有较大的自重，一般来说钢筋混凝土具有的密度大概为25KN/m，与砌体和木材相比，有非常大的重量。尽管与钢筋相比，比重更小，但会有较大的截面尺寸，所以自重也有所增加，与同跨度的钢结构相比，重量又明显增加；2）没有较强的混凝土抗拉强度，如外力对其产生的作用力较大，便会出现开裂问题。裂缝并不会对结构的正常应用造成影响，但会降低耐久性；3）有较长的施工工期；4）补强修复有很大的难度。

4 装配式建筑设计要点分析

4.1 预制装配式框架结构设计要点

站在预制装配式建筑结构角度分析，框架结构体系占据的地位异常关键，对比剪力墙结构，其优势特征便是质量更轻，且在运输材料时也更加便捷。此外，在较低楼层的建筑施工当中，会对预制装配式建筑结构广泛应用，充分展现了建筑结构绿色发展以及环保的目标。框架结构需要在工厂当中提前生产好，预制好叠合板以及叠合梁，利用运输到现场后，开展焊接施工以及浇筑施工，便能完成施工内容。设计框架结构时，需要关注的内容要点包括：1）针对框架结构开展的焊接设计，是重点内容之一，需要对其承受的抗压情况充分考量，结合不同的位置，采用相应的焊接措施。此外，对框架内部荷载能力产生影响的主要因素有轴力以及剪力，所以在计算结构设计时，要分步开展；2）框架的整体设计工作需要完善，确保平整性与施工要求相符合，提升支柱的稳定性能。其中，需要关注的事项为：内部结构当中，梁和柱设置的中心线要在同一平面内，且保持好一致的方向；3）装配式建筑中使用的梁以及柱，需要应用刚接点的形式进行交接，才能对基础的牢固性给予保障。其中，混凝土的应用等级需高于C30。

4.2 分析预制装配剪力墙结构设计要点

对于预制装配剪力墙结构的应用，最关键的受力结构便是剪力墙以及梁板。在预制剪力墙当中包括两种结构，其一为全预制剪力墙结构；其二为半预制剪力墙结构。设计出来的结构体系，需要对建筑抗震规范设计中提出的要求完全相符，并符合高层建筑混凝土结构技术规程。此外，在设计结构体系时，需要遵循的要点包括1）对于剪力墙的布置，不论是横向还是纵向，都要根据具体情况开展。其中，在端部山墙结构的两侧，要设置好预制承重板，之后墙体的填充工作，可借助预制承重板以及预制轻质完成；2）竖向的抗侧力构件与受力钢筋浆锚固之间的结合，借助浇筑的形式便能完成，对于连接，有非常强的整体性；3）对于结构件的连接，设计时需要明确好传力，以便增强结构的整体强度及刚度，使装配式建筑结构的抗震能力更加理想。

4.3 把控建筑成本

无论哪项设计环节都需要对建筑成本合理把控。为了使装配式建筑在成本方面得到更加理想的控制，设计方需要在各环节做好预算，例如：生产PC构件环节、运输构件环节以及安装环节等。站在不同的角度以及层面，对生产构件的工厂能力、运输过程、吊装能力等做好考量，正式施工之前还要针对该工程项目做出造价预算，以免在施工中有浪费问题以及不必要的资金支出。现在，生产PC构件的规范并不是非常统一，以至于生产市场存在一些混乱问题，发展并不稳定，以至于构件成本有些高，这也对相关企业的发展造成了阻碍。面对这一问题，设计方在正式施工之前，一定要做出相应的施工预算，进一步优化构件种类，使生产成本得以减小，有益于对工程项目整体造价的把控。

4.4 构件拆分设计要点

设计预制构件时，需要对生产方的工艺生产水平进行参考，遵循“少规格多组合”的拆分原则，对其尺寸的合适性给予保障，可以使建筑物结构间存在的误差有所降低，减少由于尺寸不正确出现的质量问题。此外，还要监督管理施工方的吊装水平，采取正确的方式和相应的位置，使调运工作完成。很多单位拆分构件，其目的是将施工成本降低，确保整体施工流程的有序性，有益于现场针对每个施工点进行把控和管理。其中，设计人员需要对安全性和运输构件等相关工作进行考虑，使得预制构件实施合理的调整拆分以及再设计，能够使施工建设有更多的保障。