預制裝配式鋼結構建筑設計要點及經濟性研究

劉永霞

（1.銀川能源學院，寧夏 銀川 750105；2.銀川能源學院土木工程專業實踐教育中心，寧夏 銀川 750105）

預制裝配式鋼結構建筑設計要點及經濟性研究

劉永霞1，2

（1.銀川能源學院，寧夏 銀川 750105；2.銀川能源學院土木工程專業實踐教育中心，寧夏 銀川 750105）

本文從建筑產業現代化的發展趨勢出發，轉變經濟增長方式和經濟結構適應性調整為重心，解讀了預制裝配式鋼結構建筑的基本概念與特點，通過分析預制裝配式鋼結構建筑的結構選型和主要結構設計要點，對其建筑總體造價成本進行了分析，并針對如何降低預制裝配式鋼結構體系的造價問題提出了幾點建議，具有一定的參考價值。

預制裝配式；鋼結構建筑；設計要點；經濟性研究

當前我國正處于城市化高速發展時期，城市建設不單單滿足于規模的擴大，人們開始逐漸在城市建設中加入文化元素，注重內涵，城市的發展品質逐步得到提升，向著綠色環保、智能集約的方向發展，因而現代城市建設對建筑行業要求也相應提升。過去我國城市建筑結構大多采用現澆混凝土或者磚混結構，這種建筑結構不但需要高強度的勞動操作，并且施工過程中還存在諸多安全隱患，建筑能耗不但相對較高，并且施工質量也無法精確控制。隨著建筑施工技術的發展，我國建筑行業開始向著預制裝配模式發展。但是受到傳統的建筑思想以及居住思想的影響，人們對于預制裝配建筑的認識不足，因而無法接受該種建筑結構，因而在我國預制裝配建筑的發展阻力較大。

1.預制裝式建筑概述

預制裝配建筑主要由各類預制件組合裝配而成，其預制件有工廠事先加工完成。將預制件運送至施工現場后，通過可靠的連接方式將預制件連接拼裝在一起。目前我國常見的預制裝配結構主要有預制裝配鋼結構、預制裝箱房屋、預制混凝土結構等。其中預制裝配鋼結構主要利用鋼梁、鋼柱等作為建筑的承重結構；預制集裝箱房屋的基本單元為集裝箱，通過預先在工廠進行房屋各模塊的生產建造，而后將完成的預制結構模塊運送至施工現場進行組裝，繼而完成建筑內部裝修。

2.預制裝配式建筑的特點

建筑產業現代化的核心是融合信息化技術的新型建筑工業化，受到現代可持續發展、健康環保、綠色節能等理念的影響，我國建筑產業也逐步轉型，在設計施工上都向著更加科學的方向發展。預制裝配式建筑的具備多種傳統建筑所不具備的特點：不但建筑品質相較于傳統建筑有所提高，并且操作簡便，現場無需高強度地現場作業，施工垃圾也大大減少，避免了施工過程中造成的污染、減少了材料浪費，并且由于勞動強度降低，因而人工成本得到有效控制，工期大大縮短，工程維護更加便捷。

3.預制裝配鋼結構建筑的主要構造

（1）鋼框架—剪力墻結構。體系的形成基礎為框架結構，通過在柱網的橫向、縱向設置剪力墻，從而形成鋼框架—剪力墻結構體系，建筑結構強度由于側向剛度的改善，建筑結構體系側向位移量的缺陷被有效彌補，豎向荷載由框架承受，水平荷載由剪力墻分擔，因而建筑承載能力顯著提高，目前高層建筑大多使用該結構體系。

（2）鋼框架結構。在該結構體系中建筑的承重構件以及抗側剪力構件主要為設置在建筑橫向、縱向的梁柱，鋼梁、鋼柱的抗彎載能力直接決定了建筑的抗側剛度。鋼框架結構為柔性結構，因而其靈活性較高，且結構體系中的受力、傳力較為明確，在多層建筑及抗震要求低的建筑中較為適用。

（3）鋼框架—支撐結構。該結構體系的抗側力能力較高，這是由于其為雙重抗側力結構，為增加框架柱之間的水平荷載支撐力，會設置橫向鋼支撐，且橫向鋼支撐不會對豎向荷載造成影響。因而該結構體系具有較高的穩定性，且建筑結構的梁柱截面面積有效減少，但是由于體系機構復雜，因而靈活性較差。

常用的預制裝配式鋼結構建筑常用的樓屋面板形式包括現澆鋼筋混凝土樓板、壓型鋼板—混凝土組合樓板、鋼筋桁架混凝土組合樓板等。

4.設計特征及設計要點分析

4.1設計特征

與采用現澆結構建筑的建設流程相比，預制裝配式建筑的設計工作呈現5個方面的特征：

（1）流程精細化：從施工流程方面分析，預制裝配建筑綜合性更強，且精細化程度、整體化程度更高，相較于傳統建筑設計，其流程增加了前期技術策劃和預制構件加工圖設計兩個設計階段。

（2）設計模數化：模數化是建筑工業化的基礎，通過建筑模數的控制可以實現建筑、構件、部品之間的統一，從模數化協調到模塊化組合，進而使預制裝配式建筑邁向標準化設計。

（3）配合一體化：在預制裝配式建筑設計階段，應與各專業和構配件廠家充分配合，做到主體結構、預制構件、設備管線、裝修部品和施工組織的一體化協作，優化設計成果；

（4）成本精準化：預制件的生產加工以預制裝配建筑設計為依據，因而建筑設計直接決定了預制件的相關參數。除此之外，在裝配率條件相同的基礎下，投資成本會受到拆分方案的影響，因此設計也是影響成本的直接因素之一。

（5）技術信息化：BIM是利用數字技術表達建筑項目幾何、物理和功能信息以支持項目全生命期決策、管理、建設、運營的技術和方法。建筑設計可采用BIM技術，提高預制構件設計完成度與精確度。在預制裝配式建筑設計過程中，可將設計工作環節細分為以下5個階段：技術策劃階段、方案設計階段、初步設計階段、施工圖設計階段以及構件加工圖設計階段。

4.2設計要點

（1）規劃設計

在設計規劃中，預制裝配建筑應當首先滿足建筑的采光、通風、退線等基礎性要求，在經濟合理、安全穩定的基礎上選擇套型模塊進行設計。同時對施工現場的組織流程及工序銜接予以考量，保證施工質量和施工效率。

（2）預制件設計要點

預制構架是預制裝配建筑的基本要件，在預制件的設計中必須嚴格遵循模數化、標準化要求。以簡潔規整為出發點，減少構件類型，從而降低建筑造價。此外在設計預制件過程中需要充分考慮預制件生產的可行性，以便捷生產為目的，提高預制件的可靠性，并便于后期預制件的保護。

（3）構造節點設計要點

節點構造設計也是決定預制裝配建筑質量的關鍵，由于預制件需要在施工現場進行裝配，各個預制件之間的節點也需要預先進行設計，尤其在預制混凝土剪力墻結構住宅施工中。各類接縫、節點都影響著建筑整體質量。因而設計過程中應當依照施工所在地氣候條件、實際情況進行合理設計，以滿足建筑的防水要求，提高建筑的節能性。

（4）專業配合設計要點

預制裝配式建筑各專業應協同。預制構件設計應遵循受力合理、連接簡單、施工方便、少規格、多組合的原則，提高工程質量，控制建設成本。給排水專業協同應考慮公共空間豎向管井位置、尺寸及共用的可能性，豎向管線的設置宜相對集中，水平管線的排布應減少交叉。

5.成本分析

工程造價是指進行某項工程建設花費的全部費用，指項目從前期策劃開始到可行性研究，然后進行設計招標、工程招標。具體來說，影響最大的是在投資決策階段，影響力為70%～95%；其次是設計階段，影響力為30%～70%；再次是施工階段，影響力是5%～30%，影響最小的是竣工階段。影響力為0～5%。

在施工時，構件運輸距離直接影響造價，特別是構件的二次搬運，必定造成建設成本的增加，所以，應該確定離工地較近的廠家。其中外掛墻板的成本與材料種類和實際的施工存在必然關系，在造價控制中應以二者作為重點對象。在預制裝配式鋼結構體系中，人工費降低了40%，加上施工工期縮短，使成本大幅度降低。同時，腳手架用量大量減少，模板的規范統一可顯著降低成本。

6.造價控制建議

結構選型是控制預制裝配鋼結構造價的關鍵。因而在進行預制裝配建筑的設計時需要明確建筑的功能，并以建筑功能作為設計基礎，對建筑結構形式予以明確，從經濟適用、安全穩定角度出發，依照建筑結構設計相關標準進行設計，對梁柱截面進行優化，降低結構中鋼的使用量。同時預制混凝土外掛墻板，盡量降低模具種類，對構件結構進行規范，增加模具的使用率，從而降低施工成本。現場施工安裝構件時，可以采用分段式操作，以流水施工的方式同時進行多道工序的操作，從而縮短施工周期，提高效率；另外選擇PK預應力疊合樓板作為屋面板，以提高建筑的經濟性，對造價進行控制。

結語

經濟性是預制裝配鋼構建筑最主要的優勢，并且在實踐應用中該結構體系諸多優勢不斷顯現，得到了建筑領域的一致認可，因而在未來發展空間廣闊，但是人們對于該結構體系還并未了解，因此無法真正看到該結構體系的優勢。基于這一點，在未來的發展中，應當加大預制裝配鋼結構體系的推廣，令其逐步成為建筑行業的主力軍，更好地推進我國建筑工業化進程。

[1]王福江.工程結構設計與工程造價關系分析[J].河南科技，2012（6）：59-61.

[2]殷壽成.基于建筑結構設計的工程造價控制[J].信息化建設，2013（2）：113-114,118.

TU391

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