裝配式建筑結構設計要點與應用分析

劉 勇 山西省交通規劃勘察設計院有限公司

1 裝配式建筑的發展

裝配式建筑是指預制構件在工地裝配而成的建筑。在信息化時代，現代信息技術給建筑行業注入了科技的力量，正在逐步推動傳統建筑行業轉型升級，爭取早日實現綠色建筑、綠色建造的長遠目標。很早之前，英、法等發達國家開始率先嘗試在建筑工程項目中采用裝配式建筑的方法，并取得了不錯的成效。裝配式建筑經過大量的真實案例得出結論，其具有建造速度快、建造質量良好、投入成本低、建材損耗低、綠色環保等優勢。因為我國建筑垃圾占城市垃圾的份額比較大，所以建筑垃圾在得不到有效處理的前提下會給城市生態環境造成影響。建筑行業要想從源頭上徹底解決產生的建筑垃圾問題，需要貫徹落實綠色節能建筑理念，裝配式建筑模式是一種有效途徑。現階段，裝配式建筑已經深受國家、當地政府、人民群眾的青睞，在推動建筑行業的升級轉型中起到重要作用，可以說，裝配式建筑的發展前景非常樂觀。

2 裝配式建筑結構設計要點與應用分析

2.1 運輸裝配式構件的要點分析

（1）在運輸構件時，要盡量選擇運用平板車等運輸設備，且在車上要配備固定點，確保在運輸時構件不會出現位移或碰撞。在運輸剪力墻板的時候，要選用立放的方法，但是在樓梯或陽臺運輸底板疊合板時均要以平放的方式進行，且要針對構件來實施固定與支撐，預防構件在運輸時發生不必要的損壞。（2）堆放裝配式構件要點。在堆放裝配式建筑物構件的時候，首先要針對場地實施硬化處理，另外還要布設科學化的排水設施。在對裝配式外墻構件進行堆放時，要選擇靠放的方式，將外飾面朝內放置。

2.2 框架結構體系設計要點

裝配式框架結構實際應用過程中有一定的優勢，比如因為其各個構件可以分開加工，因而無論是使用還是運輸均比較方便，在高層建筑施工中有廣泛的應用。在構件的組裝環節，為更好提升構件在整個結構體系中的作用，加強結構體系的穩定性與可靠性，需要給予疊合梁、疊合板制作充分的重視。在采用裝配式建筑框架結構開展施工時，全部的構件均預先在工廠加工完成，施工現場進行混凝土澆筑和連接施工。在保證裝配式框架結構設計質量的基礎上，還需要做好以下幾點設計工作。

（1）結構體系應盡量保證平整，支撐構件設計過程中務必保證構件有足夠的強度、承載力和抗拉性能，可以有效發揮支撐作用。另外，還需要保證裝配式建筑支柱結構間的軸線處于平行狀態。

（2）結構體系間的構件連接也是需要重點關注的對象，為確保構件連接部位的穩定性和安全性，需要根據結構特點合理選擇焊接方式。

2.3 剪力墻結構是裝配式建筑結構的重要組成

主要指支撐上部樓層的墻體，主要用于承載各種荷載，具有防止結構剪切破壞的作用。裝配式建筑結構設計中要重視剪力墻的設計，應當全面考慮空間與結構的問題，如注重剪力墻邊緣的構造設計，同時也應當結合裝配式建筑結構特征，將雙面疊合剪力墻結構、縱肋疊合剪力墻結構、疊合剪力墻技術體系等先進剪力墻結構融入裝配式建筑結構中，以便減少各種荷載對墻體結構產生的壓力，提升裝配式建筑結構的整體性能。

2.4 控制建筑成本

合理控制建筑工程成本是建筑單位在設計中的一個重要環節。為了能夠讓裝配式建筑在建筑成本上得到一個良好的控制，設計單位在PC構件的生產、運送和安裝環節就要進行準確的預算，從多方面角度考慮當地工廠的構件生產能力、施工單位的運輸能力和吊裝能力。在施工之前就要對此次工程進行合理的造價預算，避免在施工過程中產生不必要的開支。目前PC構件的生產并沒有受到統一的規范，導致PC構件的生產市場不穩定十分混亂，構件成本偏高，從而阻礙了相關企業的發展。面對這種情況就需要設計單位在施工之前進行精準的施工預算，在構件的種類上進行優化，減小生產成本，從而使工程造價得到有效控制。同時在裝配式建筑施工當中，安裝的質量也直接影響著建筑成本。所以在結構施工圖紙上也要對運輸方式進行預估，最終實現成本的控制。

2.5 外墻腳手架對構件的要求分析

普遍的外墻腳手架可分成附著式升降架、懸挑架和落地架。其中落地架運用在多層建筑之中，其搭設對建筑構件方面的影響相對較小；懸挑架一般會運用在較高的建筑工程中；附著式升降架在施工過程中可很好地提供相應的附著支座受力。針對構件單件和連接節點實施結構設計的時候，要綜合分析并考慮這部分作用力的作用點大小、方向，以預防影響后續施工。若施工過程中所出現的作用力對于現澆結構的影響力度不足，則在實施結構設計時通常不會單獨分析，然而裝配式建筑的預制構件若受到這部分作用力方面的影響，就會遭受嚴重損壞而發生較大變形。

2.6 標準化類型設計要點

對于預制裝配式建筑結構設計來說，只有盡量確保可以達到更多的標準構件時才可以縮短施工周期和減少模板用量，以此實現節約成本的目的。考慮到我國預制裝配式建筑起步較晚，還處于初級發展階段，在施工工藝方面還有較大的提升空間，尤其是在承載構件設計與生產方面還存在諸多的問題，無法實現裝配化生產。目前來看，預制裝配式建筑結構的轉裝配化只含有現澆和裝配兩方面，在具體設計過程中為保證結構空間盡可能規整，需要不斷提升標準化程度。比如多個標準單元可以考慮采用拼合復制的方式將其組合為標準層平面，在空間結構設置時可以根據交通核模板和戶型模板來設計。一般來說，在戶型模板設置中可以重點參考室內空間結構特點，合理布置客廳和臥室；在交通核模板設置中可以重點對樓梯、樓梯走道、電梯井及機電管井進行設計。通過應用多種平面組合類型，以此滿足業主的個性化需求，同時確保預制裝配式建筑結構設計的合理性。如圖1所示。

圖1 標準預制構件

2.7 分析預制裝配剪力墻的結構設計

預制裝配剪力墻結構主要是以剪力墻和梁板作為建筑物的主要受力結構。預制剪力墻可以分為全預制剪力墻機構和半預制剪力墻結構，具體的結構體系設計一定要滿足GB 50011——2010《建筑抗震設計規范》和JGJ 3——2010《高層建筑混凝土結構技術規程》這些標準規范。在結構體系設計中一定要遵循以下幾點：一是剪力墻在橫縱布置的安排上一定要根據實際情況進行，最好是在端部山墻結構的兩側設置預制承重板。內部墻體可以用預制承重板和預制輕質填充物進行設置。第二點，豎向的抗側力構件可以利用澆筑連接帶與受力鋼筋漿錨融為一體，以確保結構的整體性。三是在構件連接間的設計上，一定要傳力明確、結構穩定，使裝配式建筑結構具備良好的抗震能力。如果在同一層的建筑施工中出現了現澆剪力墻和預制剪力墻，在這種剪力墻結構當中，抗震設計應該通過VuE=0.6fyAsd+0.8N這樣的計算方式來施工。其中VUE代表剪力墻水平接縫受剪承載力，N:fy為鋼筋垂直穿入結合面的強度設計值，N:Asd為鋼筋垂直穿過結合面的抗剪面積。

3 裝配式建筑的優勢與發展

首先，運用裝配式建筑技術，來促使建筑行業進入一個全新的發展階段。裝配式技術中工業標準化的應用，將輕工業理念很好地應用在建筑行業之中。應用搭積木的形式來顯著改善建筑行業施工方向，該類轉變已經逐步地發展為主流趨勢，其正走向一個全新的技術發展時代。其次，裝配式施工有利于節能環保目標的達成。在裝配式建筑施工時，建筑細部構建通常都是在工廠中集中化生產，可節省施工材料。還可減少因施工而引發的粉塵、噪聲污染，從而可選擇運用新型化材料來減少熱損失的出現。不但可提高控制質量，還可改善人們的生活環境。再次，裝配式建筑能縮短施工工期。建筑施工被細化分為工廠施工與現場施工，不但可提高施工速度，還可縮短施工工期。裝配式建筑施工受到外界環境與氣候方面的影響較小，可直接提高建筑整體效益。在裝配式建筑施工的時候，對于人工數量需求變小，而之前較為傳統化的現澆鋼筋混凝土建筑需諸多施工人員進入現場予以施工。運用裝配式結構方法可降低人工數量，縮短工期會顯著提高效益，為行業走向可持續發展奠定堅實的基礎。最后，裝配式建筑可顯著提升施工質量。傳統建筑施工工藝相對繁雜，針對駐地現場施工人員來分析，人員流動量相對較大，所掌握的技術也具有難度，難以保障施工質量。但是裝配式建筑施工為工程化生產，可確保構件質量。在此基礎之上，僅需確保組合拼裝質量，規避了現澆建筑施工階段所發生的各類問題。

4 結束語

綜上所述，時代發展過快會給傳統行業造成較大的影響，建筑行業要想避免被快速發展的時代所淘汰，應當加速改革、創新工作。裝配式建筑是一種新型的建造模式，要想不被建筑行業邊緣化，就必須解決建筑結構設計、建造中存在的問題，比如施工成本過高、結構體系不統一、設計標準不一致等。解決上述弊端問題的有效策略有深入分析裝配式建筑結構設計，掌握影響裝配式建筑結構設計的因素，有針對性地籌劃并建立統一的業界標準等。只有同時進行多元化措施，才能在提高裝配式建筑結構整體性能和質量的前提下節約投入成本、保護生態環境，早日實現綠色建筑、綠色建造的目標。