分析預制裝配式建筑結構體系與設計

易霞剛

摘要：針對目前預制裝配式建筑結構體系設計過程存在的問題，本文從實踐角度出發，分析了預制裝配式建筑結構體系的建設現狀，并提出了優化控制策略。結果表明，只有與工程建設要求和規范標準結合起來，才能使結構體系設計效果充分發揮出來。

關鍵詞：預制裝配式建筑; 結構體系; 結構設計; 節點;

預制裝配式建筑，作為實踐建筑業可持續發展道路的關鍵。但在工程建設階段，結構設計易受構件安裝復雜性以及市場環境多元化發展等問題限制，而使建筑結構性能效果無法充分發揮出來。為解決這一問題，相關人員應對結構體系的建設現狀進行分析，以確定結構體系設計優化的方向與關鍵點。這樣一來，預制裝配式建筑結構設計工作就能以高效率、穩定性狀態作用于實踐，進而滿足對建筑物節能環保效果與經濟效益目標提出的需求。

1 研究預制裝配式建筑結構體系與設計的現實意義

預制裝配式建筑，因具有穩定性較高特點，所以，越來越多地運用于建筑行業。是建筑業實踐可持續發展道路的關鍵。然而，在實際建設過程中，因對此課題研究起步較晚，使得現有設計標準與相關政策無法完全囊括預制裝配式建筑的結構體系設計。究其原因，結構工程師并未將相關設計理念認識到位，在一定程度上阻礙了此類建筑結構設計的快速發展。為此，相關建設者應對預制裝配式建筑結構體系建設現狀進行分析，以為后續設計優化工作開展提供方向與依據。如此，預制裝配式建筑結構體系的設計，就能以科學合理狀態作用于實踐，繼而推動建筑行業的健康穩定發展。

2 預制裝配式建筑結構體系的建設現狀

對于民用建筑而言，可供結構設計選擇的預制裝配式結構型式很多。如，多層或是低層住宅建筑，可從木結構、鋼結構、輕鋼-鋼筋混凝土結構以及新型普通鋼結構等型式中進行選擇。從建設實踐角度來看，預制裝配式建筑形式分為兩類：（1）預制裝配式鋼結構，其建設材料是鋼材，包含鋼柱與鋼梁等;（2）預制裝配式混凝土結構，其建設材料為混凝土，工程在完成混凝土構件加工預制后，通過將相關構件運輸至作業場地。

然而，預制裝配式建筑結構體系設計包含建材選擇、總體設計以及裝配施工、驗收等工作環節，增加了設計質量控制工作的開展難度。其中，最為關鍵的構件連接技術具有復雜特點，即使采用同一結構布置，不同連接技術最終產生的結構力學與抗震性能也存在差異。為此，研究人員應從科學技術角度出發，通過將現有體系設計技術利用起來，以降低預制裝配式建筑結構體系設計工作的開展難度。

3 預制裝配式建筑結構的體系與設計優化

3.1 明確結構體系與抗震性能關系

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。

3.2 結構體系設計優化

預制裝配式建筑結構設計人員應根據節點型式來進行劃分，以為后續清晰的結構概念、計算簡圖提供依據。對于干式鉸接結構、濕式剛接結構以及柔性連接結構來說，均屬于基本預制裝配式混凝土結構體系類型。還有混合連接結構，其會受到結構力學性能、抗震性能、施工場地便捷操作情況以及造價成本等因素影響，但因全面性更高，是未來預制裝配式混凝土結構體系設計的重要內容。值得注意的是，雖然劃分方法存在差異，但還可統一劃分。如預制裝配式混凝土框架結構，也可劃分為干式鉸接結構、濕式剛接結構以及柔性連接結構。因此，從結構體系差異來看，設計工作開展并不會受到影響。

3.3 建筑結構設計優化

設計工作按照既定規范標準開展過程中，應注重以下問題要點：

（1）將工程質量提升與改善環境作為設計目標，打破以往追求經濟性設計思路，轉而追求結構性能與技術先進性，以實現長遠經濟的預制裝配式建筑結構設計目標。

（2）培養工程設計人員的結構概念與力學知識，以使預制裝配式結構技術的運用要點知識能夠真正作用于實踐。

（3）建筑結構設計適用性控制，由于預制裝配式混凝土結構的設計特點在于構建質量好、安裝施工便捷，應控制好現澆剛性節點與疊合技術的運用數量，以避免結構優勢發揮受到影響。低層建筑雖受豎向荷載影響，但不會受到抗震性能影響，可選用全鉸接框架結構，來將預制裝配式建筑的優勢充分發揮出來。如需考慮抗震設防的低層結構，應設計選用鉸接為主的框架結構，即混合連接結構。此過程，應對剛節點數量控制在位移1/550，或是運用柔性連接結構。小高層結構，應以鉸接+剛接以及耗能減震元件組合形式，來使結構除了基本功能外具備良好的抗風抗震性能。而高層與超高層結構，預制裝配式結構設計應將抗側力構件確定為現澆混凝土。此外，確定結構設計方案時，應結合預制裝配式建筑的特色與實際建設情況，通過預防過度使用，來控制造價成本。

（4）設計方法優化，對于混合連接結構體系來說，其結構設計工作應綜合采用三種設計方法：（1）設計干式鉸接節點構件過程中，應對桿端設置彎矩。這里的桿端箍筋只需按照斜截面承載力進行計算設計，無需考慮加密箍筋與延伸設計工作。當工程處于水平地震作用下，其受力邊柱會以軸力形式抵抗地震影響。所以，柱子結構的承載力設計應考慮抗震調整系數，來提高科學合理性;（2）柔性連接節點，應按照既定規范標準進行剛度降低系數確定，并與構造實際情況進行結合，來提高取值的可靠性;（3）耗能減震產品，應根據現行抗震規范與技術規程進行規范化設計控制。

4 結束語

綜上所述，預制裝配式建筑結構體系的設計優化，應在明確結構體系與抗震性能關系情況下，對體系與結構設計進行科學合理設計。即根據預制裝配式建筑結構體系，來確定相應的設計控制方法。以小高層結構為例，預制裝配式建筑結構設計，應以鉸接+剛接以及耗能減震元件組合形式，來使結構除了基本功能外具備良好的抗風抗震性能。事實證明，只有掌握預制裝配式建筑結構體系的建設現狀，才能對結構體系進行優化設計。故，相關人員應將上述分析內容與科研結果更多地作用于不同建設要求與結構環境的預制裝配式建筑，以促進建筑業的健康穩定發展。

參考文獻

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