装配式钢混组合框架建筑结构设计要点
2022-04-16项艳青
项艳青
(江西省建工集团有限责任公司 江西南昌 330000)
装配式建筑物是目前使用频率较高的一种建筑结构类型,其基本特点就是要通过提前预制构件、在现场进行集中拼装的方式完成施工任务,施工时的噪音小、工期短、工程安全系数高、施工便利,能满足新时期建筑施工工作的基本要求。在原材料的选择上,为了提高建筑物的使用性能,施工人员通常会选择使用钢筋及混凝土的混合物来建设框架结构并预制构件。为了保证施工效果达标,应提前根据这两种材料的性能特点及工程施工要求,明确前期设计工作及中期施工环节的注意事项,合理拟订施工计划,落实现场施工管理工作。
1 装配式钢混组合框架建筑结构的设计原则
1.1 保证实用性
在优化装配式钢混组合框架的建筑结构设计思路时,应考虑建筑框架结构的造型特点是否具有实用性能。实际上,为了保证建筑物能够投入使用,必须要提升建筑物自身的承载能力,还要尽量降低建筑物的自重。这就要根据各种材料的性能特点展开分析,在前期设计阶段,科学计算出各种材料的使用量[1]。关键还要考虑到建筑成本问题,遵循成本效益原则,在保证建筑物能够顺利投入使用的基础上,通过调整设计方案来减少施工成本。据调查可知,人们在选购房屋时都会重点关注建筑物的防火、防水、保温等基本性能是否符合要求。所以,在实际落实钢混组合框架建筑结构的设计任务时,必须要做好功能性分析工作,找到提升建筑物使用价值的方法。
1.2 保证美观性
新时期,钢混组合框架的设计方向就是:要找到提高整体建筑结构美观性的方法。实际上,装配式结构主要是通过构件拼装的方式完成建筑物的搭建工作,对拼装角度、构件排列方式的设计任务,将会影响内部空间大小、影响整体造型的美观性,还会对空间私密性及个性化特征产生直接的影响。因此,为了提高受众对这种房屋结构的满意度,主动选择购买这类房屋,设计人员在拟订施工计划、展开工程设计研究工作时,就要从大众审美的角度出发,找到提高建筑物艺术性、美观性的方法。以住宅类装配式建筑为例,基于人们日常生活需要使用电能及水资源,还涉及输电线路铺设、供排水管道的安装等工作,应当着重在结构设计环节中调整钢混组合框架的造型,保证管线工程的施工工作能够顺利开展。
1.3 保证节能环保
设计人员在参与装配式钢混组合框架建筑结构的设计工作时,要结合城市发展建设的实际情况,在设计思路当中融入节能环保意识,尝试进行绿色施工建设工作。例如,在前期设计阶段,要考虑混凝土及钢筋的最佳搭配方案,用有限的材料发挥最大的使用价值,与此同时,还要结合建筑物的使用寿命和具体使用现状,对一些受损的钢混结构进行修复,如果要替换新的构件,则要考虑是否能够对废弃材料进行回收再利用,这是节约成本、保护环境的关键所在。实际上,与传统建筑工程施工任务相比,装配式施工具有施工过程噪音小、施工后产生的建筑垃圾少等优势[2],因此,目前各个城市都在基础设施建设过程中开始推广装配式建筑。
2 装配式钢混组合框架建筑结构主体的设计要点
基于建筑工程大多都具有规模较大的特点,在具体设计工作中,通常都要采用分模块设计的方式,找到每个施工模块的工程设计要点。下文就以建筑结构主体的设计过程为例,展开简要的分析和研究。
2.1 平面设计
对建筑结构整体展开工程设计工作时,要先完成平面设计任务,绘制施工图纸,确定各项施工参数信息,了解施工时需要使用的基础构件,最终确定构件的材质、造型。另外,要做好建筑物内部空间的布局工作,根据建筑物的用途来调整设计方向。例如,常规住宅建筑物内部要有客厅、厨房、洗手间、卧室及阳台,设计人员需要分别完成对这些空间构造的平面图纸绘制任务,确定每个空间的尺寸、方位,还要考虑建筑物朝向,确定门窗的布设位置。在平面图较为抽象、无法全面体现设计思路时,可以使用信息技术配套构建立体模型,方便直观地分析出设计方案中是否存在不足之处,及时做出相应的调整,为后续的构件预制、现场拼装工作提供数据支撑。
2.2 细部设计
决定使用钢混组合结构的框架来进行建筑结构建设工作时,要在完成建筑主体的平面设计任务后,及时展开对细部构造的设计工作。例如,与传统一体式、现浇式墙体结构相比,使用装配式技术进行基础施工工作时,会涉及拼装缝隙的问题,如何做好钢材料、混凝土构件的衔接管理,避免在缝隙处出现漏水、漏风的问题,就是设计人员新时期要关注的重点内容之一,在这个环节中,可以总结以往的施工经验,对常见的一些拼装方案展开对比分析,最终结合分析结果敲定本次建筑物的施工计划,有效解决细部设计工作难题,提升建筑物的使用效果。
2.3 节点设计
钢混结构框架是目前建筑结构最常见的一种框架类型,在此框架上展开构件的拼装工作,能够有效提高建筑结构的承载力、抗震能力。需要注意的是,在建筑主体的钢混结构拼装工作中,需要确定材料之间的连接方式、测量连接节点,要在设计环节考虑工作难易程度、风险性、成本、施工进度等多个方面的因素,对连接方案做出选择。结合实际使用情况可知,使用钢混组合结构的优势就是可以解决钢结构自身防腐蚀能力弱、混凝土结构抗侧力不足的问题。具体计算节点时,可以构建数学模型,模拟建筑物的施工过程,并采用有限元软件补充计算,得出相应的结果后,找出降低建筑装配工作开展难度的方法[3]。
2.4 受力分析
要对建筑主体可能承受的作用力大小、方向进行预先分析,目的是展开风险预估工作,科学规避建筑物的建设及使用风险。例如,当地风力大,要考虑主风向,优化建筑结构的朝向、造型,找到提升建筑物抗风能力的有效方法,与此同时,建筑物各构件之间彼此连接、相互影响。在前期设计工作中,设计人员要找到让构件之间作用力保持平衡状态的方法。另外,建筑主体建设完成后,还会增加地面的负荷[4],所以,设计人员在完成受力分析工作、优化设计方案时,还要考虑地基的承载力是否达标,如果不符合要求,可以从调整造型结构、减轻建筑自重及地基加固处理等多个角度来处理问题。
3 装配式建筑结构各类预制构件的基础设计思路
3.1 预制柱设计思路
预制柱需要与地面、建筑物底板及顶板保持垂直,是建筑物竖向结构构件中主要承担载重功能及支撑作用的构件。需要注意的是,预制柱直径过大、间隔距离过窄时,会造成空间狭小的情况,影响建筑物内部的美观性及实用性,要求设计人员引起重视。在具体配置预制柱构件的过程中,应选择合适的施工原材料。基于本次工程主要使用的是钢混组合框架结构,为了方便施工操作,设计人员也会选择使用钢筋混凝土的结合物来制作预制柱,可以选择将矩形柱直角设置成倒角形式,注意提前根据预制柱的使用需求给出混凝土的配比参数,选择合适的原材料。另外,在设计环节规范施工流程、选择施工技术方法时,可以在预制柱上采用插筋的方式,将钢筋和混凝土组合在一起,完成对预制柱的固定操作。构件连接时,考虑到预制柱的性能特点,还要使用高强度的螺栓,应及时确定螺栓的安装位置、控制螺栓的数量。
3.2 组合梁设计思路
选择使用钢混组合框架进行建筑结构设计工作时,针对梁体结构也要尝试进行组合梁的设计。例如,将预制板与现浇钢筋混凝土结构叠合在一起,完成组合梁板的配置工作后,再进行现场的安装施工,不仅可以提高梁体承载力、抗拉力,还能在不打磨梁板的前提下完成建筑结构的装饰操作,极大地节省施工时间,缩短施工工期。设计人员的根本任务是计算出组合梁体的厚度,确定预制板的材质。
3.3 带肋叠合板设计思路
除了常规的梁板结构施工环节需要使用叠合板之外,在新时期的建筑结构设计环节中,还可以在适当位置上使用带肋叠合板,这种叠合板的基本特点是:要在板材上附加肋条,以达到提高板材使用寿命及使用价值的目标。常见材料以钢筋为主,设计人员会考虑进行预应力张拉操作的可行性,还要设计好钢筋肋条的使用数量、摆放形状,与此同时,要确定板材的尺寸,包括长度、宽度及厚度。此外,针对不同的建筑结构设计要求,要考虑到工程施工跨度会对带肋板使用效果产生的影响,估算整个建筑工程中需要使用多少带肋板,安排构件的制作或采购计划。还要着重从倒角、直角两种拼缝方式中做出选择,找到最适宜的现场拼装方式[5]。
3.4 预制楼梯设计思路
城市可用于建设建筑物的土地面积是有限的,如何合理发挥土地资源的使用价值,是设计人员的核心工作任务之一。针对这个问题,应重点做好建筑物的造型设计工作,并尝试从立体空间的设计角度完成内部空间结构的分配与利用。如果要采用装配式施工方案,通常还会涉及对楼梯的预制工作,应考虑到安装的便利性问题,做好楼梯造型的设计工作。现阶段,很多工作人员都会首选使用上端固定、下端滑动的板式楼梯,应在楼梯的图纸当中确定扶手栏杆的位置,楼梯边可以设计一定高度的反坎。实际上,楼梯一端设计为可滑动的形式,就是为了根据现场情况合理调整楼梯的固定位置,让装配式建筑施工工作具有可操作性强、灵活性高的特点。此外,针对预制楼梯的材质来分析,也要尝试采用钢混组合结构,这可以提高楼梯自身的载重能力。
3.5 预制阳台及空调板
很多建筑物都会设置阳台及空调板,要分别对这两种构件的设计方案展开分析,找到设计侧重点。首先,为了让建筑结构显得简洁、美观并具有实用性,很多阳台构件都会设计成悬空式的结构。在构件的集中制作环节,应根据阳台对承载能力的要求,选择预留钢筋,让钢筋作为建筑物主体与阳台之间的连接物。其次,基于大多数地区都具有夏季高温、冬季寒冷的特点,人们会在建筑物室内安装空调,而空调外机则要悬挂于建筑物外墙上,为了保证空调外机的安全性,通常要设计一个向外延伸的预制板作为专门放置空调外机的载体。
4 装配式钢混组合框架建筑结构设计环节要解决的难点问题
4.1 荷载问题
在具体落实建筑结构的设计工作时,如果要采用装配式施工方案,还有一些难点问题需要解决。例如,建筑物纵向高度增加,自身的荷载量就会加大,如果不能提高荷载能力,就会影响建筑物的使用安全,这就要求设计人员在绘制施工图纸时,尝试模拟施工流程,判断出建筑结构的重心位置,并结合当地的地质结构情况、各种预制板材的实际使用价值,综合确定建筑物的适宜高度、宽度及预制板厚度。一般来讲,设计人员应当结合常见装配式结构的施工案例,提前找到会影响荷载的因素,确定工程设计及施工建设工作的着力点,研究分摊荷载量及提高建筑物载重能力的有效方法[6]。
4.2 变形问题
采用拼装构件的方式完成现场施工任务时,对构件摆放时的水平度及垂直度有较高要求。要在设计阶段对每个构件的摆放位置及角度给出明确的数据,并要求施工人员严格按照相关规定完成施工建设任务。与此同时,应考虑到建筑物在受力过程中可能发生的变形情况,提前计算变形量,落实好风险防范管理工作,关键要定期做好对建筑物的维修及养护管理,以此来科学延长建筑物的使用寿命。
4.3 防灾问题
新时期,人们在选购建筑物时会更关心建筑物自身的安全性能。因此,完成建筑施工设计工作时,应着重研究如何提高建筑物的防灾、减灾能力。首先,要了解建筑物内部布局设计方式是否能够在灾害来临时保证人们能够尽快逃生。例如,针对火灾问题,通常要设置消防通道,在相应通道的建设任务中,要优选高质量的建筑材料,提高通道的防坍塌能力、防火能力。其次,可以考虑在适当位置上设置与相邻建筑物相连接的外置楼梯,最大限度地规避或减轻安全风险造成的不良影响。
5 结语
为了提高建筑结构的使用性能,设计人员会考虑将钢材料和混凝土材料结合在一起,建设钢混组合框架,并在拼装建筑物时使用一些钢混叠合板。需要注意的是,要提前做好平面设计工作,确定各项施工参数信息,还要从细节处入手,确定各个构件的安装位置及衔接方式,考虑衔接紧密性的问题。与此同时,应选择合适的钢结构连接节点,且要对整个建筑物的受力特征进行综合分析,结合所得结果来调整工程设计方案。针对预制构件的问题,要重点从预制柱、组合梁、带肋叠合板、预制楼梯、阳台及空调板等多个角度完成基础设计任务。设计人员要考虑建筑物的荷载问题、变形问题及防灾减灾问题,不断提升自身设计水平,优化设计思路,以此来为建筑施工行业的稳步发展提供基础支持及必要保障。