裝配整體式施工圖深化結(jié)構(gòu)設計要點淺析

溫興宇

【摘 要】裝配式建筑的深化設計不同于傳統(tǒng)建筑設計，強調(diào)通用化、模數(shù)化、標準化。其中結(jié)構(gòu)施工圖除了需要關注傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)施工圖所要求的內(nèi)容，還應將新的深化要求與建筑、設備專業(yè)的要求結(jié)合起來，同時考慮構(gòu)件生產(chǎn)、運輸、施工和運營維護等環(huán)節(jié)，使得圖紙的二次設計能夠達到相應的設計深度與質(zhì)量。

【關鍵詞】裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)施工圖；深化設計

中圖分類號： TU765 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）20-0123-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.053

【Abstract】The in-depth design of assembled monolithic concrete construction drawings emphasizes generalization， modularization and standardization. In addition to pay attention to the requirements of the traditional construction drawings， the construction drawings should be combined with the architecture and equipment， and the components production， transportation， construction and maintenance work should be considered.

【Key words】Assembled Monolithic Concrete Structure； Structural Construction Drawing； In-depth Design

0 引言

2016年國務院明確了未來10年的裝配式工業(yè)化發(fā)展建設任務，我國裝配式建筑行業(yè)進入快速發(fā)展時期，新的裝配式設計方法立足于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)設計理論開始起步。目前，國內(nèi)裝配設計建造形式主要以裝配整體式為主，相關規(guī)范并不完善，對于裝配式結(jié)構(gòu)體系的計算、結(jié)構(gòu)施工圖的繪制均按照《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》（JGJ1-2014）等規(guī)范中提出的“等同現(xiàn)澆”概念進行。具體表現(xiàn)為：結(jié)構(gòu)的計算按照現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計算規(guī)則，采用傳統(tǒng)有限元結(jié)構(gòu)計算軟件計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力與配筋需求；結(jié)構(gòu)施工圖的繪制在原有結(jié)構(gòu)平法制圖的原則上豐富圖紙表達內(nèi)容，新增構(gòu)件在廠房生產(chǎn)的深化圖紙[1]。

裝配式設計的深化體現(xiàn)在施工圖和構(gòu)件生產(chǎn)詳圖兩個階段，目前圖紙深化設計存在以下問題：規(guī)范與標準目前尚未成熟，結(jié)構(gòu)拆分規(guī)定、制圖標準不統(tǒng)一；設計方與生產(chǎn)施工方獨立運營，缺乏相互滲透與融合；建筑、結(jié)構(gòu)與設備等專業(yè)集成度弱，建筑全壽命周期考慮缺乏；設計質(zhì)量低，主要體現(xiàn)為標準化、模數(shù)化、信息化應用程度低；構(gòu)件制造加工能力弱，吊運安裝施工工藝不先進。

1 裝配式結(jié)構(gòu)施工圖深化設計要點

裝配式構(gòu)件生產(chǎn)詳圖的深化設計強調(diào)通用化、模數(shù)化、標準化，需要考慮構(gòu)件的制作生產(chǎn)、堆放運輸、吊裝施工、運營維護以及整個生產(chǎn)施工過程的經(jīng)濟成本等因素，所以就結(jié)構(gòu)方面來講除了完成鋼筋的定位、型號、數(shù)量等基本內(nèi)容，還需考慮建筑、設備專業(yè)的相關要求，如防水做法、開動情況、預埋管線的內(nèi)部碰撞。裝配式構(gòu)件生產(chǎn)詳圖的設計具體為以下幾個過程：前期技術策劃、建筑施工圖設計、預制構(gòu)件拆分方案設計、預制構(gòu)件模板圖、預制構(gòu)件配筋圖、預制構(gòu)件預埋預留圖、預制構(gòu)件綜合加工圖、模具設計圖。

1.1 結(jié)構(gòu)拆分

構(gòu)件的拆分作為施工圖、構(gòu)件生產(chǎn)圖的深化的重點，決定了深化工作的難易與構(gòu)件的類型，同時也對生產(chǎn)施工、管理組織與成本控制產(chǎn)生很大的影響。構(gòu)件拆分工作按照建筑設計“模數(shù)協(xié)調(diào)”進行，盡量減少構(gòu)件類型便于工廠流水生產(chǎn)與堆放運輸，合理的連接點或者接縫處理在減小構(gòu)件制作與施工難度同時又能保證良好的連接性能，使得建筑在使用功能與抗震設防上也具備較好的性能。

在前期策劃，應考慮運輸、安裝等條件對預制構(gòu)件的限制，這些限制包括：構(gòu)件重量、具體尺寸、吊裝機的起重能力、場地存放的條件[3]。預制件內(nèi)的鋼筋設計重點考慮連接可靠性與加工、生產(chǎn)、施工的便利性，要求能提高預制構(gòu)件連接效率、保證節(jié)點錨固抗震需求、滿足鋼筋準確定位的要求、提高機械化加工、便于模具的加工安裝和拆卸、便于制作現(xiàn)場安放與施工現(xiàn)場的安裝。

面板類構(gòu)件如預制外掛墻板、剪力墻、樓板等，拆分內(nèi)容含板片分割、厚度計算、鋼筋排布、端部鋼筋預留設計、設備管線、預埋件、預留孔洞等內(nèi)容，其中剪力墻的拆分設計重點關注構(gòu)造邊緣構(gòu)件和約束邊緣構(gòu)件在結(jié)構(gòu)計算中的具體鋼筋數(shù)目與排放位置，此區(qū)域一般采用后澆完成，可在保證預制鋼筋在構(gòu)件生產(chǎn)與施工階段易于操作且連接可靠的情況下，盡量將預制墻體內(nèi)豎向鋼筋轉(zhuǎn)移到此處，以減少灌漿套筒的數(shù)量而減少成本。桿類構(gòu)件如預制梁、柱，包括長度分割、接合面抗剪設計、端部鋼筋預留設計、縱筋和箍筋排布、擱置長度、管線、預埋件、預留孔洞等內(nèi)容；柱子還應考慮灌漿孔及溝槽等內(nèi)容。其他構(gòu)件如預制樓梯、預制陽臺，考慮鋼筋排布、端部鋼筋連接、預埋件等內(nèi)容。

1.2 生產(chǎn)、吊運、堆放、安裝驗算

在某些情況下，裝配式構(gòu)件的尺寸，尤其是最小厚度、構(gòu)造鋼筋的配置是由其制作、運輸、吊裝階段做決定，所以構(gòu)件的拆分以及鋼筋的布置，同時需考慮其在制作、運輸和堆放、安裝等階段的短暫狀況應可能受到荷載作用而導致的破壞或者破損。為此，預制件在以上階段的強度、剛度與穩(wěn)定性應參照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》等規(guī)范結(jié)合生產(chǎn)和施工經(jīng)驗進行驗算。

1.3 連接設計

裝配式的連接設計主要包括以下方面：水平構(gòu)件與豎向構(gòu)件的傳力連接，如：框架梁柱節(jié)點、剪力墻與疊合板連接、豎向構(gòu)件與基礎頂部連接；水平構(gòu)件預制部分與現(xiàn)澆部分的連接，如疊合板、疊合梁、疊合陽臺等。良好的連接點位置選擇與結(jié)構(gòu)構(gòu)造設計，能夠保證建筑的使用功能，如空間、防水、防火，同時使其具備較好的抗震性能。

目前國內(nèi)裝配式整體式混凝土結(jié)構(gòu)以濕式連接為主，一般采用梁柱節(jié)點現(xiàn)澆的方法，柱子鋼筋穿過節(jié)點預留采用鋼筋套筒灌漿連接技術連接，梁縱筋等水平鋼筋在節(jié)點錨固，同時預制疊合梁端面設置抗剪鍵槽，以抵抗梁端在節(jié)點區(qū)域的較大剪力。以上做法在考慮節(jié)點施工困難的同時強調(diào)節(jié)點處受力鋼筋的連續(xù)性，以確保荷載與地震作用力的傳遞合理明確，最終實現(xiàn)節(jié)點設計強接縫弱構(gòu)件的原則，使裝配式結(jié)構(gòu)具有與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)完全接近的各項性能。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中，節(jié)點及接縫處的縱向鋼筋連接宜根據(jù)接頭受力、施工工藝等要求優(yōu)先選用具套筒灌漿連接。非節(jié)點區(qū)域的預制構(gòu)件與現(xiàn)澆部分的結(jié)合面處，宜采取混凝土粗糙面的做法，如預制疊板、預制疊合梁與現(xiàn)澆層。

此外，對于連接部位的防水設計重點考慮外掛預制墻板。現(xiàn)階段，考慮到地下裝配式防水技術的不成熟與抗震設防中的底部加強區(qū)要求，故地下室與建筑底部1-2層在裝配整體式中均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；而屋面最上層現(xiàn)場疊澆的一層；綜上，地下與屋面防水設計施工現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)一致。外掛預制墻體的防水節(jié)點連接處理一般采用構(gòu)造做法與防水材料結(jié)合的做法，構(gòu)造上采用企口縫、高低縫、排水空腔構(gòu)造，材料上選用耐候結(jié)構(gòu)密封膠，以上連接方式可在建筑施工圖體現(xiàn)，但構(gòu)件生產(chǎn)圖亦將其具體構(gòu)造做法結(jié)合預制外墻是否承重、承重固定連接方式、連接處預埋件設置、外墻體保溫材料布置等多個因素結(jié)合起來思考。

1.4 建筑信息化等新技術的引入

隨著建筑信息化的發(fā)展，目前國內(nèi)大量構(gòu)件生產(chǎn)深化設計均采用BIM手段，具體流程如下：確認設計院圖紙與深化設計標準-構(gòu)件拆分設計-BIM信息化模型建立-模型校對審核-深化設計出圖[4]。BIM可以整和各專業(yè)設計信息進行二次設計，在構(gòu)件深化設計及出圖環(huán)節(jié)依托建筑信息化模型建設、族的設立、修改的同步性節(jié)省大量勞力和工程時間的同時帶來更高的設計精度與質(zhì)量。

同時RFID（無線射頻）等技術[5]在構(gòu)件制作中的引入可提高預制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)控制效率，將構(gòu)件的深化設計信息與制作檢查驗收聯(lián)系起來，也為日后的運維提供更信息化、更便利的檢測維護手段。

2 結(jié)論與展望

新的裝配式深化設計方法是在傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)設計理論的基礎上開始探索起步的，尤其是結(jié)構(gòu)設計方面，由于采用了“等同現(xiàn)澆”的原理，所以其深化設計承接卻異于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計，形成一個新的“二次”設計階段，但隨著新的信息化技術的引入，勢必將原本分割的兩個設計階段融合起來，使設計既能滿足工業(yè)化構(gòu)件生產(chǎn)要求，又能滿足現(xiàn)場施工要求，更滿足建筑的使用功能與抗震要設防求。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計理論因具有大量理論推導與實踐證明，仍值得借鑒，但深化階段相應的建筑信息化手段值得關注。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國行業(yè)標準.裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程（JGJ1-2014）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]中華人民共和國行業(yè)標準.建筑抗震設計規(guī)范（GB50011-2010）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]張波.裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程[M].北京：北京理工大學出版社，2016.

[4]侯本才，馬文文，郭瑞峰，王奇龍.建筑工業(yè)化深化設計與工程實踐[J].施工技術，2016，45（10）：38-41.

[5]滕巖，王艷艷，李志光，曹海洋.裝配式混凝土建筑水平構(gòu)件的深化設計及應用[J].建筑技術，2017，48（10）：1085-1087.