裝配式建筑結構設計關鍵點分析

蔣國灼

廣東華方工程設計有限公司，廣東 廣州 510120

目前，我國已經進入新的“工業化革命”時期，但是與發達國家相比，我國預制裝配式建筑工業化發展進程遲緩。結構設計人員需要結合業主方的建設要求和裝配式結構工程實際情況，全面關注結構體系、結構節點和預制構件等關鍵環節，進行結構布置多方案比選和合理的節點設計，從而制訂科學可行的裝配式結構設計方案，讓裝配式結構設計更具規范性、合理性和專業性。

1 工程概況

文章重點分析的案例為廣東某剪力墻結構住宅，總建筑面積約為50689.87m2，包括4棟高層住宅樓、1棟商業和配電房。其中1、2棟層數為27層，3棟層數為22層，5棟層數為21層，設計抗震設防烈度為7度（0.10g）。所有住宅樓的裝配率不小于50%，1、2棟的預制率滿足40%，其中1棟住宅樓預制率為41.4%，2棟住宅樓預制率為40.8%，3、5棟的預制率需滿足20%，預制率為36.6%。該項目工程高層住宅樓除了公共區域內墻布置不同，其他都采用了相同預制構件種類，裝配式結構類型為全現澆混凝土外墻、預制內墻、疊合樓板、預制空調板、預制樓梯。該結構方案不僅提高了項目的建筑戶型標準化程度，而且構件重復率高，提高了構件模板復用率，實現了提質增效目標。

2 裝配式結構設計關鍵點分析

該項目裝配式結構所用到的預制構件全部由廠家流水線加工制作完成，項目裝配式標準化設計包括樓型標準化、戶型標準化和廚衛模塊標準化，其中戶型標準主要為戶型模塊標準化和開間模數標準化，通過采用兩種基本戶型模塊，便于項目實現產業化設計。項目設計中運用BIM三維正向設計方法，建立預制構件庫、結構設計、結構分析、裝配式BIM深化設計，將BIM技術的優勢與裝配式結構設計相結合，模擬各部分預制構件安裝，完成信息的互動和傳遞，進一步提高裝配式的精確度。綜合分析，該裝配式結構工程設計主要圍繞以下關鍵階段展開。

2.1 基礎設計流程優化

進行裝配式結構設計前，需要全面了解項目建設場地實際情況、項目建設規模和項目造價要求等，同時結合相關標準文件要求，對非砌筑內隔墻、內隔墻墻面、內隔墻與管線一體化部分內容進行設計流程優化，而且要設計概括出項目的基礎數據。在明確這些基礎數據之后，還需要保證各構件連接節點位置的合理性和尺寸的科學性。另外，設計人員還需要加強對結構設計中裝配式構件生產技術要求的了解，通過預制件與管線預埋之間協調、設計流程的調整，使各構件的受力更為合理。加強與施工單位的聯系，共同商討各項技術流程和技術實施方案，為結構設計優化提供支持，確保結構設計環節的順利開展。

2.2 預制構件標準化設計

進行住宅樓的預制構件標準化設計時，需要結合該裝配式住宅項目的建筑參數和當地施工單位的吊裝水平進行設計，不僅要確保構件節點的科學性，符合混凝土結構產業化住宅項目技術管理要點各項規定，還需要在遵循“少規格、多組合”的設計原則基礎上，采用相同的樓梯、空調板及內墻板預制構件。同時，為了確保該裝配式項目結構的安全性，需要全面了解構件的受力情況，結合不同位置構件的承載能力進行設計。另外，預制構件的制作需要充分考慮機電管線位置、建筑部件等安裝要求，實現建筑質量的提高。下面主要結合2棟住宅樓進行預制水平構件和全現澆外圍護墻具體分析。

2棟住宅樓預制水平構件主要包括疊合樓板、全預制空調板和預制樓梯，其中預制樓梯應用于首層及以上樓層部位，疊合樓板、全預制空調板應用于第2層及以上部位，不包括屋面層。該項目的疊合板選用桁架鋼筋混凝土疊合板，其中單向板采用分離式后澆接縫進行連接，如圖1所示，有效地避免了密拼接縫連接有沿可能板縫出現裂縫的問題。雙向板采用整體式接縫連接，接縫采用后澆帶形式，后澆帶兩側板底縱向受力鋼筋在后澆帶中采用錨固搭接連接，預制底板外伸鋼筋端部采用135°彎鉤。2棟住宅樓的水平構件應用比例為85.7%。

圖1 分離式后澆接縫形式

該項目采用全現澆外圍護墻外圍，新型建筑圍護墻體的應用能有效提高建筑品質，同時改變建筑模式。該項目裝配式結構外墻采用全現澆外墻設計，一次性澆筑成型墻體，不易產生漏縫，省時省力。同時，采用一種結構拉縫技術，利用結構拉縫解決不同墻體間連接剛度問題，使建筑結構受力良好，避免墻體不避震和開裂問題出現。一般來說，結構拉縫主要采用左、右、下三邊拉縫或左（右）下兩邊拉縫與主體剪力墻隔開，結構拉縫立面示意圖如圖2所示。另外，為了避免豎向拉縫材料移位，項目交替分段進行結構拉縫構造墻體和承重剪力墻體混凝土的澆筑。通過借助拉縫構造墻，減少了砌筑、抹灰、貼磚等濕作業交叉工序作業，該項目實現了節約工期的目標。

圖2 結構拉縫立面示意圖

2.3 以BIM技術深化結構設計

為了進一步提升工程設計的有效性，該項目將裝配式結構設計與BIM技術相結合，運用BIM三維正向設計方法提高裝配式建筑結構的精確度。

（1）建立預制構件庫。在裝配式建筑結構設計中，最終的拆分設計圖不僅需要綜合考慮建筑結構布置的科學合理性、構件規格的統一性、構件接縫位置的精準性，還需要考慮對建筑整體造型的影響，以及預制構件生產、運輸和施工吊裝可行性等。在該項目預制構件庫創建完成后，以“預制構件庫”為導向，利用BIM技術對裝配式結構進行拆分處理，主要結合構件的類型、荷載大小、層高等條件，通過拆分與組合等不同的操作，減少裝配式預制件類型。

（2）BIM模型優化。進行BIM碰撞分析、綠色分析，并對結構功能進行進一步優化。該項目鋼筋深化設計中應用了BIM技術，在結合設計圖紙要求的基礎上，借助BIM技術開展混凝土預制件的鋼筋排布。同時，借助Revit軟件建立深化設計3D模型，加強對鋼筋排布合理性和碰撞檢查，列出全部碰撞問題，按照該結果開展檢修，以免出現現澆位置和預制構件連接點鋼筋的碰撞問題。

3 結論

該項目裝配式結構設計在充分結合項目特點的基礎上，在滿足相關要求的同時，實現了外圍護墻的非砌筑應用比例高于80%，墻體與保溫、裝飾一體化比例高于80%，內隔墻非砌筑應用比例高于80%，衛生間集成管線和吊頂比例高于90%，廚房集成管線和吊頂比例高于90%，達到了提質增效的目的。另外，在項目施工過程中基本沒有出現由于設計原因而修改的情況，這也表明該項目通過各專業集成設計前置是具有一定優勢的，但仍存在需要改進或后續研究的地方，具體如下：

（1）裝配式結構建筑造價高于傳統現澆混凝土結構建筑，需要在降低造價上進行優化，在設計前期樹立標準化原則，通過預制構件少規格、多組合推動工業化生產。

（2）目前，我國建筑行業使用較多的裝配式節點連接方式還有待改善，需要在裝配式混凝土構件連接技術上進行優化。結合裝配式工程實踐中存在的安裝效率低、剛性節點構造處理困難等問題，可結合裝配式建筑的節點連接特點進行定剛度體系或非對稱剛度構件的研究與改進，提升構件的標準化和產品化程度。

（3）結合我國遠期裝配式建筑結構設計、生產、安裝一體化和智能化的發展目標，在進行裝配式結構實踐研究的過程中，推動標準模塊化產品應用，實現無現澆連接處理，最大化簡化連接。強調裝配式建筑集成與協調設計，結合全生命周期BIM信息數據管理系統，實現自動選擇構件、智能迭代計算優化和搭積木式智能安裝，同時充分發揮結構專業主動擔當、積極協調的作用，進一步提高設計及安裝效率。