裝配式建筑的設(shè)計方法概述

張志全

湖南東方紅住宅工業(yè)有限公司 湖南 長沙 410006

1 概述

伴隨著1999年國務(wù)院發(fā)布72號文件《關(guān)于推進住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，提高住宅質(zhì)量的若干意見》，各地推進裝配式建筑的政策陸續(xù)發(fā)布，極大的促進各地裝配式建筑的發(fā)展。盡管近年來國家的規(guī)范、圖集陸續(xù)發(fā)布實施，但在項目實施過程中，因項目參與單位長期以來設(shè)計實施傳統(tǒng)混凝土建筑形成的思維慣性，裝配式建筑設(shè)計方法跟不上裝配式建筑的發(fā)展，甚至最終設(shè)計結(jié)果不利于裝配式建筑的生產(chǎn)與實施，本文將介紹裝配式建筑的設(shè)計方法。

2 設(shè)計方法

裝配式建筑與傳統(tǒng)混凝土建筑不同，裝配式建筑是工廠內(nèi)生產(chǎn)預(yù)制墻板、預(yù)制樓板、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺等構(gòu)件，然后運到項目現(xiàn)場拼裝，澆搗混凝土，使預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆部分形成整體建筑。裝配式建筑設(shè)計有個明顯的特征“技術(shù)前置”，相對于傳統(tǒng)混凝土建筑的建造方式而言，約束條件更多、更復(fù)雜，對設(shè)計也提出了更高的要求，建筑設(shè)計需從策劃階段介入，必須考慮項目的造價和經(jīng)濟效益、預(yù)制構(gòu)件廠的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模、運輸?shù)缆非闆r、項目施工組織和施工總平面布置情況。裝配式建筑設(shè)計力求功能布局方便合理、結(jié)構(gòu)規(guī)整受力簡明，在適應(yīng)預(yù)制構(gòu)件的技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，應(yīng)采用“一體化”、“標(biāo)準(zhǔn)化”、“模塊化”、“通用化”、的設(shè)計方法，應(yīng)遵循少規(guī)格、多組合的原則，在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的基礎(chǔ)上實現(xiàn)系列化和多樣化。減少預(yù)制構(gòu)件種類，提高相對應(yīng)模具的重復(fù)利用率，為構(gòu)件工廠與項目現(xiàn)場的降耗提效提供便利[1]。

3 總圖設(shè)計階段

裝配式建筑總圖設(shè)計除了功能布局方面的考慮，還需考慮到項目施工組織和施工總平面圖布置情況，譬如吊裝機械的選擇與布置，構(gòu)件運輸車輛的出入口與運輸?shù)缆返脑O(shè)置，預(yù)制構(gòu)件的存放場地等問題。正確處理好預(yù)制構(gòu)件的吊裝、運輸和堆放的關(guān)系，有利于充分發(fā)揮吊裝機械的效能。

設(shè)計中應(yīng)考慮到項目選用的吊裝機械選用的是塔吊，還是起重機；吊裝機械的起吊重量預(yù)制構(gòu)件的重量相匹配；吊裝機械的工作半徑是否覆蓋建筑物與構(gòu)件存放場地。塔吊的布置一般沿建筑縱向一側(cè)布置。起重機的行進線路一般沿建筑縱向一側(cè)或兩側(cè)布置[2]。

設(shè)計中需考慮到構(gòu)件運輸車輛的交通流線組織，構(gòu)件存放場地的位置，一般考慮設(shè)置在吊裝機械的工作半徑內(nèi)，盡量避免吊裝機械的空駛，減少空轉(zhuǎn)時間提高效率。項目現(xiàn)場宜設(shè)置環(huán)形車道，構(gòu)件車裝卸構(gòu)件不應(yīng)占用車道妨礙通行。構(gòu)件車通行道路及構(gòu)件存放場地應(yīng)平整、堅實，設(shè)置適當(dāng)防排水措施。構(gòu)件車通行道路宜使用永久性道路節(jié)約施工便道的措施費，路幅應(yīng)為4～6m，轉(zhuǎn)彎半徑宜為12m。

4 建筑單體設(shè)計階段

如果說總圖設(shè)計階段只是關(guān)系到項目現(xiàn)場管理組織是否有利，是否便于提高施工效率的話，單體設(shè)計階段則直接關(guān)系到項目關(guān)系到生產(chǎn)效率、建造成本是否可控，關(guān)系到是否能用裝配式建造方式，而對時下開展比較多的EMPC項目來說，則關(guān)系到是否能成功拿下項目。

裝配式建筑的單體設(shè)計除了應(yīng)滿足使用功能、審美的要求外，還應(yīng)采用“一體化”、“標(biāo)準(zhǔn)化”、“模塊化”、“通用化”的設(shè)計方法，應(yīng)遵循少規(guī)格、多組合的原則，提高建設(shè)效率及控制建造成本。

“一體化”設(shè)計，在平面布局中應(yīng)留有足夠的靈活性，使平面布置能適應(yīng)建筑全壽命周期的使用需求，滿足使用者不同時期不同需求，同時滿足建筑經(jīng)營業(yè)態(tài)的調(diào)整；“一體化”設(shè)計，要求建筑設(shè)計師要有結(jié)構(gòu)設(shè)計，工藝設(shè)計的意識，要充分考慮到結(jié)構(gòu)布局和構(gòu)件生產(chǎn)。

“標(biāo)準(zhǔn)化”、“模塊化”的設(shè)計，則要求建筑設(shè)計師要意識到一個個空間單元組成的，這一個個的空間單元是可以做到標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化的，而標(biāo)準(zhǔn)化的空間單元則是由有限的幾個構(gòu)件拼接組合的。這樣做將極大降低工藝設(shè)計的工作量及設(shè)計管理難度，降低工廠生產(chǎn)、管理的難度，減少模具種類，降低模具攤銷，提升生產(chǎn)效率，降低成本，同時也減少了各環(huán)節(jié)出錯的概率。如果“標(biāo)準(zhǔn)化”、“模塊化”的空間單元，“標(biāo)準(zhǔn)化”的構(gòu)件，能在不同的時間，不同項目的中運用，實現(xiàn)“通用化”，那些原來規(guī)模小不適宜采用裝配式建造方式的建筑就能選用裝配式建造方式了。常用框架結(jié)構(gòu)的公共建筑像的賓館、寫字樓、醫(yī)院護理單元，中小學(xué)教室的標(biāo)準(zhǔn)單元大部分是能“標(biāo)準(zhǔn)化”的，是能做到“通用化”的，而住宅類建筑雖說不想公建那樣規(guī)整，但也是能做到能做好的，業(yè)內(nèi)最優(yōu)秀的房地產(chǎn)開發(fā)商甚至完成這一步了實際運用“標(biāo)準(zhǔn)化”、“通用化”的設(shè)計有些年頭，而且因為戶型平面布局功能合理，結(jié)構(gòu)布置簡明，當(dāng)同樣的平面在用裝配式技術(shù)建造時，也相當(dāng)適宜。

裝配式建筑的立面造型設(shè)計是裝配式建筑功能、建筑構(gòu)造和建筑美學(xué)的統(tǒng)一體，同樣需要“標(biāo)準(zhǔn)化”、“模塊化”的設(shè)計方法，立面造型設(shè)計通常可以從“色彩、材質(zhì)”、“平面形式構(gòu)成”、“體塊組合”三方面入手。“色彩、材質(zhì)”可選用的做法很多，常見的有外墻涂料做法，瓷磚反打，石材反打，清水混凝土，塑性混凝土、硅膠摸反打仿石材等藝術(shù)混凝土做法。“平面形式構(gòu)成”，通過不同色彩，不同材質(zhì)，不同質(zhì)感的材料拼接組合，配合GRC線腳或玻璃、鋼構(gòu)件材料等實現(xiàn)豐富的立面。“體塊組合”則是通過建筑的體塊穿插組合，實現(xiàn)粗獷有力的造型及豐富的光影效果[3]。

5 案例分析

5.1 某公租房項目

該項目位于湘西洲吉首市乾州街道，總建筑面積12wm2，由10棟住宅樓（其中7棟板樓，3棟塔樓），2棟商業(yè)裙房組成。該項目住宅樓為二類高層住宅，采用預(yù)制剪力墻體結(jié)構(gòu)體系，商業(yè)裙房采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。總圖設(shè)計階段，整個小區(qū)采用環(huán)形車道，兼顧消防車道、構(gòu)件運輸?shù)缆放c施工便道的用途。平面設(shè)計階段，我們秉承“人性化”、“高質(zhì)量”的設(shè)計理念，采用“標(biāo)準(zhǔn)化”、“模塊化”、“通用化”的設(shè)計方法。板樓戶型，在60m2建筑面積的限定下做出結(jié)構(gòu)規(guī)整、功能合理、戶型人性的南北通透的兩室兩廳；塔樓戶型，在采光面允許的情況下做出塔樓四角做出60m2兩室兩廳戶型，只有單面采光的戶型做成34-45m2的酒店式公寓戶型。板樓的中間戶型、山墻戶型、樓電梯間各自成“模塊”，在不同的地塊中，中間戶型“模塊”可根據(jù)用地大小，住宅的擺放增減“模塊”，根據(jù)用地容積率、限高要求的不同，可通過鋼筋規(guī)格尺寸的調(diào)整實現(xiàn)不同的建筑高度。立面設(shè)計階段，采用不同“色彩”的涂料及GRC線腳實現(xiàn)多變的立面造型。

圖1 板式戶型平面

圖2 土家族風(fēng)格效果圖

圖3 現(xiàn)代風(fēng)格效果圖

圖4 徽派風(fēng)格效果圖

5.2 萬科云城一期03地塊（3級標(biāo)題，小四號、黑體）

該項目位于深圳市留仙洞新興產(chǎn)業(yè)總部基地，總建筑面積33.4wm2，由6棟高層寫字樓（裝配式建筑面積約28wm2），商業(yè)裙房組成。該項目為高層公共建筑，采用內(nèi)澆外掛框架結(jié)構(gòu)體系，商業(yè)裙房采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。雖然6棟寫字樓外形不一，但通過統(tǒng)一柱網(wǎng)開間、層高的標(biāo)準(zhǔn)化，使得外墻構(gòu)件、外墻部分的粱尺寸得到統(tǒng)一。作為裝配式建筑面積達數(shù)十萬m2的項目外墻構(gòu)件簡化到只有柱網(wǎng)間的“標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件”與“轉(zhuǎn)角構(gòu)件”，提高構(gòu)件的重復(fù)率和模具的周轉(zhuǎn)率，降低了構(gòu)件的生產(chǎn)難度和成本，對預(yù)制構(gòu)件廠、施工企業(yè)和開發(fā)商降低管理難度、提升生產(chǎn)效率的幫助無疑是巨大的。