协同建筑外观的装配式异形预制空调板一体化设计

刘津成 王黎 黄泽

(华南理工大学建筑设计研究院有限公司)

装配式建筑从2016 年国务院办公厅印发《关于大力发展装配式建筑的指导意见》以来，发展势头高涨，应用范围也越来越广泛[1-2]。广东省政府要求在2025 年年底之前，装配式建筑占新建建筑面积比例达到30%以上，其中政府投资工程装配式建筑面积占比需达到50%以上；另外从2020 年起广州市要求在政府投资大中型建筑工程中全面实施装配式建筑。

在装配式建筑不断发展的进程中，装配式设计需与不同的建筑方案及结构方案产生更高的协同性。通过分析实际项目中应用的装配式异形预制空调板，总结设计过程中各专业协同设计的难点，为同类型的项目提供参考。

1 工程概况

本项目位于广东省广州市。总用地面积约45209m2，总建筑面积52010m2（计容面积42096.73m2，地下室面积9913.27m2）。本项目教学实验楼采用装配式混凝土结构建造方式，根据《装配式建筑评价标准》（GB/T51129-2017），本项目装配率＞50%，认定为基本级装配式建筑，并符合标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理的工业化建筑基本特征。

2 装配式建筑方案设计的关键节点

由于本项目装配式要求为广东省省标的基本级，所以装配率只需满足50%即可。根据本项目的基本特点，水平构件采用预制叠合板+预制空调板两种构件。

2.1 原始结构设计

由于建筑造型的需求，本项目大部分墙身需采用双层飘板设计，按照结构专业的设计要求，采用图2 节点进行设计。如按传统项目中设计节点的做法实施，由于施工支模的局限性，设计节点中双层飘板需要分批浇筑：首先进行下部的飘板施工，待混凝土具有足够的强度后，对上层的飘板进行支模施工及构件浇筑。待混凝土分部分项完成后才能进行施工工序的第三项分项，砌筑中部的砌体，最终达到建筑的造型要求。

传统现浇结构设计节点做法受限于复杂的造型要求，导致该节点施工工序繁多。各种交错施工工艺依次施工严重限制着施工主体的施工速度。因此在项目设计过程中，结构及装配式专业经过多次碰撞与沟通，将该节点做成预制混凝土结构节点。采用预制的形式将工序繁多的问题进行集中处理，把影响项目施工过程中的困难因素转化在预制工厂中预制实施，保证项目现场的施工速度，有效保证了施工工期。

2.2 装配式异形预制空调板的拆分设计

现阶段的装配式项目，预制空调板的拆分设计一般采用《预制钢筋混凝土阳台板、空调板及女儿墙》（15G 368-1）中的做法，将双层空调板拆分成单片的预制空调板构件。但该做法存在施工工序上的困难，上层预制空调板的支撑需要在下层空调板完成安装后方可施工。因此主体结构的施工工期会有所增加，同时预制构件的数量也较多，不符合装配式建筑设计工业化、标准化、集成化的初衷。

本项目将上下两部分的空调板以及中间因建筑造型要求而砌筑的砌体三者合并，组成一种协同建筑外观的装配式异形预制空调板。该构件在建筑专业中可满足建筑专业对主体外观的要求；而在结构以及装配式专业中，将三个分部的施工工序组合成一个预制构件。该做法充分发挥装配式建筑的技术优势，减少施工工序，加快了施工速度，同时降低了建造成本。

⑴剖面节点拆分。预制构件的拆分设计过程中特别要注意构件之间的钢筋碰撞问题。本项目预制空调板在水平连接节点设计中，预制构件上部采用钢筋直锚，下部采用单层钢筋弯锚设计。预制构件上部采用直锚的主要原因是需要避让现浇梁的受力纵筋，预制构件下部飘板在飘板上层采用单层钢筋弯锚设计，可以避让现浇梁的受力底筋。该做法保证了预制构件在吊装阶段到安装固定后的阶段均可合理与现浇梁钢筋进行避让，并合理发挥连接作用。图1 为装配式异形预制空调板三维模型示意图。

图1 装配式异形预制空调板三维模型示意图

⑵标准化平面拆分及水平连接节点做法。装配式异形预制空调板合理的拆分区间长度可按3～4m 设计，拆分时综合考虑项目施工现场塔吊布置位置以及塔吊型号，从而保证预制构件的吊装可行性。本项目采用的标准构件拆分长度为3m，标准预制构件体积为0.486m3，预制构件质量为1.27t。

预制构件的水平连接节点参考预制叠合板整体式连接节点，预制构件之间采用300mm 的后浇带后浇连接[3]，同时伸出钢筋满足规范及图集相关要求，保证成型后的构件的连续性。图2 为装配式异形预制空调板平面连接模型图。

图2 装配式异形预制空调板平面连接模型

3 装配式异形预制空调板的吊装受力分析

3.1 预制空调板吊点布置

本项目预制构件采用四个吊点布置，对于长轴方向吊点计算，在构件产生的正弯矩和负弯矩相等时，构件的受力先对相对较均匀，构件配置的钢筋也最为经济[4]。

3.2 预制空调板有限元受力分析

本项目构件采用有限元分析程式Abaqus 软件对预制构件进行仿真模拟分析，得到构件在吊装过程中构件内部应力分布情况，以此检核吊点分布设计的合理性。经模拟分析，本项目构件的4 个吊点分布位置分布较为合理，构件受力可满足吊装要求。

图3 装配式异形预制空调板有限元受力分析

4 装配式异形预制空调板的吊装施工

4.1 装配式异形预制空调板的施工辅助措施

由于预制构件中部为空腔设计主要功能有两个：一是建筑专业仅需外部的凸线造型，所以中部无需进行填实处理，可以为结构专业减少荷载；二是节省材料用量，降低造价成本。

在原结构设计节点中，该区域做法需分三部工序施工，工序繁琐。优化后的预制装配式节点需在预制构件内侧放置用于隔挡梁构件混凝土的模板。预制构件完成生产后，需要在构件的空腔内侧以及构件的端部预先安装部分施工辅助模板：主要包括空腔内侧与梁连接的模板以及预制构件之间的连接节点的模板。这两部分的模板均应在施工吊装作业之前完成安装，并进行质量验收，验收合格后方案用于吊装施工。装配式异形预制空调板施工辅助布置如图4 所示。

图4 装配式异形预制空调板施工辅助布置

4.2 装配式异形预制空调板的吊装施工

异形预制空调板吊装施工工序安排在现浇梁钢筋笼绑扎完成之后。本项目预制空调板构件需在底部布设满足施工荷载要求的支模体系。同时由于预制空调板存在偏心，所以采用专用的平衡架对构件进行起吊。

预制构件施工吊装按施工实施方案的顺序依次吊装，安装固定前一个预制构件之后，方可吊装后一个预制构件，相邻位置的前后两个预制构件之间的连接部位中预留的模板需要对齐两侧的预制构件，调整完成之后进行填缝处理，防止浇筑时出现漏浆问题。

预制构件完成吊装后，在预制构件之间的连接节点部位外侧进行封模，最后对主体结构进行整体浇筑。装配式异形预制空调板施工安装示意图如图5 所示。

图5 配式异形预制空调板施工安装

5 结语

装配式建筑发展的重要意义之一就是通过标准化、集成化的设计及高效化的施工实现提升建筑施工速度及质量的目标。本项目采用协同建筑外观的装配式异形预制空调板一体化设计，优化了设计及施工过程的复杂繁琐工序，系统性地把原本需要三项分部施工的工序，优化为一项施工工序，加快施工速度的同时降低施工难度，真正做到利用装配式建筑技术推进建筑工程的正向发展，提高了生产及环境效益。