預制裝配式建筑結構體系與設計分析

【摘要】近年來，預制裝配式建筑結構得到廣泛運用，針對于此，本文討論了預制裝配式建筑的結構體系與設計。

【關鍵詞】預制裝配式建筑；結構體系；結構設計

裝配式混凝土結構已經逐漸成為建筑工程主要結構形式，促進預制裝配式建筑發展具有十分重要的現實意義。

1、預制裝配式建筑的概念

預制裝配式建筑指的是組成建筑的主要構件大多是在工廠內加工完成，然后在施工現場采用可靠的連接方式對預制構件進行拼裝成的一種新型建筑形式。常見的預制裝配式建筑主要有預制裝配式混凝土結構、預制裝配式鋼結構以及預制集裝箱式房屋。其中，預制裝配式混凝土結構又被稱為裝配整體式鋼筋混凝土結構，其主要構件是預制的混凝土構件，首先在工廠進行預制生產，然后在施工現場進行裝配連接，同時結合部分現澆混凝土而成；預制裝配式鋼結構的主要組成為鋼柱和鋼梁；預制集裝箱式房屋，是以集裝箱為基本組成單元，在工廠內的流水線上進行各個模塊的預制建造生產，再運輸到施工現場進行多種樣式的拼接組合，并完成不同風格的內部裝修。

2、預制裝配式建筑的結構體系

2.1預制裝配式混凝土結構分類

從結構形式方面，可以將預制裝配式混凝土結構分為裝配式剪力墻結構、裝配式框架-核心筒結構、裝配式框架結構、裝配式框架—剪力墻結構等等。從結構高度方面，可以將預制裝配式混凝土結構分為裝配式多層混凝土結構、裝配式高層混凝土結構以及裝配式低層混凝土結構。除此以外，還可以將裝配式混凝土結構體系分為裝配整體式剪力墻結構體系、預制預應力混凝土裝配整體式框架結構體系、整體預應力裝配式板柱結構、NPC 結構體系等等。

2.2預制裝配式建筑構件的優點

預制裝配式建筑結構將建筑施工的綜合質量提升到一個新的臺階，與常規施工技術相比，其優勢主要表現在以下幾個層面：（1）與以往施工建設相比，預制裝配式技術中輕質墻板的比例更大，使得施工過程更加簡單，快捷，節約了大量人力與物力，對于控制施工成本具有重要作用，同時使建筑施工更具有靈活性； （2）在保證施工質量的基礎上，提升了建筑施工的速度，有效縮短工程周期。將施工中對環境、交通等方面的影響性降至最低，對于提升建筑企業的綜合經濟效益更具有關鍵性作用；（3）在預制裝配式建筑結構的施工中，對施工人員的數量及技術要求較低，有助于對施工質量進行有效控制，保障了現場施工中的安全性，更符合綠色發展理念。

2.3裝配式混凝土結構抗震性能

根據裝配化程度，還可以將預制裝配式混凝土結構分為兩大類，即全裝配式和部分裝配式，裝配化程度高低不會對預制裝配式混凝土結構整體剛度造成直接影響，結構剛度僅與受力構件剛度以及節點剛度密切相關。預制裝配式混凝土結構節點可以被分為干式連接的鉸接連接節點、濕式連接的剛性連接節點以及柔性連接節點。其中，干式連接的鉸接連接節點沒有轉動剛度，一般被應用于沒有抗震需要、風壓較小的低層建筑設計中；濕式連接的剛性連接節點，其轉動剛度接近現澆混凝土梁柱節點，其結構性能與現澆混凝土框架結構相似，適用于高層建筑結構設計中其連接節點包括中柱頂節點、中柱中節點、邊柱端節點、邊柱中節點。另外，柔性連接節點存在轉動剛度。由此可見，預制裝配式混凝土結構具有多種節點形式，其所具有的抗震性能也有一定的區別，因此，在建筑結構設計中，需要充分考慮實際需要進行選擇。

3、預制裝配式建筑的結構設計

3.1框架結構體系的設計

該結構體系是現在應用力度相對較大的預制裝配式結構形式，這是由于不同于預制裝配形式的剪力墻結構，該結構體系比較輕，同時在構件的運輸方面該結構體系的運輸難度更小。在設計使用該類結構體系時，預制疊合板以及預制疊合梁等框架結構構件需要在工廠內進行生產，在運輸到現場之后，還需要通過現澆的方式處理節點以及梁端鍵槽，對于框架結構中的柱構件，必須充分結合項目的實際情況以及需求來選擇預制方式或是現澆措施。

從該結構體系的受力機制上來看，在進行結構設計時該需要注意以下幾個方面：柱混凝土、預制框架柱底以及基礎固接梁結構的強度等級需要維持在C30以上；結構平面需保持規則，梁柱中心線不僅需要處于一個相同的豎向平面之中同時還需保持對齊狀態，縱橫向框架柱需保持對齊；在對梁柱交接部分的框架節點展開設計時需考慮使用剛節點；在對預制梁柱接頭區域進行焊接施工時一定要保證焊接質量；在設計過程中需要注重處理連接構造之中的各個預埋件。

3.2剪力墻結構體系設計

該結構形式所涉及到的受力構件主要有板結構、剪力墻結構以及梁結構，另外，其也可以全部由疊合板、預制墻板以及疊合梁等預制混凝土構件組成。在對該結構形式展開設計時，需要根據工廠化程度選擇半預制或者是全預制形式的剪力墻結構。平面形狀需保持規則，同時兩個方向上的動力特性需盡可能的接近；在對結構橫墻展開設計時，要求將預制承重墻板應用到兩側端部山墻，在對預制承重墻板結構或者是輕質填充墻板展開設計時，需要考慮到內力計算結果或者是結構抗側力構件的實際需求；在對結構豎向抗側力的各個構件展開設計時，需要確保可以通過現澆方式將豎向的各個主承力鋼筋漿錨以及連接帶結合在一起，同時需要注重連接構造的設計以保證其受力整體性以及連續性；在對預制結構構件展開設計時可以進行分塊設計，并在設計過程中需要綜合考慮分析現場吊裝條件、房間的開間以及拼縫位置等。

在對墻板高度進行設計時需要根據一層或者是兩層樓的層高度進行劃分，在對豎向接縫位置進行布置時應防止其應用到暗柱上，同時還需盡可能的避免應用過多的構件類型或者是不同型號的構建；在對預制構件配筋展開設計時不僅需遵守相關規定要求，還需要對施工階段可能該預制構件配筋可能會出現的變形情況與其受力情況進行驗算；在對建筑中的各個平面復雜樓層、頂層以及開月同區域展開設計時均需要考慮選取現澆樓蓋結構。

4、預制裝配式建筑結構的發展

作為建筑工業化建設的主要內容，在實際設計過程中需要充分考慮不同區域抗震烈度的不同，以及建筑節能上的需求、結構特點開發適用性更強的預制裝配式結構。在不斷提升預制率的同時，保障工程的整體質量，持續提升專業化水平。緊緊圍繞由簡單到復雜，由低級到高級的方式，逐步推動預制疊合構件以及非受力構件的發展。充分發揮預制裝配式建筑結構的各方面特點，實現對當前施工技術的全面提升，徹底改變以往長周期、大勞動力的建設方式。在不斷完善設計理念的過程中，實現預制構件的自動化生產。需要注意的是，與常規建筑構件設計相比，預制裝配式建筑結構的設計要求更高，為此必要要求設計師熟練的掌握各個建筑結構的特點以及力學知識，并持續關注建筑行業的發展動向，使得預制裝配式構件更加具有安全性、穩定性，貼合社會發展的實際需求。

結語：

總而言之，預制裝配式建筑結構是當前建筑行業發展的主要方式，其在實際發展過程中，需要持續對設計進行完善。

參考文獻：

[1]劉曉艷，張以慶.探討預制裝配式建筑結構體系與設計[J].住宅與房地產，2016（6）：219.

[2]張慧.框架剪力墻結構體系在預制裝配式建筑中的應用研究[J].建筑施工，2014，37（3）：293-295.