預制裝配式建筑結構體系與設計的分析

劉巖

（合肥市建筑質量安全監督站 安徽合肥 230001）

引言

傳統粗放型的建筑行業會帶來環境問題與能源過度消耗問題，而人們不斷提升的生活品質要求也給建筑產品的質量帶來了嚴峻考驗。基于這一矛盾，世界各國都在推動建筑工業化進程的發展。而預制裝配式建筑能夠促進傳統建筑結構體系的轉型，具有顯著的現實意義，也是本文主要的研究方向。

1 預制裝配式建筑結構體系

1.1 結構類型

預制裝配式建筑結構體系在20世紀70年代起采用的是混凝土結構裝配式大板住宅體系，但由于這些結構在抗震性能、建筑功能和結構受力等方面存在著一些缺陷，在近年來已經逐漸地被取代。目前針對于建筑的預制裝配式結構模型類型眾多，根據建筑性質與功能的不同可以進行分層規劃。例如一般的民用住宅建筑可以采用輕鋼-混凝土結構、新型普通鋼結構等；商業建筑和別墅中有時會選用鋼木建筑。而開發商考慮到實際施工要求與成本問題，更傾向于選擇預制裝配式混凝土結構[1]。例如同濟大學針對于鋼混凝土結構展開了研究，探究其結構住宅體系，可以看到該技術具有顯著的工業化特征。

1.2 結構體系與性能

預制裝配式建筑結構的體系可以采用框架結構、剪力墻結構等體系。實際上，預制裝配式混凝土建筑和一般的現澆混凝土建筑在本質上并沒有差異，但預制裝配式結構在構建連接方面采用了更加精密的技術，在結構力學和性能上有所區別。它的節點型式具有不同的剛度性能，所以可供選擇的節點較多。目前剪力墻結構也是我國住宅建筑的主要結構。預制裝配式剪力墻可以用于傳統的剪力墻結構，也能用于預制裝配式框架結構之中。相比而言，裝配式剪力墻結構當中具有更大的豎向與水平接縫，接縫性能直接影響到結構整體性能，因此在接縫設計方案需要進行針對性的技術研討[2]。

1.3 結構體系的設計思路

裝配式混凝土結構的主要特點在于構件質量高、施工簡便。但如果過分地使用現澆剛性節點，必然會影響想到結構的性能和優勢。因此，在設計思路方面，如果是低層結構，可以選擇全鉸接框架結構，當需要增加抗震結構時也可以選擇混合連接結構。這種設計模式可以充分發揮預制裝配式結構的特點，也保障了結構具有顯著的抗震性能。對于一些高層建筑的要求，可以選擇部分采取預制裝配式，另外的主要抗側力構建仍然選擇現澆混凝土。所以在設計方案的選擇方面應該考慮到過度使用的缺陷，并同時考慮到結構的優點。從預制裝配式結構的優勢來看，其大量選用輕質墻板，可以靈活地對房間進行分隔，在施工上更加簡便。另外，施工現場的濕作業數量降低，減少了施工材料的過度消耗，在短時間內創造更大的經濟效益。而其工業化的勞動效率高，進一步提升了產品質量，也能對材料充分循環利用。

2 預制裝配式結構體系的設計

2.1 框架結構體系

結構系統必須要與圍護系統配合緊密。例如常見的辦公樓建筑當中就是一種完善的框架結構系統，室內可以看見梁與墻角柱的存在。而框架結構體系是常用的結構形式。相比于預制裝配式剪力墻結構，該結構更加輕便，在構建的運輸和安裝環節中具有一定的優勢，常用于高層框架結構體系。目前在國內外的研究當中，也有預制混凝土框架結構的使用。實際施工環節中可以在施工現場現澆節點。結構的表面應該保持平整，梁祝中心線需要對齊，保持在同一豎向平面之內。交界處框架節點宜選擇剛節點，柱混凝土強度要保持在合理的范圍內。而焊接質量、預埋件設計應該成為結構設計中重點關注的質量部分。尤其是在新型的連接構造當中，預埋件作為傳力構件，在不同的結構部位會承受不同的彎矩和剪力作用，設計時也需要考慮可能出現的不利局面，對數據進行詳細計算[3]。

2.2 剪力墻結構的設計

預制裝配式剪力墻結構體系的受力構件包括剪力墻、板梁部分，并全部由混凝土構件組成。在施工現場拼裝完畢之后選擇墻板間豎向連接縫現澆的方式。根據工業化水平的差異可以分為全預制與半預制剪力墻結構體系。在設計時應該滿足《建筑抗震設計規范》（BG50011-2010）與《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）的相關要求，此外，還需要考慮一些細節方面的問題。

在結構橫墻布置時，需要結合內力計算的結構來考慮是否要布置預制承重墻板，并根據結構抗側力構建的需求決定內、外縱墻的布置方式。結構豎向的抗側力構建在設計是要加強設計驗算工作與連接構造，以具備一定的抗震要求。對于一些有抗震要求的建筑結構，預制構件間的鋼筋不低于預制構件部位連續鋼筋強度的等級。此時可以進行構造的設計和驗算工作。另外，如果是建筑結構的頂層，或是平面復雜樓層，那么上部結構嵌固端的地下室頂板建議采用現澆樓蓋結構。預制裝配式結構的構建需要分層設計，考慮到建筑方面的洞口位置、屏風位置、吊裝條件、墻板高度等。而豎向接縫位置要避開暗柱位置，減少可能出現的安全風險。

3 結語

預制裝配式結構具有顯著的優勢，可以提升工程質量，并滿足節能和環保的需求。在未來的預制裝配式技術當中，還應該發揮現場裝配與工廠預制的特點，將各種新型材料與先進技術運用于建筑施工當中，發揮建筑功能，讓結構和建筑專業相互配合，積極推動裝配式結構體系的廣泛運用，為建筑工業化提供關鍵的技術支持。