裝配式建筑的發展與應用分析

錢翔宇

摘要：建筑業始終作為我國國民經濟支柱產業，與發達國家不同，我國的建筑施工，一直以現澆、現砌、現砸為主。比如：現場澆筑樓板、現場澆筑屋頂、現場澆筑剪力墻墻體、現場綁扎鋼筋、現場砌筑墻體等等，從而導致生產效率低下，污染空氣嚴重，施工周期較長，受季節天氣的束縛因素較多。而實現建筑生產制造工業化，大力發展污染少、周期短、不受季節天氣等因素影響的裝配式建筑，已成為我國建筑業發展的必然趨勢。

關鍵詞：裝配式建筑;裝配式建筑設計;PC設計。

所謂裝配式建筑，就是各種構件組裝而成的建筑，經工廠生產出來構件和配件后，現場組裝拼接而成。從工廠制作到現場安裝，僅僅兩個步驟。和傳統的建筑施工相比，省去了購買原材料、現場配比材料等環節，而工廠配件、構件的模塊化生產、標準化生產，使施工的速度增加，對現代化的建筑業發展意義重大。

1 裝配式建筑的發展

受政府推廣影響，裝配式建筑在我國各地區迅速得到了推廣，從大面積的標準住宅小區到小面積的標準住宅小區。從居住建筑到辦公建筑，再到商業、工業建筑、體育文化建筑等等，各種各樣類型的建筑都在朝著裝配式的方向發展。

2 裝配式建筑結構形式

裝配式建筑常見有兩種結構形式：裝配式鋼結構、裝配式混凝土結構，而我們通常說的裝配式結構，英文Prefabricated? Concrete? Structure，是裝配式混凝土結構的簡稱，又簡稱為PC。

裝配式鋼結構，我們通常稱之為鋼結構，由鋼制材料組成的結構，是主要的建筑結構類型之一。鋼結構主要由型鋼和鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構件組成，因其自重較輕，且施工簡便，廣泛應用于大型廠房、各類場館、超高層建筑等領域。

裝配式混凝土結構，是以預制構件為主要受力構件經裝配連接而成的混凝土結構，是裝配施工工法的體現。裝配式混凝土結構是我國建筑結構發展的重要方向之一，之前傳統的現澆結構建筑，都在轉變為裝配式結構建筑，目前大范圍應用于高層住宅、高層辦公樓、大型商場、標準化廠房等等。

3 裝配整體式框架結構市場應用：

裝配整體式框架結構，是裝配式混凝土結構的一種表達形式，是一種預制與現澆相結合的形式，也就是先安裝法，從在編的國家行業標準《裝配式混凝土結構技術規程》內容來看，國內裝配式的發展方向是裝配整體式結構，國內眾多企業在裝配式技術的發展趨勢也與此相符，比如長沙遠大地產集團都經歷了從學習“日本工法”開始，后來逐步轉變為“香港工法”，從而走向成熟運用。

所謂“日本工法”也就是后安裝法。即：待房屋的主體結構施工完成后，再將預制好的PC構件作為非承重結構安裝在主體結構上。所謂“香港工法”就是先安裝法，即：在進行建筑主體施工時，把PC構建先安裝就位，再用現澆的混凝土將PC構建與現澆構件連接為整體的結構。我國大部分建設集團也都采用了“先立墻、后澆筑”的先安裝法的施工工藝，走的也是裝配整體式結構的道路，這些用先安裝工法建造的裝配式建筑，其性能與傳統工藝建造的建筑基本沒有區別。

4 裝配式建筑設計案列分析：

我們以上海莘利橡塑制品廠-汽車橡塑零配件產業化項目為例，本項目層數為地上五層，地下一層。因地下一層為地下車庫，為合理布置車位，大部分的柱網都是采用8.4*8.4米標準柱網來設計，設計任務書規定本案列不低于40%的裝配率。經過模型計算分析后，滿足裝配率的前提下，地下一層和地上一層采用現澆設計，地上二層到五層采用裝配式設計。

建筑的可預制部位包括樓板、墻體、樓梯、柱子、梁等等，由于項目的為一性，需要我們對項目可預制部位進行分析，分析哪些部位適合預制，哪些部位適合現澆。

墻體——在建筑中墻起到的圍合、分割的作用，從結構上分析，有承重墻和非承重墻之分;從布局上分析，有內墻和外墻之分;從抗震角度分析，有剪力墻和普通墻之分;本項目為框架結構，無比較復雜的抗震剪力墻，都是普通磚砌墻體，現場磚砌起來也比較簡單，所以本項目墻體也采用現場磚砌的方式。

樓梯——是建筑中垂直交通工具的一種，即是上下層聯系的交通工具，也是疏散安全出口的作用。從形式上來講，有單跑樓梯、雙跑樓梯、多跑樓梯、剪刀樓梯等多種形式，本案列樓梯無復雜的多跑樓梯、剪刀樓梯的形式，全部采用雙跑樓梯的形式，因各單體使用性質不同，樓梯的尺寸規格要求也不同，加上數量也不多，如選擇預制樓梯構件，就起不到快速大批量生產的目的，所以本案列樓梯選擇現澆方式。

樓板——在建筑中起到分割樓層的作用，主要是承受水平方向的豎直荷載，是墻、柱水平方向的支撐及聯系桿件。本案列樓板總面積不大，但樓板上要開設的設備管線洞口較多、點位尺寸也不同，如選擇全預制樓板，樓板上的的設備管線埋管就要走明線，走明線外觀上不美觀，為了美觀，就要暗埋線管，所以本案列采用半預制半現澆樓板，既下層是預制樓板部分，上層是現澆樓板部分，現場澆筑部分可以把設備線管等埋進去，避免外露，這種預制+現澆的結合形式樓板，我們通常又稱為疊合樓板。

經過分析，本案列預制的構件為：預制結構梁、預制樓板、預制柱子，下面我們對幾樣構件進行裝配式設計分析。

5 預制結構梁的設計分析：

常見的結構梁形式有兩種，一種是交叉梁，又稱為十字梁，另外一種是單向梁。

交叉梁又稱為格形梁，是由同一平面內相互正交或斜交的梁所組成的結構構件，應力分布均勻，在工程建筑中的應用也十分廣泛，適用于中、大跨度的建筑。

單向梁，看字面意思就能理解，它是單向放置的結構梁，是在同一個方向上受力的結構梁，應力分布不均勻，所以不適用于大跨度的單體建筑。

我們以本案列比較多的柱網8.4米的柱網為例，簡單進行拆分。8.4米柱網也算是大跨度結構，一般我們會選擇十字梁的結構梁形式，下面對8.4米的柱網進行簡單的拆分分析，拆分圖如下圖拆分所示：

由圖可見（粗線為結構梁線，細線為拆分分割線，下余同），預制樓板被均勻拆分成4塊，每塊的尺寸為4.2米*4.2米。設計師前期都會選擇這種拆分方式，簡單明了，乍一看也沒什么問題。但問題就在于尺寸上，此時拆分板尺寸為4.2米*4.2米，超出普通貨運汽車寬度，一般貨運汽車寬度為2.0-2.5米，為了運輸，只能立在貨車箱中，但拆分板兩端都有連接梁體的鋼筋，立放時受力點集中在鋼筋端，容易造成鋼筋受壓強過大而變形，變形后的拆分板不能正常使用。為了便于于運輸，相同的結構梁下，我們增加拆分板數量，減小拆分板尺寸，如下圖拆分所示：

由圖可見，預制樓板被拆分成8塊，每塊板尺寸為4.2米*2.1米，看尺寸是符合運輸要求，但拆分板的數量較多，尺寸過小，生產和安裝都費時費力。為了較少數量，也能滿足運輸，最后改變了結構梁的設計，由十字梁改為了單向梁，如下圖拆分所示：

由圖可見，樓板被拆分成3塊，每塊板尺寸為8.4米*2.8米，既有利于運輸，也減少了數量，由此得出結論：“在滿足結構梁設計荷載，也滿足運輸數量少的前提下，對于中、大形柱網建筑設計中，設計師要合理選擇結構梁的形式”。

6 預制疊合樓板設計分析：

預制疊合樓板有兩層結構，既下層是預制板，上層是現澆板。預制板部分上部凸出有連接筋，用來連接上層現澆板的部分。本案列設計分析得出樓板的厚度為120毫米。我們用裝配式規范規定的最小預制板厚度60毫米來作為下層預制板部分，那么剩余現澆板部分的厚度為60毫米，本項目前期也是這樣的設計，最后廠家深化拆分圖的時候提出來，在60毫米現澆板部分當中，中間配雙向三級鋼厚度各為8毫米，再埋入直徑為20毫米厚的PVC電線管，剩余上下部的保護層的厚度是24毫米，24毫米中要做上下兩層保護層，既保護層的厚度為12毫米。違反了結構設計規范中保護層厚度不小于20的規定，由此可見我們設計的60毫米+60毫米的疊合板是不符合要求的。最終經過商議，現澆的部分改為70毫米，既預制60毫米+70毫米現澆，多出的10毫米的厚度，可以計算在建筑的面層荷載中來，本案列建筑的面層預留厚度為50毫米，設計的面層為粘貼面磚，實際粘貼面磚的厚度為35毫米，富裕的15毫米的厚度滿足現澆部分增加的10毫米的厚度。由此我們可以得出結論，在雙層疊合樓板設計中，現澆的部分要滿足埋入鋼筋和設備管線的厚度及保護層的厚度。

7 預制柱的選擇分析：

本案列為多層建筑，柱子截面由于受到預應力不同，柱子截面設計尺寸為變截面，既下面大，上面小，本案列地下柱子截面設計尺寸為800*800毫米，一、二層柱子截面尺寸為750*750毫米，三、四層柱子截面尺寸為700*700毫米，五層柱子截面尺寸為650*650毫米。最后廠家深化拆分圖的時候提出來，柱子變截面較多，不利于大批量生產，最終在滿足結構荷載的前提下，將地上二層至五層的裝配部分的柱截面由三種變為了兩種。由此得出結論，裝配式部分設計柱網時，設計師一定要靈活計算，合理分析，盡量減少柱子截面的數量，統一柱截面，從而更利于工廠大批量生產。

8 結語

在做裝配式建筑設計時，前期一定要多翻閱資料，多查看一些具體的設計案列，以了解其裝配式設計的特點，合理利用規定的裝配率，分析得出哪些部件適合預制，哪些部件適合現澆，在滿足裝配式設計的特點上，多加分析，從而靈活設計。

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