房屋建筑装配式混凝土结构设计及建造工艺探究

徐 阳

(中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600)

0 引言

随着现代工业技术的发展，装配式建筑的优势越来越突出：装配式建筑质量较高，可以最大限度降低因墙体破裂而渗漏的可能性，耐火耐热等优势明显；装配式建筑生产成本较低，长期批量工业化生产可有效减少环境污染，突出了环保优势；装配式建筑生产效率较高，装配式混凝土结构可发挥良好的抗震性能。因此，装配式混凝土结构技术作为创新性的房屋建筑技术，是促进现代大规模建筑发展的基础。

1 房屋建筑装配式混凝土结构设计特点与基本原则

1) 特点分析。房屋建筑装配式混凝土结构设计的特点为模块化。模块化设计是指利用通用性的模块与其他产品要素进行组合，以此不断以新的形式、新的结构、新的单元产生不同或相同的功能状态。房屋建筑装配式混凝土结构的模块化设计可应用在营销中心、商业街、民宿、学校、宿舍等建筑中[1]。

2) 基本原则。第一，因地制宜原则。在前期规划与方案设计中，应遵循装配式混凝土结构设计的基本要求，结合建筑功能和类型，因地制宜采用新材料、新技术进行设计。例如，在设计中应考虑混凝土结构类型、配件制作以及堆放、起重设备半径所需要的空间等。第二，科学划分原则。在装配式混凝土结构设计中，对预制构件柱、板、梁、墙的设计应进行科学合理的划分。在进行拆分和归并预制构件时，应尽可能地使预制构件实现基本单元标准化定性，并以减少构件种类、提高模具重复使用率为目的，以此减少工程造价。第三，模数协调原则。在设计中应以合理的搭配做到房屋建筑与部品模数的有效协调，并以标准化、工业化的生产要求，实现房屋建筑与装修的合理性，确保后续装修一次到位。目前装配式建筑在我国发展迅猛，众多施工单位也认识到装配式建筑的优势，在逐渐形成较为完善的工业标准时，可将高预制率装配式建筑与快速建造技术相结合，进而达到减少资源，提升施工质量、安全的目的[2]。

2 房屋建筑装配式混凝土结构设计

在房屋建筑装配式结构设计中，混凝土结构设计是以预制技术为基础。装配式混凝土结构设计是否合理，直接决定了装配式建造工艺是否规范，进而决定整体房屋建筑质量是否过关。因此，应以合理的预制技术，将房屋建筑装配式混凝土构件进行设计、生产与施工，确保良好的房屋建筑装配式混凝土结构性能，确保房屋建筑装配式结构达到质量要求[3]。

1) 装配式混凝土结构类型。目前，在我国传统房屋建筑中，混凝土结构主要包括预制的圆孔板、面板以及槽形板等。房屋建筑装配式混凝土结构类型是指利用预制混凝土构件进行装配与连接，并形成特定的混凝土结构，其中包括全预制装配式结构和预制装配整体式结构等。混凝土结构从设计角度分析，还存在一定的缺陷，表现在抗震、防火性能较低，无法保证房屋建筑安全。但随着现代工业技术的快速发展，现阶段房屋建筑装配式混凝土结构也有了显著的提升，如框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构等，这些混凝土结构类型可合理满足现代房屋装配式建筑对结构设计的基本要求[4，5]。

2) 装配式混凝土框架结构。目前，我国房屋建筑常用的装配式混凝土框架结构包含预制桩、预制梁、预制楼梯、预制楼板等构件。装配式混凝土框架结构在我国发展良好，且应用较为广泛，可以提升房屋建筑施工效率，提高房屋建筑施工质量，并且由于装配式混凝土现场浇筑工序较少，可以确保房屋建筑施工工期不延误[6，7]。混凝土框架结构可依据预制构件分为梁柱一字型构件、二维预制构件以及三维构件。梁柱一字型构件主要是指预制梁构件，该构件具有良好的整体性能，但对于施工技术要求较高；二维预制构件是由平面十字型和T型组合而成，二维预制构件具有良好的稳固性，但由于设计与结构的原因，可能会出现因构件接头所处外力较小所引发的施工繁琐等问题；三维预制构件是基于二维构件进行二次设计，一般采用双十字型和三维双T型进行连接，该构件在实际施工中性能更可靠，并且可降低对钢筋、混凝土材料的消耗，浇筑工作量也有所减少，但存在运输困难等实际问题[8]。

3) 房屋建筑装配式混凝土剪力墙结构类型。剪力墙结构在装配式建筑中与现浇剪力墙体系等同，但延性、耗能方面均优于后者。在装配式建筑中，应以合理的改造发挥剪力墙构造效果，将不连接装配式剪力墙与传统装配式剪力墙比较，投入成本降低约10%；采用传统的装配式剪力墙结构，施工效率为5～7天/层，而采用竖向分布钢筋不连接装配式剪力墙，施工效率可达4～6天/层，施工效率提高15%，综合效益提高约18%[9-11]。竖向分布钢筋不连接装配整体式剪力墙结构体系的优势在于：通过抗弯等强的方式，适当增加边缘构件受力钢筋面积，在保证抗震性能不降低的前提下，取消了竖向分布钢筋的套筒灌浆、浆锚或螺栓等连接，降低了材料成本，提高了生产、施工的精度，提高了施工效率，规避了这些连接存在的安全隐患，具有较大市场竞争力和应用前景[12]。竖向分布钢筋不连接装配整体式剪力墙结构彻底规避了传统剪力墙连接形式存在的弊端，对建筑工业和装配式建筑发展具有里程碑式的意义。剪力墙结构与装配式建筑设计要求见表1。

表1 剪力墙结构与装配式建筑设计要求

4) 装配式混凝土框架-剪力墙结构。目前，在我国房屋建筑施工中，装配式混凝土框架-剪力墙结构的使用较少。国外已经将装配式框架-装配剪力墙结构应用在一些工程项目中，主要利用预制的剪力墙以及现浇剪力墙加以实现。为确保墙体结构的整体性，建筑顶层和底层使用现浇结构，这样就避免了竖向构件的不连续。在剪力墙进行开洞时，应上下对齐洞的位置；当房屋出现不规则凹凸时，应将凹凸位置的长宽比减小[13]。

3 房屋建筑装配式混凝土结构建造工艺改良分析

1) 针对现浇预制装配进行改良。在房屋建筑装配式混凝土结构设计中，施工技术的不断改良是满足我国装配式建筑结构设计发展的关键。例如，在进行装配式结构设计时，应针对现浇预制装配进行改良，设计人员首先要对连接钢筋的方式进行分析，并根据横向、竖向结构作出明确的设计规定，进而以浆锚的方式确保整体架构的稳定性，以此促进房屋建筑质量的提高。

2) 针对预制构件设计、制作、品质进行改善。在装配式混凝土结构设计中，应对预制构件从设计、制作、品质等方面进行改良。首先，在装配式混凝土构建技术中，模数化以及标准化已经成为主要的建造手段，在设计时应合理分析两者区别，并从综合性能考虑构件的设计及其制作手段。其次，应鼓励设计单位积极应用建筑信息模型技术，依托标准化构件产品目录对住宅工程开展正向设计，住宅工程设计项目负责人、结构专业负责人应关注如何提高各专业协同设计能力，加强对装配式住宅建设全过程的指导和服务[14]。再次，针对开展设计、协同设计并积极提供住宅建设全过程指导服务的设计单位和注册工程师，建议市政部门对他们给予设计市场推荐、评先评优加分、优先办理行政审批、减少事中事后监管频次等激励措施。最后，应支持设计企业、高校、科研院所积极合作创新，为进一步提高建筑工业化比例夯实理论基础，改变现有的预制构件吊装、浇筑交叉施工模式，用装配连接取代现有的后浇、灌浆连接，加强构造防水，保证抗震性能，缩短工期，提高装配式建筑质量。

4 结束语

随着我国建筑行业的快速发展，人们对于装配式建筑的需求也在日益增长。因此，应以合理的混凝土构件设计满足装配式房屋建筑施工要求，并针对装配式混凝土结构构件进行改良，进而促进预制构件施工达到标准化、规范化的要求，并结合房屋建筑施工需求选取相对应的模型，提升房屋建筑施工质量。