預制裝配式建筑結構體系與設計

(太原王孝雄建筑設計院（有限公司）， 山西 太原 030012)

0 引言

我國社會經濟不斷發展，城市化進程不斷加快，在建筑領域也有了新的進展和突破。顯然，傳統的建筑模式已經無法適應現代經濟發展的需要，所以，建筑領域要注重預制裝配式建筑體系的發展。但是普遍來看，人們對裝配式建筑并沒有十分清楚的認識，其發展還存在一定的局限和障礙。所以，對裝配式建筑結構體系進行深入探究十分有必要，以促進我國建筑行業的不斷發展進步。

1 關于預制裝配式建筑的概念

首先我們從概念入手開始探究。裝配式建筑是一種新型的建筑形式，建筑過程所需要的主要部件都是在工廠生產加工好的，在施工現場只需要利用恰當的連接方法將所需部件連接起來就可以了。一般來講，有三種應用比較廣泛的預制裝配式建筑。第一種是預制裝配式混凝土結構，這種結構主要由預制的混凝土部件構成。其整個工作過程分為三步，第一步是工廠的預制生產，第二步進行現場施工安裝，最后進行混凝土的澆筑。第二種是裝配式鋼結構。這一部分主要應用鋼制的梁和柱進行裝配。第三種是預制集裝箱式房屋。在這一部分中，集裝箱作為基本單元，先完成工廠內的流水加工生產，再進行現場組裝。與其他兩種結構的工作方式相比，這種方式在拼接時具有多樣性，處理比較靈活。最后進行內部的整修，可以賦予建筑結構各種不同的特色。

2 預制裝配式建筑結構體系的發展

2.1 預制裝配式建筑結構的主要來源

在我國，預制裝配式建筑結構的發展時間比較短，在這一領域的研究還十分有限，其被重視程度也不夠高。在2013年頒布的《綠色建筑行動方案》中，國家對工業化生產的有效化管理提出了明確的要求，鼓勵建筑企業單位逐步推進裝配式建筑結構的應用。另外，國家提倡改革創新，不斷更新土木工程建設方面的技術。與傳統的建筑結構相比，預制裝配式建筑結構有明顯的優點。先工廠生產再現場組裝的方式省略了傳統施工中繁瑣多樣的施工步驟，也減少了施工材料的浪費，在縮短了工期的同時不影響建筑結構的質量，是一種對環境保護和資源節約十分有益的施工方式。

2.2 預制裝配式建筑結構的實際使用

最早使用預制裝配式建筑是在上個世紀八十年代，在大板建造方面的應用是主要方向。但是，由于當時我國經濟發展水平的制約，這種建筑結構并沒有得到推廣，其發展十分緩慢。進入二十一世紀以來，我國經濟實現了一個新的跨越，裝配式建筑結構逐漸走進更多人的視野。就國內情況而言，該建筑結構應用較廣的地區有北京上海等。上海的城建置業發展公司最先應用裝配式建筑中的預制混凝土結構進行了浦江大型居住區的建造。

2.3 預制裝配式混凝土結構體系特征

根據裝配化程度的特點，我們可以將裝配式建筑混凝土結構劃分為兩類，一類是全裝配式，另一類是部分裝配式。混凝土結構的剛性程度受到裝配化程度的直接影響，混凝土結構的剛性與所用受力剛件以及節點的剛度有著密切聯系。根據節點的特征，我們可以把混凝土結構的節點連接分為三類：干式連接的鉸接、濕式連接的剛性連接以及柔性體連接。各類連接方式都有各自的特點。干式連接的節點是沒有轉動性能的，主要應用在低層建筑中，其抗震性和抗風壓性能比較差；濕式連接的剛性節點的結構性能與混凝土的框架結構相似，具有轉動剛度，可以用于高層建筑的建筑結構中。另外柔性連接點也有較好的轉動剛度。從上述內容可以看出，不同的節點形式有著不同的特點，其適用領域也有所不同。所以，在實際的結構設計和應用中，要根據實際進行選擇。對于有抗震或者抗壓要求的建筑一定要選擇合適的節點形式，以保證建筑結構的質量。

3 預制裝配式建筑結構的設計

3.1 預制裝配式建筑結構體系設計總方向

預制裝配式建筑作為當前建筑發展的重要前景，在進行設計時有眾多需要注意的地方。根據不同地區抗震要求的不同，以及節能要求上的不同，我們需要設計開發更具適應性的預制裝配式結構。同時還要注意預制效率的提升和預制質量的保障。所以在進行設計時，應該按照從簡單到復雜、從低級到高級的設計發展思路，一步一步推動預制裝配式結構體系的發展。要充分掌握各預制裝配結構的優勢與不足，全面提升施工技術，改變傳統的勞動力投入大，工作周期長的建造形式。另外在不斷完善設計思想的同時，逐步實現各個構件的自動化生產。在這個過程中，要注意預制裝配式建筑的設計比傳統的建筑結構有更高的技術和設計要求，所以相關設計人員一定要充分了解和應用力學知識，熟悉各個結構的特點，在進行設計創新的同時，多多關注本行業的最新動態，以及可以嘗試投入使用新興建造技術，不斷提升預制裝配式建筑結構的安全可靠性能，不斷推動社會的發展。

3.2 預制裝配式框架結構體系的設計

框架結構在施工建設中應用比較廣泛，它具有使用簡單，質量輕便，方便運輸等特征，在高層建筑中的應用獲得了比較廣泛的認可。該結構滿足當前施工建設的發展方向。在該結構的組裝中，預制疊合板以及疊合梁是非常關鍵的。其部件的生產在工廠直接完成，然后在現場進行澆筑和焊接等工作。出于施工質量的考慮，在進行設計時要考慮下面幾個問題。首先，整個結構組成要規則平整，起支撐作用的部分要有足夠的強度和韌性，在使用過程中其承載力要足夠。另外要保證各個梁柱結構軸線的平行。其次，是進行梁與柱之間剛接點交接部位的處理，所建框架要平整穩定，具有足夠的剛性要求，所用混凝土的強度要滿足大于C30。此外，由于建筑所處的環境以及承載力需求的不同，在進行內部構件的焊接時要采取合理的方式。對于彎矩或者扭矩以及承擔剪力等作用，在設計時要分開計算，以保證構件的合理選擇。

3.3 預制裝配式剪力墻結構體系的設計

板結構、梁結構以及剪力墻結構是預制裝配剪力墻結構的主要部分。剪力墻結構體系的設計涉及到混凝土構件組成，疊合板、預制墻板等。在進行預制裝配式建筑結構的設計時，需要根據實際情況和需要在全預制和半預制之間做出選擇。為了保證建筑結構的整體質量，在進行設計時應從下面幾個方面入手。如果是橫墻結構，那么要根據內部結構部件的需要以及墻體側向力的計算結果選擇合適的預制承重墻板或者輕墻面板；其次，在進行豎向的抗側力設計中，要注意把豎向承重鋼筋注漿錨桿和連接口接通在一起；此外，還要兩個方向的動態特性應該盡量接近平面化；最后還要注意在連接結構的設計中保證機械完整連續。

4 結語

總而言之，在我國經濟大發展的時代背景下，我國的預制裝配式建筑有很好的發展機會和前景。作為當前建筑行業發展的主要方向之一，預制裝配式建筑結構體系的設計應該針對當前的不足進行修正，針對當前的需求進行完善，并積極關注該產業的發展新方向。在設計過程中要注重建設施工的總體效益，即要有利于產業進步又要符合當前的綠色發展主體。鼓勵更多的建設單位運用預制裝配式建筑，使得建筑行業獲得更加長遠健康的發展。

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