基于综合楼的装配式工程结构设计探讨

摘 要：本文以皇岗中学拆建的综合楼工程为例，探讨了装配式建筑技术在该项目中的应用。本文概述了装配式建筑的发展现状和优势；分析了该工程的概况，包括建筑规模、功能分区、结构体系选择等方面；详细阐述了装配式结构墙的设计，以及装配式施工技术在该项目中的具体应用，包括预制构件的选择与设计、装配式构件的制作与运输以及现场的安装与连接等环节。本文通过具体案例分析，总结了装配式建筑技术在综合楼项目中的创新运用和实践经验，希望能为相关人员掌握这项技术提供参考。

关键词：皇岗中学；装配式结构墙设计；结构体系选择文章编号：2095-4085（2024）10-0110-03

0 引言

综合楼作为集多种功能于一体的建筑类型受到广泛关注。针对综合楼的设计，采用装配式建筑技术具有显著优势。本文以皇岗中学拆建的综合楼工程为例，探讨了装配式建筑技术在该项目中的具体应用。通过分析得出，装配式建筑技术的应用不仅提高了工程质量和施工效率，还体现出了标准化和可持续发展的要求。

1 装配式建筑发展现状

1.1 装配式建筑概述

装配式建筑，是指那些在专业化的工厂内进行大部分或全部组件预制，然后将这些预制组件运输到施工现场并进行组装的建筑。与传统的现浇现建方式相比，装配式建筑的施工过程更为简洁、高效。从皇岗中学拆建的综合楼工程可以看出，装配式建筑在项目中占据了核心地位。这种技术的应用不仅提高了施工效率，还确保了墙体表面的平整度和美观性。墙体设计的预制与装配式施工，特别是装配式结构墙，已经成为该类工程的核心技术之一。装配式建筑的主要优点包括：施工周期短，因为多数组件可以在工厂内同时生产；环境影响小，因为工地上的实际施工活动减少，从而减少了尘土和噪音污染；质量更容易控制，因为大部分构件是在受控的工厂环境中生产。

装配式建筑也有一定的挑战性，如预制构件的设计、制造、运输和安装都需要高度的精确性和协调。但从总体上看，随着技术的进步和行业经验的积累，装配式建筑无疑为现代建筑行业提供了一个有效、可持续的发展方向。

1.2 装配式建筑的优势

装配式建筑正逐渐成为现代建筑领域的新兴趋势，其多方面的优势已经受到了业界的广泛关注。这种建筑模式借助先进的施工技术和创新的工艺应用，确保了工程质量与施工效率的双重提升。关键在于，大部分构件都在工厂内的受控环境下预制完成。这种环境具有严格的质量控制标准，能确保每一块构件都能达到设计要求，很大程度上减少了现场安装时的不确定性，从而为整体建筑的稳定性和耐久性提供了坚实的保障。工厂化生产的另一个明显优点是并行生产。当多个组件在同一时间内生产时，施工周期自然缩短，这意味着项目的交付速度得到增强。与传统的现场施工相比，工厂生产可以显著减少对周边环境的干扰，包括但不限于降低噪音污染和尘土扩散。由于预制构件的精确度高，现场的安装过程更为流畅，极大地减少了材料浪费和重复劳动。这不仅有助于降低工程成本，还赋予了项目更高的绿色和可持续性特质。装配式建筑的设计中，将多种功能集成于单一构件中，例如墙体能同时具备装饰、保温和隔热功能。这种一体化设计策略不仅使建筑物在功能上更为完备，还在外观设计和使用寿命方面都得到了显著提升。

2 基于综合楼的装配式结构设计

2.1 工程概况

综合楼的装配式结构设计代表了现代建筑领域的一项重大创新。皇岗中学综合楼项目规模庞大，总建筑面积达78 500m²，占地2.41万m²。作为一座高层建筑，其设计寿命长达50年，要求具备卓越的稳定性和持久性，以满足高标准的抗震和耐火要求。保温和防水设计采用了高质量的材料，包括50厚的XPS阻燃型保温板和30厚的棉岩板，以及多重复合的防水材料，以确保建筑的长期稳定性。综合楼的空间布局经过精心设计，满足多种使用需求，包括地下2层的机动车库和设备用房，以及地上9层的办公用房。特别值得一提的是，建筑高效利用空间，集成了多功能空间，如体育馆、报告厅、实验室等，提高了使用效率，为学生和教职员工提供了方便。

2.2 结构体系选择

（1）首先应关注其结构的形式和安全性。该楼的框架结构被归类为一级结构，这意味着其在建筑安全等级上位列最高，体现出对安全性的严格要求。此外，针对建筑的抗震设计，它被定义为重点设防类，具有二类的抗震设防标准，可进一步确保在地震事件中的稳定性和安全性。

（2）对于建筑的场地类别和地面粗糙度，选择的是C类地面，这决定了地基和基础的设计方式。针对此，项目采用了灌注桩基础和预应力管桩基础两种方法，旨在为结构提供稳固的支撑。还特别考虑到了地下部分，包括有覆土的地下室顶板、地下室外墙等关键部位，这些部位的设计被归类为2b类和2a类环境，展现出其在不同环境条件下的适应性。对于混凝土结构的耐久性，参考了《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2019）中的附录B。

（3）在材料选择上，最大的水胶比为0.45，而最小胶凝材料的使用量为320kg/m³。为了确保结构的长期稳定性，混凝土中的最大氯离子含量被限制在0.10%，这一选择旨在减少混凝土内部的腐蚀风险。

2.3 装配式结构墙设计

在皇岗中学拆建的综合楼工程中，装配式建筑结构不仅是项目的实施主线，更成为确保工程质量和施工效率的核心支撑。通过深入分析装配式混凝土建筑技术评分表，明确认识到，建筑的标准化程度和技术应用策略直接决定了工程的成功与否。尤为突出的是墙体设计。在现代建筑领域，墙体不再仅仅是结构的一部分，更是影响建筑功能、效率和美观的关键因素。特别是装配式结构墙，其预制与装配式施工方法显然已经成为行业的先进技术和趋势。围护墙和内隔墙的技术评分标准凸显了现代装配式结构在施工过程中对质量控制的重视。特别是在节点连接设计上，通过采用螺栓连接或焊接连接的方式，实现了连接构造的标准化，进一步提高了墙体构件对位和安装的精准度。在节点连接设计中，螺栓连接是一种经济且效率高的方法，它利用高强度的紧固件实现构件的快速固定，有效保障了整体结构的稳定性和刚度。同时，这种连接方式的标准化大大简化了施工流程，缩短了工期，降低了成本。焊接连接则因其能提供极高的节点刚度和良好的抗疲劳性能而在特定情况下被采用。通过使用高质量焊材，焊接连接确保了墙体节点的长期耐久性和承载能力。外墙与内隔墙的一体化设计同时考虑了装饰和保温隔热功能，这不仅提高了墙体的使用性能，也确保了建筑的能源效率和室内舒适度。

3 装配式施工技术在工程中的应用

3.1 装配式预制构件的选择与设计

装配式施工技术，近年来已逐渐成为现代建筑领域的主导技术，其优势在于高效、环保和减少现场施工的复杂度。在皇岗中学拆建的综合楼工程中，该技术的应用显得尤为重要。此项工程不仅仅体现了装配式建筑技术的卓越，更为行业展示了如何结合标准化与高效技术应用的先进模式。装配式预制构件是该技术的核心要素。这些构件在出厂前已经完成生产，大大减少了现场施工的复杂性，同时保证了建筑品质和结构稳定性。在皇岗中学的工程中，选择恰当的预制构件成为工程成功的首要关键。考虑到楼的使用特性，应确保所选构件具有良好的隔音、隔热和防火性能。结构稳定性和抗震性能也是选择时不可或缺的标准。为满足这些要求，工程团队在设计阶段就进行了深入的研究，并确保了所选构件与建筑设计、功能和使用环境相匹配。预制构件的设计也是一个复杂且关键的环节。考虑到装配式建筑的特性，构件之间的连接方式、尺寸精度和兼容性都需要仔细考虑。同时，为确保施工的顺畅性，每个构件的设计都必须满足简单、快速和高效的装配要求。

3.2 装配式构件的制作与运输

装配式建筑在建筑实践中越来越受到推崇，其核心价值之一便是预制构件。这些构件在标准化的生产线上制作完成，再经过精确的计划和物流系统安全、及时地运输到工地，为现场的装配施工创造了条件。在皇岗中学拆建的综合楼工程中，预制构件的制作与运输过程显得尤为关键。装配式构件的制作涉及深入的工艺研究和技术创新。对于皇岗中学这样的大型项目，不仅需要大量的预制构件，而且还要确保每一个构件都符合严格的质量标准。这意味着，生产环节要进行细致的管理，需确保每个生产步骤都得到严格的控制，从而确保构件的质量和精度。

构件的制作还应强调绿色生产和可持续性原则。这不仅体现在使用环保的材料，更在于制作过程中的节能、减排和资源循环利用。这一点在现代建筑中显得尤为重要，因为它既满足了社会对可持续建筑的要求，也为项目长远的运营和维护打下了坚实的基础。预制构件的运输也是一个不可忽视的环节。考虑到构件的体积、重量和形状，运输的过程需仔细的规划和协调。这不仅涉及到运输工具的选择，还要考虑路线的规划、时间的管理以及现场的卸货和存储。皇岗中学的项目团队为此进行了精细的策划，确保预制构件能够在适当的时间和地点准确无误地到达工地。

3.3 装配式构件的安装与连接

在装配式建筑结构中，节点的连接构造是确保整体稳定性和安全性的关键环节。在皇岗中学的综合楼工程中，特别注重采用了机械连接和焊接连接两种方式，全面提升了构件连接的可靠性和持久性。

机械连接尤其是通过高强度螺栓的方式，是一种广泛应用的连接手段。工程团队选用了特种紧固件，这些由高强度钢材制成的螺栓能够承受更大的拉伸和剪切力，显著提高连接部位的刚度。预应力锚固技术的应用，确保了螺栓连接在受力时能保持良好的紧固状态，防止由于长期的荷载作用和环境因素引起的松动。焊接连接则是另一种确保构件牢固性的有效方法。通过采用先进的焊接技术，如全位置焊接，能够在不同角度和位置实现构件的牢固连接，大大增强了节点的抗剪能力和抗弯曲性能。焊缝的质量受到严格的控制，并通过无损检测的方式进行评估，从而保证焊接的持久性和稳定性。为确保节点连接结构的整体性能，工程团队还对连接部位的设计进行了精细的优化。通过计算和实验测试确保每个连接节点都具有足够的刚度和承载能力，以应对可能出现的各种荷载情况。其次，针对特定的应用和环境条件，如地震、风载等，节点的设计还考虑了足够的安全储备，以应对这些额外的荷载。

4 结语

通过对皇岗中学拆建综合楼项目的装配式建筑结构设计进行探讨分析，可以看出装配式建筑技术在该项目中的广泛应用与创新尝试。该项目不仅采用了大量装配式预制构件，如装配式结构墙等，还在构件的设计、制作、运输与安装等各个环节都体现出了装配式建筑的科学性与先进性。这充分展现了当前我国装配式建筑技术与理念的进步，标志着建筑行业正加速向装配化、绿色化、智能化的方向发展。当然，装配式建筑作为一项新兴的建筑技术，在推广应用过程中也不可避免的面临诸多挑战，需要建筑行业进一步深化装配式建筑的系统研究，不断优化完善其设计规范与施工流程，以适应建筑行业的可持续发展需求。

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