探析裝配式建筑結構的設計要點

文/張利偉 北京東方華太建筑設計工程有限責任公司 北京 100143

1、裝配式建筑的特點分析

裝配式建筑是建筑技術快速發展的產物，與傳統混凝土建筑相比，裝配式建筑具有非常突出的優勢。第一，具有非常優良的節能效應。裝配式建筑具有綜合能耗低、建造過程節能、墻體高效保溫、門窗密閉節能、使用新能源以及節能型產品等特點。第二，能夠有效減少對水資源的依賴。在傳統建筑施工過程中，土建施工是非常重要的內容。與此同時，土建施工對于水資源的依賴性比較強，尤其是在混凝土攪拌、水泥攪拌或者涂抹等過程中可能會造成比較大的水資源浪費。但裝配式建筑在實際施工過程中，配件來源于工廠流水線，安裝人員僅僅需要按照設計方案來進行科學裝配即可完成，對于水資源的依賴性比較低，甚至還能夠在很大程度上保護水資源。第三，能夠在很大程度上節約建筑材料。裝配式建筑的各類型配件在生產過程中具有嚴格的質量管控以及設計精度，能夠整體提升相關建材的利用效率，同時能夠有效減少對建材的不良消耗。第四，施工效率比較高，可以有效縮短建筑工期。與傳統建筑相比，裝配式建筑具有很好的節能效果。依托工業生產的規模化生產，需要大型建筑配件裝配生產。施工人員只能按規范進行組裝，不能與傳統建筑進行同聲傳譯和復雜化。

2、裝配式建筑結構設計要點分析

2.1 設計流程要點

在設計過程中，除了原有的設計內容外，還增加了新的設計要求。在方案設計過程中，設計人員應熟悉項目的規模和成本控制要求。建筑結構選型應嚴格按照有關文件的要求進行。剪力墻、柱等構件的連接及位置應合理設計。例如，剪力墻的相對尺寸應滿足預制構件的設計要求。在預制構件的設計過程中，設計人員需要與施工單位共同確定設計和施工細節，共同討論技術實施方案，為后續設計提供有效的參考。在施工圖設計環節，設計人員在進行結構設計時需要熟悉裝配式建筑的構件生產等方面的技術要求，在設計施工圖時要依據受力合理等原則合理選擇預制構件的類型，并且協調好其與管線預埋的設計要求。在結構深化環節，設計人員要注意與加工廠積極聯系，雙方共同設計構件加工圖紙，必要時還需要進行構件脫模，并考慮吊鉤等工件的預留。

2.2 預制構件的設計與拆分

預制構件在設計時應該根據生產單位的工藝水平合理設計其尺寸，最大限度地減少尺寸誤差，盡量避免因尺寸未達標而產生的質量問題。同時，設計師還需要根據施工單位的提升水平等因素進行設計。一些單位對預制構件進行拆分，主要是為了降低施工成本。為了工程造價控制的需要，一些施工單位對預制構件進行拆分，以保證施工順利進行，優化施工工藝，使節點設計更加科學。建筑在施工和后續使用過程中，會受到人為因素、自然因素和特性因素的影響，建筑的可靠性和安全性也是行業和用戶最重要的指標之一，因此必須保證預制建筑結構的安全。拆分預制構件是為了進一步把握裝配式建筑主體結構受力情況，也是為了了解預制構件的承載能力。例如在裝配式混凝土結構時，要確定現澆與預制的范圍，要明確結構構件的拆分位置、構件之間的拆分位置，同時要明確后澆區與預制構件之間的關系。在進行結構拆分時，應該根據實際情況盡可能地減少構件規格，要考慮結構是否合理，要對相鄰構件的拆分進行了解，要合理選擇構件接縫位置。

2.3 構造節點的設計

裝配式建筑門窗等防水性能較差部位的構造節點應該加強構造節點設計，在設計時應該根據項目工程所在氣候區、地理區域進行設計，滿足建筑物防水的需求。例如，預制外墻板水平縫可以采用高低縫提高防水性能。在設計時，當裝配式建筑物不考慮抗震要求時，結構的主要荷載為風荷載，風荷載作用時結構大多處于彈性狀態，故而構造節點設計一般僅需滿足內力要求。當建筑物需要考慮抗震要求時，建筑物結構的主要荷載為地震荷載，若地震荷載過大則結構極有可能進入塑性狀態，因此構造節點設計在前者的基礎上還有著特殊設計要求，即要根據構造節點極限承載力設計，要考慮到構建塑性時的局部穩定情況，要保證梁塑性時的側向穩定。為了盡可能防止梁發生側向彎扭失穩，在設計受彎構件塑性區時，應該根據兩相鄰支撐點間的間距、受壓翼緣的寬度設置側向支撐點。在結構節點設計中，也要使節點結構簡單，便于定位和調整。在鋼結構節點設計中，應注意避免厚鋼板的層狀撕裂。同時，節點寬度應考慮地震荷載和風荷載的影響。在節點設計過程中，設計人員必須注意不同連接節點的安全性能和受力情況，并能根據不同的連接方式采用不同的技術要求。

2.4 框架結構體系的設計

框架結構體系在所有的建筑結構體系中應用最為廣泛，大多被應用于高層建筑中，因此框架結構體系的設計必須引起我們的重視。在設計框架結構體系時，要注意“剛柔并濟”，若結構太柔則容易出現變形現象，若結構太剛則容易出現局部受損等情況。在設計時，還需要分清主次，要分清各部分構件的重要性，要盡可能確保重要構件在意外發生時不會垮塌、發生破壞，盡可能避免造成嚴重的后果。在設計時，倘若建筑布局不合理、較為混亂，則應該根據現有的布局設計框架體系結構，當建筑布局為啞鈴狀時，中間部位結構的板厚應該增加厚度，調整配筋。倘若地下水位偏高時，應該注重框架體系的防水性能設計。對于地下室，混凝土結構應具有較強的抗滲性，配置混凝土材料時應按一定比例加入膨脹劑。框架結構體系建筑長度難以滿足伸縮縫間距要求時，應增加配筋率，或調整保溫措施。當預制房屋梁截面過大時，設計人員應仔細計算變形和配筋率，必要時采取加固措施。在出入口護欄的設計中，應增加結構柱，并對其進行密實化。

結語：

鑒于裝配式建筑所具有各項優勢，各工程建設單位要加大對該種建筑結構設計的研究力度。在明確預制構件優點的前提下，科學分析結構設計要點，確定預制構件、造價控制和立面設計的具體開發方法和要點。要通過結構體系的合理設計，確保建筑結構總體設計方案的質量，為后續工程施工提供可靠的施工依據和施工指導，確保預制構件的優勢在工程建設中得到充分發揮，為建設單位取得更大的經濟效益和社會效益。