預制裝配式建筑的結構體系與設計

劉芳 郝昌閣

中核新能核工業工程有限責任公司 山西太原 030012

隨著當前社會經濟建設進程的不斷加快，人們對建筑行業提出了更高的要求。為了適應不斷變化的社會環境，預制裝配式建筑結構體系應運而生，由于其具有較高的建設質量以及高效的施工速度，目前在建筑行業中備受青睞。近年來，預制裝配技術在小型別墅和高層建筑的建造領域應用較多，并且在世界范圍內，建筑工業化進程的推動也是備受人們關注的話題之一。

1 預制裝配式建筑特點

1.1 成本較低

在傳統的建筑工程項目中，施工環節往往會需要耗費大量的人力、物力資源，并會涉及較為龐大的資金投入，因此在建筑工程施工過程中，加強對于資金的合理運用是各個建筑企業需要重點考慮的問題。而預制裝配式建筑在施工過程中，所采用的構件都是使用預制件的方法進行提前加工和制造，在提高了建筑安全性與穩定性的同時，也在很大程度上降低了工程的成本投入[1]。

1.2 施工高效性

傳統的建筑工程項目在施工過程中，需要耗費的時間較長，且在工程建設完成之后，一般需要1-2個月的時間來對其進行修飾。而預制裝配式建筑在相應施工技術的支持下，對于建筑工程項目的封頂及墻面安裝都能在很大程度上縮短工期，進而實現施工效率的提高。

2 預制裝配式建筑結構體系設計策略

2.1 框架結構設計

該結構體系是現在應用較多的預制裝配式結構形式，這是由于不同于預制裝配形式的剪力墻結構，該結構體系比較輕，運輸難度小。在設計使用該類結構體系時，預制疊合板及預制疊合梁等框架結構構件需要在工廠內進行生產，運輸到現場之后，還需要通過現澆的方式處理節點及梁端鍵槽，對框架結構中的柱構件，必須充分結合項目的實際情況及需求來選擇預制方式或現澆方法。在進行結構設計時：柱混凝土、預制框架柱底及基礎梁結構的強度等級需要維持在C30以上；結構平面需保持規則，梁柱中心線不僅需要處于一個相同的豎向平面之中，同時縱橫向框架柱需保持對齊；設計梁柱交接部分的框架節點時需考慮使用剛節點；在對預制梁柱接頭區域進行焊接施工時一定要保證焊接質量；在設計過程中需要重點處理連接構造中的各個預埋件[2]。

2.2 剪力墻結構設計

在此階段要重點分析受力情況，上部荷載通過疊合板傳遞至剪力墻，然后剪力墻逐層往下傳遞，最終傳遞至基礎筏板。在進行受力計算時，首先要確定所有的剪力墻構件是否都要進行預制現場裝配，然后根據確定好的構件數量及布置情況進行力學計算，看是否能夠滿足荷載的要求。還要進行適當的放大考慮，在其極限荷載的情況下考慮預制及安裝過程中的質量問題，這樣才能有效保證結構受力要求；豎向的荷載設計完成后要計算結構的橫向抗側力，盡量選用動力特性相同的構件形式作為橫向構件，這樣可以保證建筑的橫向剛度；在裝配式建筑設計中需要重點注意的是結構的受力節點不能選在結構薄弱的位置，如預制剪力墻構件的根部應進行加寬設計，避免豎向拼接的位置正好出現在結構的強受力區，這樣對結構的連接質量要求過高，很難保證構件連接滿足受力要求。

2.3 混凝土結構設計

預制裝配式建筑混凝土結構設計是整個工程建筑設計施工的重中之重，直接影響整體建筑的質量，如果混凝土結構出現質量問題就必然會影響框架剪力墻結構的安全和穩定性。因此，在進行混凝土結構設計時，首先，選擇合理的施工材料，加強對材料質量的檢驗控制。其次，注意澆筑攪拌時間的控制，避免水泥水化反應不充分而影響混凝土構件性能。在本工程這棟高層建筑施工設計中，采用傳統預應力處理方式需要以混凝土結構截面內外預應力為基礎才能提高總預應力效果。但傳統預應力處理會對管道造成傷害而降低預應力。為提高混凝土結構的強度，采用體外預應力處理方式，即應用鋼筋在混凝土中的截面提供外來預應力可有效降低磨損度。將該技術應用到混凝土結構設計中不僅可提高工程施工質量，還能保證施工的效率。在進行混凝土結構實際施工時除了要控制材料質量外，還要注意混合材料配制時設計比的合理設置，要求所配置的混合材料必須符合混凝土工程施工要求。此外，要做好施工簽訂模板清理和檢查工作，及時清除模板中的雜物。最后，在施工結束后要注意保養維護，安排專門人員負責，對混凝土結構表面的溫度、裂縫等問題進行巡查并采取針對性的處理措施，同時采取灑水降熱的措施來提升混凝土結構的穩定性[3]。

2.4 抗震結構設計

研究人員提出的裝配式整體預應力板柱體系，可分為整塊板與多塊板，后者，不僅能夠減少預制板尺度與重量，還可為吊裝作業提供便利。相關人員需在安裝構件過程設置斜撐來提高預制裝配式建筑結構體系的穩定性。在抗震性能方面，由于預制裝配式混凝土結構僅與受力構件剛度、節點剛度有關，因此，抗震性能與設計控制關系應從節點類型入手。具體來說，因節點不同，預制裝配式混凝土結構可分為三種，即干式連接鉸接連接節點、柔性連接節點以及濕式連接剛性連接節點。其中干式連接節點無轉動剛度，只適用于承擔豎向載荷，無需考慮抗震設防且風壓小，主要用于低層建筑。柔性連接節點，處于鉸接連接節點與剛性連接節點之間，雖存在轉動剛度，但缺乏取值依據。濕式連接剛性連接節點，其轉動剛度與現澆混凝土梁柱節點接近，所以，在力學性能上與現澆混凝土框架結構相似，適用于所有預制裝配式建筑結構。由于不同節點型式的剛度與能耗性能存在差異，因此，結構設計需針對節點連接技術設計相應的力學與抗震性能。

3 結語

綜上所述，預制裝配式建筑具有施工周期短、綠色環保、對環境影響小等優點，為了使該建筑結構體系的優點能充分發揮出來，在結構設計時一定要進行優化，針對不同的結構形式采用不同的設計方法，確保設計質量，促進預制裝配式建筑在我國的應用，推動我國建筑行業的發展。