裝配式建筑裝配模塊化研究

摘 要：結(jié)合當(dāng)前的綠色城市建設(shè)理念應(yīng)用情況來(lái)看，當(dāng)前針對(duì)裝配式建筑的研發(fā)也已經(jīng)達(dá)到了成熟階段，本文便是以裝配式建筑裝備模塊化研究為背景進(jìn)行分析，首先分析了我國(guó)裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展優(yōu)勢(shì)，其次，闡述了實(shí)際的工程案例，以此來(lái)作為模塊化分析的依據(jù)，再次通過(guò)工程案例分析裝配式建筑模塊化整體設(shè)計(jì)的相關(guān)思路以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，意在通過(guò)本文論述能夠?yàn)檠b配式建筑模塊化研究奠定技術(shù)和理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑;模塊化研究;設(shè)計(jì)要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TU241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）13-0106-02

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的不斷發(fā)展和優(yōu)化，當(dāng)前裝配式建筑憑借節(jié)能減排、施工進(jìn)度相對(duì)較快的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且國(guó)家以及政府積極推廣裝配式建筑的研發(fā)和生產(chǎn)。這不僅符合當(dāng)前快節(jié)奏的社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)，也符合建筑設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化理念轉(zhuǎn)型需求。我們可以認(rèn)為，裝配式建筑的模塊化設(shè)計(jì)成為建筑現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。因此，全面分析裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀，建立在工程案例基礎(chǔ)上，分析模塊化研究的生產(chǎn)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，不僅是本文論述的重點(diǎn)，也是當(dāng)前進(jìn)一步提升裝配式建筑發(fā)展質(zhì)量的首要任務(wù)。

1 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

當(dāng)前我國(guó)針對(duì)裝配式建筑生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)已經(jīng)落實(shí)了較多的研究，經(jīng)過(guò)實(shí)證結(jié)果可以表明，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)程中，能源消耗比重最大的環(huán)節(jié)以材料生產(chǎn)階段為主，而根據(jù)相關(guān)部門(mén)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，在針對(duì)重量為1t的鋼材料進(jìn)行生產(chǎn)以及冶煉的過(guò)程中會(huì)消耗0.6t的煤炭、80kg廢鋼、3t水以及1.5t的鐵礦石。而針對(duì)當(dāng)前的裝配式建筑結(jié)構(gòu)生產(chǎn)方式來(lái)看，單純的以木制的裝配式建筑為對(duì)象，種植1m?的木質(zhì)建材幾乎不會(huì)消耗較多能源，反而會(huì)為生態(tài)做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)，同時(shí)在原材料加工和制造的過(guò)程中，部分廢料可以進(jìn)行循環(huán)利用和再生產(chǎn)，因此我們可以認(rèn)為裝配式結(jié)構(gòu)建筑的生產(chǎn)和應(yīng)用對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、環(huán)保工作有著極大的推動(dòng)作用。

另外從裝配式建筑結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸以及安裝過(guò)程中來(lái)看，當(dāng)前預(yù)制構(gòu)件以混凝土和木質(zhì)材料為主，這兩種預(yù)制構(gòu)件在運(yùn)輸過(guò)程中的需求不同，混凝土構(gòu)件需要利用合理的施工規(guī)劃來(lái)減少裂縫的形成，而木質(zhì)預(yù)制構(gòu)件的自重較輕，對(duì)運(yùn)輸?shù)囊蟛淮螅瑫r(shí)也能夠減少成本，另外就整體的裝配式預(yù)制構(gòu)件安裝施工情況來(lái)看，較傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)環(huán)節(jié)相比，成本降低了約20%[1]。

2 裝配式建筑模塊化研究的工程案例分析

2.1 工程概況

為了進(jìn)一步提高對(duì)裝配式建筑模塊化研究的闡述力度，本文選取了某工程進(jìn)行詳細(xì)分析，工程建筑類型為教學(xué)樓，樓層數(shù)為8層，利用現(xiàn)澆鋼筋混凝土作為整體的框架，地基采用的是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。施工所用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為c35，整體建筑的面積為3500m2，項(xiàng)目中涉及到了5棟單獨(dú)的教學(xué)樓。根據(jù)我國(guó)當(dāng)前裝配式建筑的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，項(xiàng)目的預(yù)制率要控制在30%以上。因此，選取了項(xiàng)目中的4棟教學(xué)樓作為裝配整體式框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工。

2.2 模塊化研究思路

在針對(duì)項(xiàng)目中的子項(xiàng)目進(jìn)行模塊化規(guī)劃時(shí)，首先分析了建筑內(nèi)的各個(gè)功能分區(qū)，結(jié)合教師辦公、公共區(qū)域、教學(xué)區(qū)域進(jìn)行了詳細(xì)的劃分[2]，初始的數(shù)量控制在教師模塊三個(gè)、公共辦公模塊兩個(gè)、其他模塊兩個(gè)。不同模塊所代表的房間尺寸是相同的，統(tǒng)一控制在9m×11.2m，同時(shí)在施工過(guò)程中，全面保證不同模塊之間的構(gòu)建以及結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的控制。同時(shí)針對(duì)不同模塊的功能性進(jìn)行了針對(duì)性研究，由于兩個(gè)公共辦公模塊的類型以教研辦公室以及學(xué)生閱覽室為主，同時(shí)每個(gè)模塊之間又涵蓋了走廊樓梯間等公共設(shè)施，因此針對(duì)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)和構(gòu)件設(shè)計(jì)下的模塊進(jìn)行了局部特征以及細(xì)節(jié)空間的微調(diào)，在發(fā)揮不同模塊自身功能的同時(shí)達(dá)成整體結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一。

2.3 經(jīng)濟(jì)性能規(guī)劃

本項(xiàng)目中將5個(gè)施工個(gè)體項(xiàng)目的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分化，其中1～4號(hào)的子項(xiàng)目為混凝土，以裝配式整體框架結(jié)構(gòu)為主，5號(hào)個(gè)體項(xiàng)目以現(xiàn)澆混凝土框架為主，這其中，1～4號(hào)個(gè)體項(xiàng)目的樓座以相對(duì)規(guī)則化的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此便于模塊化裝配施工的順利進(jìn)行。而5號(hào)個(gè)體項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過(guò)程中部分細(xì)節(jié)不夠規(guī)則，而主體建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)模較小，如果依舊利用裝配式模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，建筑價(jià)值與施工所消耗的人力、物力以及成本有著一定的不平衡性，因此從建筑的未來(lái)發(fā)展以及使用角度和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行對(duì)比之后，決定將5號(hào)子項(xiàng)目利用現(xiàn)澆式混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

同時(shí)由于裝配式建筑模塊化設(shè)計(jì)僅限于針對(duì)規(guī)模較為統(tǒng)一且功能性較為明顯的結(jié)構(gòu)展開(kāi)，因此在1～4號(hào)的子項(xiàng)目中，并不是所有的結(jié)構(gòu)全部采用裝配式模塊化設(shè)計(jì)，針對(duì)整體架構(gòu)中的大跨框架梁以及折限量則使用了現(xiàn)澆混凝土設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

2.4 施工影響因素

在當(dāng)前應(yīng)用的裝配整體式框架，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，預(yù)制柱的生產(chǎn)方式通常利用全灌漿套筒進(jìn)行作業(yè)，在這個(gè)過(guò)程中需要將不同的套筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)連接，因此不同套筒連接的接頭是否能夠?yàn)檎w工程提供安全性和穩(wěn)定性還存在一定的顧慮，因此為了進(jìn)一步提升施工質(zhì)量，增強(qiáng)框架柱體系的安全性能，同時(shí)也為了控制接柱的經(jīng)濟(jì)成本，結(jié)合本次項(xiàng)目的實(shí)際施工情況以及此項(xiàng)目數(shù)量來(lái)進(jìn)行綜合分析，由于子項(xiàng)目的層數(shù)不多，能夠滿足基礎(chǔ)的預(yù)制控制率，因此結(jié)合豎向構(gòu)件的可靠性和安全性生產(chǎn)需求，框架柱結(jié)構(gòu)采用了混凝土現(xiàn)澆施工方式。

3 裝配式建筑模塊化研究的重點(diǎn)

首先在疊合板拆分的作業(yè)環(huán)節(jié)中，需要嚴(yán)格的按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化的施工工序進(jìn)行，板縫與疊合板的長(zhǎng)邊需要維持垂直的狀態(tài)，疊合板的寬度結(jié)構(gòu)需要與預(yù)制工產(chǎn)生產(chǎn)機(jī)械及生產(chǎn)平臺(tái)的模型寬度相符，同時(shí)也要符合疊合板運(yùn)輸過(guò)程中使用的相關(guān)器材的參數(shù)。在生產(chǎn)設(shè)計(jì)聯(lián)合版的過(guò)程中，需要盡量使規(guī)格統(tǒng)一，并且進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)技術(shù)體系的標(biāo)準(zhǔn)化。

在對(duì)疊合梁進(jìn)行拆分作業(yè)時(shí)，為了進(jìn)一步提升拆分穩(wěn)定性，將其控制在兩端結(jié)構(gòu)中，并利用鍵槽節(jié)點(diǎn)以及現(xiàn)澆框架柱進(jìn)行鏈接，進(jìn)一步提升對(duì)鋼筋連接節(jié)點(diǎn)位置的質(zhì)量保障，從而發(fā)揮塑性鉸間接價(jià)值。另外針對(duì)疊合框架梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)的過(guò)程中，后澆混凝土的厚度要控制在150mm以上，針對(duì)疊合次梁的規(guī)劃和設(shè)計(jì)而言，后澆混凝土的厚度需要控制在120mm以上[3]。

再次，針對(duì)預(yù)制樓梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講，由于本工程項(xiàng)目中的樓梯均為預(yù)制結(jié)構(gòu)，樓梯類型以雙跑樓梯為主，因此規(guī)劃樓梯和橫梁之間鏈接體系的方式以簡(jiǎn)支體系為主。同時(shí)在預(yù)制樓梯構(gòu)件的上部結(jié)構(gòu)內(nèi)利用了固定鉸支座進(jìn)行加固支撐，下部結(jié)構(gòu)采用滑動(dòng)鉸支座進(jìn)行規(guī)劃。在制作中利用5mm的聚四氟乙烯板進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固，以此來(lái)避免因?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害等不可抗力的影響因素導(dǎo)致樓梯結(jié)構(gòu)梁出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。在這樣的規(guī)劃模式下，樓梯的滑動(dòng)端需要預(yù)留出一定的空間來(lái)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的靈活移動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，裝配式建筑的使用優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為當(dāng)前社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域較為關(guān)注的話題，而模塊化的裝配式結(jié)構(gòu)規(guī)劃和施工也為項(xiàng)目的落實(shí)帶來(lái)了較大的優(yōu)勢(shì)，在提高基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)保性能的同時(shí)，也可以進(jìn)一步控制成本，提高生產(chǎn)效率。本文借助了實(shí)際案例，分析了模塊化裝配式建筑設(shè)計(jì)以及構(gòu)件生產(chǎn)方面的重點(diǎn)問(wèn)題，在為相關(guān)工程提供技術(shù)和理論規(guī)劃依據(jù)的同時(shí)，也希望模塊化的裝配式構(gòu)件生產(chǎn)、技術(shù)和措施能夠不斷進(jìn)行創(chuàng)新，結(jié)合當(dāng)前新型的施工技術(shù)打造更加完善的施工體系，確保裝配式建筑能夠逐步完善，為社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供更多的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉鋒.裝配式模塊化箱型建筑在國(guó)家應(yīng)急管理體系中的應(yīng)用[J].中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)，2020（5）：67-69.

[2] 朱昱熹，任鵬遠(yuǎn).木質(zhì)裝配式建筑的模塊化設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].城市建筑，2020，17（7）：152-155.

[3] 樊驊，韓建忠.模塊化建筑在應(yīng)急建設(shè)中的應(yīng)用分析[J].住宅產(chǎn)業(yè)，2020（z1）：32-40.

Abstract：Combining with the current concept of green city construction application， the current prefabricated construction to research and development has reached a mature stage， the background of this paper is to research the prefabricated construction equipment modular analysis， analyzes the structure design development advantage of prefabricated construction in our country， secondly， this paper expounds the actual project cases， in order to as a basis for the modular analysis， again through the engineering case analysis of prefabricated building modular overall design ideas and main points of design， to through the study in this paper to prefabricated building modular technology and theoretical basis.

Key words：prefabricated building;modularization research;design points

收稿日期：2020-06-09

作者簡(jiǎn)介：張正偉（1979—），男，湖北隨州人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：裝配式建筑、綠色建筑與節(jié)能。