預制裝配式建筑設計實踐及相關問題探討

胡小玲

摘要：預制裝配式建筑的定義是把建筑物中的混凝土剪力墻、柱、梁、樓板、樓梯、陽臺等建筑構件先在工廠中預制生產，再運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行裝配的施工做法。相對傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工的方法，預制裝配式做法的優(yōu)點在于減少了氣候環(huán)境對施工效果的影響，提高了施工效率，縮短了施工周期，在保證施工質量的同時也能夠大大節(jié)約勞動力，并且更節(jié)能環(huán)保。缺點是預制裝配受到運輸條件、吊裝設備和場地的限制，大型建筑構件如剪力墻、柱、梁、樓板等會在工廠預制前被拆分，需要運到現(xiàn)場后再進行組裝，會對施工各方的配合度提出更高的要求。

關鍵詞：預制裝配式建筑；建筑設計；設計實踐

1 引言

從建國以來，我國在建筑建設方面發(fā)展的很快，大量的混凝土建筑拔地而起。隨著施工經驗的不斷積累和施工技術的不斷革新，我們發(fā)現(xiàn)混凝土現(xiàn)場澆注的產生的一些問題，如下：①需要大量勞動力且施工工期長。比如韓國三星在西安建設的一個工廠，采用了預制裝配技術，工期僅需三個月，若采用非裝配技術，工期至少一年，并且所耗勞動力總量只有非裝配建筑技術的1/20。②部分部位如果采用現(xiàn)場澆注的做法，施工質量很難得到保證，如坡屋頂與天溝/的接觸部位受振搗條件的影響質量差異很大，現(xiàn)場基本無其他作業(yè)手段，因此該部位漏水現(xiàn)象普遍，工廠化生產就可避免這一問題。③現(xiàn)場澆注混凝土會對環(huán)境造成影響，如噪聲污染、建筑垃圾污染等。比如，混凝土施工為避免過多施工縫的形成，通常會連夜施工，噪聲會影響周圍居民的正常作息。又如，河道護坡項目施工如果采用現(xiàn)場澆注混凝土，將對河流造成污染，而若使用預制樁就不會有此污染問題。④施工現(xiàn)場作業(yè)在露天進行，工人的施工環(huán)境受氣候影響較大。讓從業(yè)工人在惡劣的工作條件下工作不僅會影響工作效率，還存在安全風險。隨著從業(yè)工人對作業(yè)環(huán)境有了更高要求，他們已經不愿意在惡劣的條件下工作了。基于上述問題，產生了預制裝配式建筑技術。目前預制裝配技術已經在工業(yè)廠房、大型公共建筑、多高層住宅、別墅等各個類型建筑中得到廣泛的應用，為了更加完善預制裝配技術，我們應該對其在設計實踐中存在的問題進行分析和研究，并找到解決的辦法。

2 預制裝配式建筑存在的技術難題

預制裝配式建筑在設計理論上和傳統(tǒng)現(xiàn)場澆注建筑沒有不同，但在施工思路上完全不一樣。預制裝配式建筑是將原本是一個整體的剪力墻、梁、柱等建筑構件拆分，在工廠中預制生產后，通過運輸?shù)浆F(xiàn)場，吊裝進行組裝的方式施工建設，從而滿足設計要求的受力性能的。雖然預制裝配式建筑的工業(yè)化生產模式可以縮短施工周期，提高施工質量，但因受到運輸和吊裝條件的限制，在實踐中也會存在一些技術問題：

（1）平面不規(guī)則與構件數(shù)量限制的矛盾。每個建筑平面都是根據(jù)對地形、使用功能和建筑外觀等因素的綜合考量確定的，因此每個建筑項目的平面千差萬別。在實踐過程中如果按照每個建筑平面生產相應的模具，那么成本將會過高，導致項目夭折。因此，我們需要結合預制裝配式建筑與非裝配式建筑的優(yōu)點，對于平面形狀中不規(guī)則的部分可以采用非裝配式建筑現(xiàn)場澆注的做法，或者采用鋼結構的做法。

（2）接縫、節(jié)點處的耐久性、抗震性能、安全性和防水處理。因為裝配式建筑在組裝建筑構件的過程中，會出現(xiàn)很多節(jié)點和接縫，這些是結構受力和建筑防水的薄弱環(huán)節(jié)，如果不能處理好節(jié)點和接縫，建筑的安全性就會受到影響。通常的處理方法是將拆分構件的預留鋼筋焊接好后，再用一個比被連接構件高一等級的混凝土加微膨脹劑澆筑，然后再振搗密實即可。眾多實際工程案例證明，這種做法能夠滿足耐久性、抗震性、防水等建設要求。但需注意的是，由于構件拆分組裝過程質量具有離散性，所以拆分構件的預留連接鋼筋應適當加大。

（3）預防構件運輸、吊裝過程中的開裂：由于拆分構件由于運輸、吊裝的需要會設置四個或多個吊裝點，通過模擬運輸、吊裝過程中拆分構件的受力情況，如果實際受力情況同設計模擬時相同或相近，那么將不會發(fā)生開裂的情況。但實際情況是，在運輸和吊裝過程中很難做到不開裂。考慮到吊裝和運輸方式的不確定性，通常工程中預防構件開裂的方式是加大被拆分構件的構造配筋。

特別說明的是，對于高層建筑的核心筒、剪力墻的約束邊緣構件、轉換梁、框支柱等抗地震力的建筑構件適宜采用現(xiàn)澆混凝土的施工方式，增強建筑構件的抗震性。

3 采用BIM技術實現(xiàn)預制裝配式建筑

目前，二維圖紙表達設計的工作方法仍是主流，但對于預制裝配式建筑來講，由于其對節(jié)點連接、管線預埋位置等要求準確，傳統(tǒng)的二維表達方式很難直觀的表述，給溝通帶來困難。這就需要我們采用三維的表述，BIM技術就恰好解決了這一問題，更好地協(xié)同各個專業(yè)一起解決設計實踐問題。

3.1 結構專業(yè)協(xié)同

為了滿足抗震設計的原則和需求，預制裝配式建筑的體形、平面和構造都有一定的要求。為了滿足工業(yè)化制造的要求，預制建筑構件在設計上應符合受力合理、連接簡單、施工方便、規(guī)格少、組合多的原則，制定合理的預制構件尺寸和重量，便于加工和運輸，提高工程質量的同時也要控制建設成本。承重墻和柱應注意上下連續(xù)，門窗洞口盡量上下對齊，不宜使用轉角窗。門窗洞口的設置應滿足結構受力要求和預制構件的設計要求，另外管線留洞位置和尺寸應保證準確。

3.2 給排水專業(yè)協(xié)同

預制裝配式建筑需要考慮公共空間豎向管井留洞位置和大小，豎向管線應相對集中，水平管線應減少交叉。穿過預制樓板的管道應預留洞，穿過預制梁的管道應預埋套管，要保證管井和吊頂內部的管線安裝牢固并方便檢修和更換。住宅套內優(yōu)先采用同層排水的方式，并要做好防水構造。整體衛(wèi)浴和整體廚房的安裝需要和廠家配合預留好管道接口位置及尺寸，太陽能熱水系統(tǒng)集熱器與儲水罐也需要與建筑整體配合，做好預留和預埋。

3.3 暖通專業(yè)協(xié)同

供暖系統(tǒng)的主立管和分戶控制閥門等應布置在公共空間豎向管井內，戶內供暖管線則是做成獨立環(huán)路。在采用低溫熱水地面輻射供暖時，分、集水器應結合地面墊層構造布置，便于檢修管理。在采用散熱器供暖時，應做好合理分布散熱器位置，管線走向的工作。在采用分體式空調機時，應滿足臥室和起居室空調安裝的位置和預留預埋條件。在采用集中新風系統(tǒng)時，應預先確定風道的布置、住宅中廚房和衛(wèi)生間排氣道的布置。

3.4 電氣電訊專業(yè)協(xié)同

在布置分戶配電箱位置時，要保證分戶墻兩側暗裝電氣設備不連通。預制構件需考慮內裝要求，確定好插座、燈具、有線電視接口、電話和網絡接口等位置。還需將線路布置與建筑構件綜合考慮。在預制墻體或疊合板內暗敷設時，需要用線管保護。在預制墻體相應位置還需預留預埋，為了將來安裝電氣開關、插座、連接管線等。另外，在外墻板、內墻板的門窗過梁和錨固區(qū)不宜埋設設備管線。

4 結語

為了能夠實現(xiàn)我國預制裝配式建筑的快速發(fā)展，需要在設計實踐中結合具體建設項目的設計要求，綜合考量各方需求，在熟悉預制構件的拆分、生產、加工、運輸和安裝等各道工序技術要點的前提下，對預制裝配建筑進行整體分析和研究，并盡力協(xié)同各專業(yè)工種，不斷積累預制裝配式建筑設計經驗，整合各項資源，提高預制裝配式建筑設計和建設的水平，本文期盼能為做出微薄貢獻，供同行參考。

參考文獻

[1]樊則森.預制裝配式建筑設計要點【J】.住宅產業(yè)，2015（8）：56.

[2]胥曉睿.預制裝配式高層住宅設計與綠色施工【J】.建筑施工，2016，38（1）：97-99

[3]徐曄楨.預制裝配式剪力墻結構住宅建筑的設計【J】.建筑施工，2013，35（10）：928-930.

[4]駱雅琳. 淺議預制裝配式建筑的發(fā)展前景及結構設計要點【J】.建設科技，2014，（19）：102-103.