装配式建筑设计中预制构件的应用策略与评价

余 蔚

（广东省建科建筑设计院有限公司，广东广州 510000）

1 政策背景及发展趋势

近些年，国家和地方政府纷纷出台有关装配式建筑的政策。

国家方面，《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》（国办发〔2016〕71号）明确提出，发展装配式建筑是建造方式的重大变革，是推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措，不仅能节约资源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，还能促进建筑业的信息化与工业化，培育新产业、新动能，化解过剩产能。

另外，住房和城乡建设部颁布了《装配式建筑评价标准》（GB/T 51129—2017）。

各地方政府也颁布了装配式建筑设计管理办法及审图要点等相关政策。广东省发布的《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》，到2020年主要地区装配式建筑占新建建筑面积比例达15%以上，其余地区达10%；到2025年，主要地区达30%以上，其余地区达20%。早在10年前，广东省就响应国家和地方政府的政策，将装配、绿色、节能、智能化等作为重点内容推进，使装配式建筑面积占新建建筑面积的30%。根据广东省住房和城乡建设厅数据显示，2017—2022年广东省装配式建筑的新建面积逐年增长。

2 项目概况

广东交通职业技术学院清远校区二期工程位于广东省清远市省级职业技术教育示范基地内，项目位于东环快速路以东，旅游大道以南，周边路网发达，场址紧临省道377（职教一路），经此省道可到达清远市各区域，交通运输便利。本项目二期工程用地面积为266 673 m2，总建筑面积为232 919.16 m2，总计容建筑面积为220 179.41 m2，项目装配式建筑总面积为76 003.45 m2。装配式建筑单体有1#-1、1#-2楼学生宿舍和12#楼专业教学实训用房这两栋。1#-1、1#-2楼学生宿舍建筑面积为38 332.48 m2，地上6层，建筑高度为21.55 m。12#楼专业教学实训用房建筑面积为37 670.97 m2，地上5层，建筑高度为23.30 m。装配式建筑的面积占项目新建建筑面积的30%。

3 装配式建筑预制构件的设计内容

根据《装配式建筑评价标准》（DBJ/T 15-163—2019）第3.0.1条的规定，装配率计算和装配式建筑等级评价应以单体建筑作为计算和评价单元。项目效果如图1所示，装配式建筑特征如表1所示。

表1 装配式建筑特征

图1 项目效果

本项目采用的预制构件种类有叠合楼板、全预制楼板、预制混凝土（PC）外墙板、预制非承重围护墙（发泡陶瓷板）、预制内隔墙（ALC条板）等共5种。

3.1 装配式建筑技术的配置

本项目的装配式技术配置具体有以下内容。

3.1.1 叠合板应用的位置

（1）学生宿舍的2~6层各层平面6.6 m标准跨度的走廊部分采用同一种规格（YZB01 2320×3185）100 mm厚全预制板，其余均采用130 mm厚叠合板（60 mm预制+70 mm厚现浇）。本栋单体按结构缝分为6个单元，均为标准单元，其中一个单元的楼层预制构件布置平面如图2所示。

图2 学生宿舍叠合板平面

（2）12#专业教学实训楼二层至天面层各层采用130 mm厚叠合板（60 mm预制+70 mm厚现浇），天面层采用140 mm厚叠合板（60 mm预制+80 mm厚现浇）。本栋单体按结构缝分为4个区段，楼层预制构件布置平面如图3所示。

图3 实训楼叠合板平面

3.1.2 全预制板应用的位置

本工程的全预制板主要用在走廊的位置，如图4所示。

图4 学生宿舍全预制板平面

3.1.3 预制外挂墙板应用的位置

（1）1#宿舍楼预制外墙挂板在建筑的山墙位置。按照广东省《装配式建筑评价标准》（DBJ/T 15-163—2019）第2.0.2和4.3.1条计算，如图5所示。

图5 学生宿舍标准层围护墙隔墙非砌筑平面布置（局部）

（2）12#实训楼预制外挂墙板在建筑的山墙位置，如图6所示。

图6 实训楼2~5层外围护墙非砌筑平面布置

3.1.4 发泡陶瓷板应用的位置

发泡陶瓷板主要用于宿舍内阳台和宿舍洗手间的外墙部分，两个部分外墙都属于非砌筑外墙。安装过程利用C型钢进行焊接，相较于砌块墙体，这种方式的安装周期短，有一定的优势。

3.1.5 ALC条板应用的位置

（1）学生宿舍首层至屋面层除洗手间内墙和屋面层楼梯间外，其余采用内隔墙非砌筑工艺，采用ALC条板。

（2）12#实训楼首层至屋面层除楼电梯区域、卫生间区域和装饰性墙外，其余采用内隔墙非砌筑工艺，采用ALC条板。

3.2 装配式建筑节点与施工现场应用

3.2.1 叠合板节点与施工现场应用

本工程的叠合板为双向板，主要采用板间预留400 mm宽后浇带的整体拼缝方式。叠合板节点和5单元施工现场如图7、图8所示。

图7 叠合板拼接大样（单位：mm）

图8 叠合板施工现场

3.2.2 全预制板节点与施工现场应用

全预制板为一种预制板规格，采用密拼节点。全预制节点和施工现场如图9、图10所示。

图9 全预制板拼接大样与中间现浇梁支座连接构造（单位：mm）

图10 全预制板施工现场

3.2.3 预制外挂墙板节点与施工现场应用

根据建筑平面选择预制外墙没有开洞、立面建筑造型简单的端部墙体做外挂墙板，预制外挂墙板节点和施工现场如图11、图12所示[1]。

图11 预制外挂墙板连接大样（单位：mm）

图12 预制外挂墙板施工现场

3.2.4 ALC条板节点与施工现场应用

与传统的加气砖砌筑模式相比，ALC调板施工节约人工成本和时间，安装是以射钉和锚固为方式，加以机器辅助，与砌块墙体相比其安装周期更短。ALC条板与梁连接做法节点如图13所示。

图13 ALC条板与梁连接做法节点

3.3 装配式建筑构件各项总结、分析及评价

3.3.1 叠合板总结、分析及评价

1#学生宿舍柱跨均为6.6 m，采用4种叠合板，采用的叠合板种类不多，标准化程度高。

总体来说，由于宿舍标准单元占比大，1#学生宿舍总体上标准化程度较高。叠合板的改进减少了现场的模板工程量，目前工地施工基本为全支模。

3.3.2 全预制板总结、分析和评价

（1）全预制板施工方便，可减少施工现场的钢筋绑扎和混凝土浇筑，缩短了施工工期。

完成效果比较好，板底平整度高，现场施工减少了拉毛、找平的工序，完成面只需现场刮腻子和粉刷油漆即可。

（2）预制板后期不用浇筑混凝土，只需在与梁连接的位置支撑即可，减少了现场的模板工程量；本工程由于工人对装配式施工不熟悉，采用全支撑施工，所以施工基本为全支模，后续可以改进[2]。

3.3.3 预制板外墙板总结、分析和评价

（1）预制外墙板不参与整体受力，作为维护构件对结构整体影响较小，施工安装方便，做好节点拼缝处防水即可。现场施工中存在的问题如下：1#楼已安装的PC外挂墙板部分拼接处缝隙过宽，拼接处存在防水工艺的问题，主要原因为工厂生产工艺不太成熟，PC板存在10~20 mm的尺寸偏差，导致拼缝比原来大20 mm左右，如图14所示。

图14 施工现场PC外挂墙板

（2）施工现场处理方案如下。

首先，在接缝处宽40~50 mm处拼缝，采用同墙板强度的微膨胀混凝土填缝密实，后在接缝处涂刷水泥基防水涂料两遍，涂出拼缝外200 mm。其次，注意拼接处防水涂料应在板件安装完成后、外墙装修前处理。

经过处理，现场外立面采用外墙砖，完成后的整体效果与现浇建筑别无二致，无明显的接缝，整体效果较好。

3.3.4 发泡陶瓷板总结、分析及评价

学生宿舍仅在建筑的局部山墙面采用外墙PC板，其余采用发泡陶瓷。发泡陶瓷板较预制外挂板生产周期较短，而且荷载较小，所以施工更简单方便。有水房间较普通房间，下部设置200 mm高反坎，起到防水的效果。外立面采用外墙砖，无明显的接缝，最后出来的立面接缝效果好，跟现浇做法的学生宿舍无外观差异，如图15所示。

图15 学生宿舍施工现场

3.3.5 ALC条板总结、分析及评价

ALC条板面层较普通的加气砖尺寸规格统一，不需要过多的人工砌筑，且ALC条板表面平整度高，面层做法上不需要额外的找平即可达到平整度要求，较普通的加气砖步骤简单、节约时间、效果好，如图16所示。

图16 ALC条板面层节点

4 装配式建筑预制构件体系总结及建议

本项目选取了平面标准化比较高，或单元重复量比较大的楼栋作为装配式建筑，学生宿舍类型的标准间，宿舍单元较实训楼单元而言预制构件的模板利用率大，平面标准化比较高，适合做装配式建筑。

4.1 装配式建筑的优势

（1）安全。对于建筑工人来说，工厂中相对稳定的工作环境比复杂的工地作业安全系数更高。

（2）质量。建筑构件的质量和工艺通过机械化生产能得到更好的控制。

（3）速度。预制件尺寸及特性的标准化能显著加快安装速度和建筑工程进度。

（4）成本。与传统现场制模相比，工厂里的模具可以循环使用，因此综合成本更低；机械化生产对人工的需求更少，随着人工成本的不断升高，规模化生产的预制件成本优势会愈加明显。

4.2 装配式项目立面造型建议

（1）建筑外立面造型变化不宜过多。

（2）构件外形可以考虑灵活可变的元素，创造丰富的立面形式。

（3）可在设计之初就有意识地采用相同的模数，以多组合的形式设计建筑，尽量标准化、规整、简洁，以设计出有一定重复量的设计感建筑。

4.3 装配式结构设计建议

（1）框架结构柱截面建议少变换，但可以改变混凝土强度等级以满足受力要求。

（2）设备需注意预留预埋的位置，尽量缩小叠合板规格。

（3）现场应根据叠合板和全预制板在施工安装阶段的实际承载力，改进模板和支撑的搭设。

4.4 装配式建筑有利工期的建议

预制件尺寸及特性的标准化能显著加快安装速度和建筑工程进度，并且装配式建筑中各专业间互为条件，因此大量施工及安装工作需在前期设计时精准确定，通过最大限度配合实现最优方案。构件深化单位也需尽早介入，完成构件深化图纸，使生产的构件可以及时运达施工现场，缩短生产周期。

5 结语

在进行装配式设计时，应该在方案设计阶段就进行装配式设计，完善建筑平立面的标准化。另外，在各专业的施工图基本完成时，构件深化设计便应介入设计，从构件深化的角度提出优化建议。施工单位也应消化图纸，从施工便利性的角度对图纸提出优化意见。三方的结合可以减少后期反复修改的工作量[3]，实现设计的标准化、生产的工业化及施工的机械化。