裝配式鋼筋混凝土結構設計流程分析研究

文/劉志軍 哈爾濱市建筑設計院 黑龍江哈爾濱 150010

近年來，預制裝配式鋼筋混凝土結構（簡稱PC 結構）在全國各地出現了快速發展的局面。預制裝配式建筑可以有效地節約資源和能源，提高材料在實現建筑節能和結構性能方面的效率，減少現場施工對場地和環境條件的需求，減少建筑垃圾和施工對環境的不良影響，提高建筑功能和結構性能，可以有效實現“四節一環保”的綠色發展要求，實現低能耗、低排放的建造過程，促進我國建筑業的整體發展，實現預定的節能減排目標。而裝配式建筑中設計環節是發展裝配式非常重要的一個環節，裝配式建筑設計要做到安全適用、技術先進、經濟合理、質量可靠。基于此，本文從裝配式鋼筋混凝土結構設計的特點出發，探討裝配式鋼筋混凝土結構設計流程。

1、PC 結構設計內容概述

1.1 方案設計主要內容

PC 結構設計，最好是在建筑方案設計階段即能介入配合，就能充分考慮預制裝配式建筑的特點，做到少規格、多組合，盡量標準化、模數化，從設計源頭開始就體現出工業化優勢和節省造價。

（1）平面分析：盡量統一柱網尺寸及大小，提高構件重復率可以大大減少模具成本，提高構件生產效率及現場施工效率，進一步縮短工程建設工期。

（2）立面分析：考慮到立面線條大樣及屋頂女兒墻構架的造型復雜對裝配式外周圈梁及預制外墻的影響以及采用預制外掛墻板的可能性，立面應盡量簡潔，以減少預制難度或安裝連接難度并能降低混凝土總量。

（3）預制方案確定：結合當地對預制率要求的相關規定，確定合適的預制方案。項目在制定預制混凝土構件的優先順序為：預制樓板→預制樓梯→預制陽臺板→預制空調板→預制內墻（輕質隔墻）→預制梁→預制墻柱。

1.2 初步設計主要內容

裝配整體式混凝土結構等同普通鋼筋混凝土現澆結構，可采用與普通鋼筋混凝土現澆結構相同的方法進行結構分析。PC 結構初步設計主要內容有：

（1）確定連接方式：要確定預制構件與現澆構件以及預制構件與預制構件之間合適的連接方式。如預制疊合板之間是采用密拼方式，還是后澆連接方式；樓梯與梯梁之間是采用鉸接還是滑動連接；預制梁與預制梁之間是采用牛擔板連接，還是企口后澆連接（或是盡量避免預制梁與預制梁的連接，而采用預制梁與現澆梁的連接方式）；預制內隔墻之間及其底和頂與主體結構的連接方式等。確定連接方式后，要根據連接方式對連接節點進行計算，以滿足相關規范要求。

（2）確定預制構件尺寸：結合主體結構計算，適當優化調整平面布置，與預制構件設計合理匹配，并綜合考慮吊裝、運輸、堆放等要求，基本確定預制構件的尺寸，并進行平面拆分。

（3）確定預制率：根據確定的預制構件尺寸及主體和維護結構，計算確定預制率。

1.3 深化設計主要內容

這是PC 結構設計中最關鍵的環節，也是PC 結構特有的設計階段。深化設計應結合建筑、結構和設備等專業的施工圖，以及構件制作、運輸、堆放、施工等各環節的要求進行深化設計，是一個全局的設計，是精細化設計階段。在深化設計階段，要對預制構件尺寸進行精細的統一，要充分考慮各預制構件的邊界條件（如周邊結構構件情況、孔洞、設備預埋等）；同時，預制構件的配筋也不能簡單地采用現澆結構計算的結果，要考慮由于施工方式改變的影響，以及工廠預制脫模、翻轉、吊裝、運輸、堆放等工況引起的配筋加強。在深化設計階段，設計要全面考慮生產預制、堆放、運輸、吊裝各過程中的所有環節和要素，確保最終順利安裝施工。避免由于微小的失誤，引起同一批預制構件的不合格，造成損失。

（1）在PC 結構深化設計階段主要設計內容有：①各層預制構件布置圖及數量統計；②構件模板圖：應表示構件尺寸、預留洞及預埋件位置、尺寸，預埋件編號、必要的標高等；③構件配筋圖：縱剖面表示鋼筋形式、箍筋直徑與間距，橫剖面注明斷面尺寸、鋼筋規格、位置、數量等；

（2）在PC 結構深化設計階段應驗算以下內容：①預制構件脫模、翻轉、堆放、運輸、吊裝、吊運、安裝擱置、翻轉等驗算；②疊合梁板施工階段承載力及支撐架驗算；③疊合次梁企口和主梁挑耳、缺口驗算；④疊合次梁牛擔板和主梁開槽驗算等。

2、PC 結構設計流程

2.1 常規設計階段

常規設計階段，主要是針對傳統常規建筑設計而言。傳統常規建筑設計，一般從方案設計開始，經過初步設計（一般工程可不需要初步設計）、施工圖設計、到施工圖審查通過結束。對于裝配式建筑，同樣需要經過這些流程、需要配合送施工圖審查，直到審查通過。在本探討中，筆者將裝配式建筑從方案設計直到施工圖審查通過這一階段稱為“常規設計階段”。

2.2 認定階段

根據規定，裝配式建筑在施工圖審查合格后，需向設區市建設主管部門提交工業化建筑（設計階段）認定申請，提交的材料主要有（各地市規定可能有細微區別）：

（1）地區工業化建筑認定申請報告（設計階段）；

（2）土地出讓合同（出讓方案）、用地規劃許可證；

（3）施工圖設計文件審查合格書、報告書；

（4）經審查合格的施工圖設計文件；

（5）BIM 一體化設計技術應用報告；

（6）預制率計算書；

（7）主體結構計算結果及預制構件相關驗算結果；

（8）相關承諾書；

（9）匯報PPT。

建設主管部門會在申請材料提交后組織專家進行工業化建筑認定評審會，最后出具認定意見書。

2.3 深化設計階段

在通過建設主管部門組織的工業化建筑（設計階段）認定評審會，即可按照通過專家認定的裝配式方案，按要求進行預制構件深化設計，將相關預制構件深化設計圖提交給預制構件廠進行生產。

本文從裝配式鋼筋混凝土結構設計的特點出發，總結出裝配式鋼筋混凝土結構設計3 階段設計流程、相應的工作內容及質量控制措施，可供從事裝配式建筑設計及相關從業人員參考借鑒。