预制装配式斜屋面挑檐盖板深化设计研究

2023-08-02张洪林王成忠

中国建筑装饰装修 2023年13期

谢虎张洪林王成忠胡跃

随着建筑技术的不断进步与升级，预制装配式建筑已经成为现代建筑的主流之一。其中，对预制装配式斜屋面挑檐盖板的深化设计研究具有重要的意义。

1 概念和特点

预制装配式施工是一种现代化建筑施工方式，也被称为工业化建筑施工。它是一种将建筑元件在工厂进行预制、装配，再将它们运送到工地现场组装的施工方法。

预制装配式施工是一种更加先进、高效、安全、环保的建筑施工方式，已经得到广泛应用。预制装配式施工相较于传统的现场施工方式，具有以下特点：第1，施工周期短。由于预制构件在工厂进行生产和装配，相较于传统现场施工方式，预制装配式施工可以大幅缩短施工周期。第2，精度高，浪费少。由于预制构件在工厂中进行模板和模具的生产和制造，因此能够保证构件的精度。在生产过程中还能对原材料进行优选和裁剪，从而减少了浪费。第3，安全。在工厂内制造构件，可以减少高空作业，减少意外事故发生的可能性，提高安全性。第4，环保。预制装配式施工可以减少工地上的废弃物和粉尘，因此可以更好地控制污染物的排放量。第5，协同效率高。预制装配式施工需要提前对施工流程进行规划和预测，可以提高各参与方的协同效率，减少因为协作不当导致的问题和误差。

2 预制装配式斜屋面挑檐盖板深化设计流程

2.1 确定设计需求

东方壹品房地产开发项目的总建筑面积为24.99 万m2，分为2 个区块。其中，一区共8 栋高层住宅，建筑面积约15.55 万m2，均为地上26 层，地下室2 层。二区共4 栋高层住宅，建筑面积约9.45 万m2，均为地上26 层，地下室2 层。

在预制装配式斜屋面挑檐盖板深化设计过程中，需要从使用功能、环境因素、建筑风格及经济效益等方面进行考虑，以便明确设计需求。确定设计需求是设计工作的重要一步，可为后续设计工作提供方向和指导。

首先，需要明确这个预制装配式斜屋面挑檐盖板的使用功能。根据不同的使用功能，可以确定不同的设计需求和要求。

其次，环境因素对于设计需求也是一个重要的影响因素。比如施工项目所在的地理位置、气候条件、风向及降雨量等，都会对预制装配式斜屋面挑檐盖板的设计需求产生影响，需要根据实际情况考虑不同环境因素的影响，以便为设计提供更准确的需求。

再次，建筑风格也是一个重要的考虑因素。不同的建筑风格需要不同的预制装配式斜屋面挑檐盖板设计。例如古典建筑风格需要砖石或木质材料的盖板，现代建筑风格则更倾向于钢铁材质的盖板。

最后，在确定设计需求时还需要考虑经济效益。根据预算和经济效益的要求，可以确定不同的设计需求和方案。

2.2 材料选择

在预制装配式斜屋面挑檐盖板深化设计过程中，材料选择是非常重要的一个步骤，应该列出需要考虑的材料选项，确定需要考虑的因素。根据设计要求，需要考虑的因素包括强度、硬度、重量、耐腐蚀性、耐候性及成本等。对于每种材料，输入其对应的特性值。例如对钢材，可以输入Q235 和Q345 等不同规格的强度和硬度数值；对铝合金，可以输入6061 和6063 等不同规格的材料型号；对玻璃钢，可以输入其重量、耐腐蚀性、耐候性等特性值。

对于每个因素，根据设计要求和材料特性，分别对不同的材料进行评分。评分方法可以根据设计要求和材料特性确定。例如对强度因素，可以根据设计要求，对每种材料的强度进行评分。根据评分结果选择最优材料，可以将每种材料的得分相加，得出总分。得分最高的材料即为最优选项，材料选择标准如表1 所示。

表1 材料选择标准

2.3 结构设计

为了降低施工难度、避免材料浪费和减少施工成本，本工程原设计中的斜屋面采用了现浇混凝土斜板并铺设沥青瓦。然而，这种施工方式导致了木模、封闭空腔内的支模架和模板无法拆除的问题，增加了施工成本。为解决此问题，将原设计中的现浇斜板改为预制斜板，并采用装配式技术一次性完成施工。通过使用预制斜板，可以避免现场施工过程中使用木模和封闭空腔支模架，从而减少了材料的浪费。同时，预制斜板的装配式施工方式大大降低了施工的难度，节省了施工时间和人力成本。这种改进方案不仅提高了施工效率，还降低了施工过程中的人为错误和质量风险。

采用装配式技术还可以提前进行模块化设计和生产，实现工程的整体优化和精确控制。通过将原设计中的现浇斜板改为预制斜板，并利用装配式技术进行施工，成功实现了降低施工难度、避免材料浪费、减少施工成本的目标。此改进方案不仅在本工程中取得了显著的效果，还为类似工程提供了可行的技术选择和经验借鉴。

2.4 工艺流程

在制造和组装过程中，要严格按照工艺流程和加工工艺进行操作，保证质量和安全性。根据设计要求和材料选择结果，确定预制装配式斜屋面挑檐盖板的工艺流程和加工工艺，如图1 所示。

图1 预制装配式斜屋面挑檐盖板工艺流程（来源：网络）

根据设计要求，对所选材料进行加工处理。例如，可对桁架材料进行切割、焊接、打孔及喷漆等处理，对檩条材料进行切割、榫接、抛光等处理。根据加工好的材料，对桁架、檩条等构件进行制造。将制造好的构件进行组装和调试，包括桁架和檩条的安装、支撑件的加固、覆盖材料的安装等。

在组装和调试过程中，要保证结构的稳定性和准确性。对组装好的屋面挑檐盖板进行防腐处理，防止腐蚀和损坏。例如，可对钢结构进行镀锌或者喷漆处理，在木质构件上涂刷防腐剂等。对制造和组装好的屋面挑檐盖板进行检验和验收，应包括结构的稳定性、材料的质量、安装的准确性等方面。只有通过检验和验收，才能交付给客户使用[1]。

2.5 结果分析与讨论

在预制装配式斜屋面挑檐盖板深化设计过程中，结果分析与讨论是非常重要的一步，它可以帮助相关人员对设计方案的可行性和优化空间进行评估。需要综合考虑各方面因素，确保结果准确，并及时调整方案，以满足设计要求和用户需求。

通过有限元分析等方法，分析预制装配式斜屋面挑檐盖板的结构性能，包括强度、刚度、稳定性等方面。根据分析结果可以评估设计方案的合理性，及时发现问题并进行调整。分析预制装配式斜屋面挑檐盖板的经济性，包括生产成本、使用成本等方面。根据分析结果可以评估设计方案的可行性和优化空间，为决策提供依据。分析预制装配式斜屋面挑檐盖板的环保性能，包括使用材料的环保性、能耗等方面。根据分析结果可以评估设计方案的环保性能，为可持续发展提供支持[2]。

2.6 完善设计方案

根据设计要求和使用环境，选择适当的材料，并严格按照设计要求进行采购和检验，确保材料的质量。通过有限元分析、实验测试等手段，对设计方案进行验证和优化，确保设计方案的可行性和稳定性。比如，在预制装配式斜屋面挑檐盖板深化设计中，三维可视化技术是一种非常有用的工具，它可以帮助设计师和工程团队更清晰地理解挑檐盖板的设计概念，提供全面的空间感知和视觉效果。

首先，利用三维可视化技术可以将挑檐盖板的设计以逼真的三维模型形式展现出来。设计师可以使用专业的三维建模软件，将挑檐盖板的形状、尺寸和细节进行精确建模，并设置材质和光影效果，使其更加真实和可视化。设计师可以通过旋转、缩放、漫游等操作，全方位地观察和评估设计方案，发现潜在的问题和改进的空间。

其次，利用三维可视化技术可以将挑檐盖板与整体建筑模型进行集成和呈现。通过融合挑檐盖板的三维模型与建筑模型，设计团队可以在统一的环境中进行设计和协调，这有助于发现挑檐盖板与建筑其他部分之间的空间关系和协调性，避免设计上的冲突和不一致。此外，利用三维可视化技术还可以模拟不同光照条件下的挑檐盖板外观效果。通过调整光源的位置、强度和颜色，可以模拟不同时间段和天气条件下的光照效果，例如白天、阴天或夜晚。设计团队可以更准确地评估挑檐盖板的外观，确保其与整体建筑风格和氛围的协调性。

最后，利用三维可视化技术可以实现交互式漫游和虚拟现实体验。设计师和利益相关者可以通过虚拟现实设备，如头戴式显示器或智能手机，亲身体验挑檐盖板的空间感和细节。他们可以自由移动、观察和评估挑檐盖板的各个方面，从而更加深入地理解设计方案并提供有价值的反馈。从中能够看出，三维可视化技术在预制装配式斜屋面挑檐盖板深化设计中具有重要的应用价值。它能够提供直观、真实和交互性的设计展示[3]。

2.7 生产制造

预制装配式斜屋面挑檐盖板的生产制造需要注重材料的选择、加工的精度和工艺的规范，以确保产品的质量和使用寿命。根据设计方案确定所需材料种类、规格和数量，进行材料的采购、检验和入库。材料主要包括钢材、保温材料、防水材料等。对采购的钢材进行切割、折弯、钻孔等加工，制成需要的零部件。其中，折弯和钻孔的精度要求较高，需要采用数控机床进行加工。对加工好的零部件进行组装，采用焊接、螺栓连接等方式进行固定。其中，焊接工艺需要符合相关标准和规范要求，保证焊缝的质量和强度。对挑檐盖板进行保温和防水处理，以保证其在使用过程中的绝缘性能和防水性能[4]。

2.8 施工安装

预制装配式斜屋面挑檐盖板的施工安装需要按照设计图纸和施工方案进行操作，并且遵循安全可靠、按图施工、质量优先的原则，确保施工质量和工人的安全。搭建安全可靠的施工架或者脚手架，以确保工人的安全。根据设计图纸确定挑檐盖板的安装位置和顺序，然后将其搬运到安装位置。将挑檐盖板逐一安装，先固定一侧的檐口，然后沿斜屋面方向进行安装，最后再固定另一侧的檐口。调整挑檐盖板，确保其水平度和垂直度，并使用螺栓或者焊接等方式将其固定。按照设计要求进行挑檐盖板的密封处理，以保证其防水性能[5]。