裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)分析

蔣國(guó)灼

廣東華方工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510120

目前，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入新的“工業(yè)化革命”時(shí)期，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)預(yù)制裝配式建筑工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程遲緩。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合業(yè)主方的建設(shè)要求和裝配式結(jié)構(gòu)工程實(shí)際情況，全面關(guān)注結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)和預(yù)制構(gòu)件等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置多方案比選和合理的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，從而制訂科學(xué)可行的裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，讓裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更具規(guī)范性、合理性和專業(yè)性。

1 工程概況

文章重點(diǎn)分析的案例為廣東某剪力墻結(jié)構(gòu)住宅，總建筑面積約為50689.87m2，包括4棟高層住宅樓、1棟商業(yè)和配電房。其中1、2棟層數(shù)為27層，3棟層數(shù)為22層，5棟層數(shù)為21層，設(shè)計(jì)抗震設(shè)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(yù)制率滿足40%，其中1棟住宅樓預(yù)制率為41.4%，2棟住宅樓預(yù)制率為40.8%，3、5棟的預(yù)制率需滿足20%，預(yù)制率為36.6%。該項(xiàng)目工程高層住宅樓除了公共區(qū)域內(nèi)墻布置不同，其他都采用了相同預(yù)制構(gòu)件種類，裝配式結(jié)構(gòu)類型為全現(xiàn)澆混凝土外墻、預(yù)制內(nèi)墻、疊合樓板、預(yù)制空調(diào)板、預(yù)制樓梯。該結(jié)構(gòu)方案不僅提高了項(xiàng)目的建筑戶型標(biāo)準(zhǔn)化程度，而且構(gòu)件重復(fù)率高，提高了構(gòu)件模板復(fù)用率，實(shí)現(xiàn)了提質(zhì)增效目標(biāo)。

2 裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)分析

該項(xiàng)目裝配式結(jié)構(gòu)所用到的預(yù)制構(gòu)件全部由廠家流水線加工制作完成，項(xiàng)目裝配式標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)包括樓型標(biāo)準(zhǔn)化、戶型標(biāo)準(zhǔn)化和廚衛(wèi)模塊標(biāo)準(zhǔn)化，其中戶型標(biāo)準(zhǔn)主要為戶型模塊標(biāo)準(zhǔn)化和開間模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，通過(guò)采用兩種基本戶型模塊，便于項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)中運(yùn)用BIM三維正向設(shè)計(jì)方法，建立預(yù)制構(gòu)件庫(kù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析、裝配式BIM深化設(shè)計(jì)，將BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，模擬各部分預(yù)制構(gòu)件安裝，完成信息的互動(dòng)和傳遞，進(jìn)一步提高裝配式的精確度。綜合分析，該裝配式結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)主要圍繞以下關(guān)鍵階段展開。

2.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)流程優(yōu)化

進(jìn)行裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，需要全面了解項(xiàng)目建設(shè)場(chǎng)地實(shí)際情況、項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模和項(xiàng)目造價(jià)要求等，同時(shí)結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件要求，對(duì)非砌筑內(nèi)隔墻、內(nèi)隔墻墻面、內(nèi)隔墻與管線一體化部分內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)流程優(yōu)化，而且要設(shè)計(jì)概括出項(xiàng)目的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在明確這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之后，還需要保證各構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)位置的合理性和尺寸的科學(xué)性。另外，設(shè)計(jì)人員還需要加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裝配式構(gòu)件生產(chǎn)技術(shù)要求的了解，通過(guò)預(yù)制件與管線預(yù)埋之間協(xié)調(diào)、設(shè)計(jì)流程的調(diào)整，使各構(gòu)件的受力更為合理。加強(qiáng)與施工單位的聯(lián)系，共同商討各項(xiàng)技術(shù)流程和技術(shù)實(shí)施方案，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供支持，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的順利開展。

2.2 預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

進(jìn)行住宅樓的預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合該裝配式住宅項(xiàng)目的建筑參數(shù)和當(dāng)?shù)厥┕挝坏牡跹b水平進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅要確保構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的科學(xué)性，符合混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化住宅項(xiàng)目技術(shù)管理要點(diǎn)各項(xiàng)規(guī)定，還需要在遵循“少規(guī)格、多組合”的設(shè)計(jì)原則基礎(chǔ)上，采用相同的樓梯、空調(diào)板及內(nèi)墻板預(yù)制構(gòu)件。同時(shí)，為了確保該裝配式項(xiàng)目結(jié)構(gòu)的安全性，需要全面了解構(gòu)件的受力情況，結(jié)合不同位置構(gòu)件的承載能力進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外，預(yù)制構(gòu)件的制作需要充分考慮機(jī)電管線位置、建筑部件等安裝要求，實(shí)現(xiàn)建筑質(zhì)量的提高。下面主要結(jié)合2棟住宅樓進(jìn)行預(yù)制水平構(gòu)件和全現(xiàn)澆外圍護(hù)墻具體分析。

2棟住宅樓預(yù)制水平構(gòu)件主要包括疊合樓板、全預(yù)制空調(diào)板和預(yù)制樓梯，其中預(yù)制樓梯應(yīng)用于首層及以上樓層部位，疊合樓板、全預(yù)制空調(diào)板應(yīng)用于第2層及以上部位，不包括屋面層。該項(xiàng)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(jìn)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(xiàn)裂縫的問(wèn)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(cè)板底縱向受力鋼筋在后澆帶中采用錨固搭接連接，預(yù)制底板外伸鋼筋端部采用135°彎鉤。2棟住宅樓的水平構(gòu)件應(yīng)用比例為85.7%。

圖1 分離式后澆接縫形式

該項(xiàng)目采用全現(xiàn)澆外圍護(hù)墻外圍，新型建筑圍護(hù)墻體的應(yīng)用能有效提高建筑品質(zhì)，同時(shí)改變建筑模式。該項(xiàng)目裝配式結(jié)構(gòu)外墻采用全現(xiàn)澆外墻設(shè)計(jì)，一次性澆筑成型墻體，不易產(chǎn)生漏縫，省時(shí)省力。同時(shí)，采用一種結(jié)構(gòu)拉縫技術(shù)，利用結(jié)構(gòu)拉縫解決不同墻體間連接剛度問(wèn)題，使建筑結(jié)構(gòu)受力良好，避免墻體不避震和開裂問(wèn)題出現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xiàng)目交替分段進(jìn)行結(jié)構(gòu)拉縫構(gòu)造墻體和承重剪力墻體混凝土的澆筑。通過(guò)借助拉縫構(gòu)造墻，減少了砌筑、抹灰、貼磚等濕作業(yè)交叉工序作業(yè)，該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了節(jié)約工期的目標(biāo)。

圖2 結(jié)構(gòu)拉縫立面示意圖

2.3 以BIM技術(shù)深化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了進(jìn)一步提升工程設(shè)計(jì)的有效性，該項(xiàng)目將裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與BIM技術(shù)相結(jié)合，運(yùn)用BIM三維正向設(shè)計(jì)方法提高裝配式建筑結(jié)構(gòu)的精確度。

（1）建立預(yù)制構(gòu)件庫(kù)。在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，最終的拆分設(shè)計(jì)圖不僅需要綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)布置的科學(xué)合理性、構(gòu)件規(guī)格的統(tǒng)一性、構(gòu)件接縫位置的精準(zhǔn)性，還需要考慮對(duì)建筑整體造型的影響，以及預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工吊裝可行性等。在該項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件庫(kù)創(chuàng)建完成后，以“預(yù)制構(gòu)件庫(kù)”為導(dǎo)向，利用BIM技術(shù)對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆分處理，主要結(jié)合構(gòu)件的類型、荷載大小、層高等條件，通過(guò)拆分與組合等不同的操作，減少裝配式預(yù)制件類型。

（2）BIM模型優(yōu)化。進(jìn)行BIM碰撞分析、綠色分析，并對(duì)結(jié)構(gòu)功能進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。該項(xiàng)目鋼筋深化設(shè)計(jì)中應(yīng)用了BIM技術(shù)，在結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙要求的基礎(chǔ)上，借助BIM技術(shù)開展混凝土預(yù)制件的鋼筋排布。同時(shí)，借助Revit軟件建立深化設(shè)計(jì)3D模型，加強(qiáng)對(duì)鋼筋排布合理性和碰撞檢查，列出全部碰撞問(wèn)題，按照該結(jié)果開展檢修，以免出現(xiàn)現(xiàn)澆位置和預(yù)制構(gòu)件連接點(diǎn)鋼筋的碰撞問(wèn)題。

3 結(jié)論

該項(xiàng)目裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在充分結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在滿足相關(guān)要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了外圍護(hù)墻的非砌筑應(yīng)用比例高于80%，墻體與保溫、裝飾一體化比例高于80%，內(nèi)隔墻非砌筑應(yīng)用比例高于80%，衛(wèi)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(dá)到了提質(zhì)增效的目的。另外，在項(xiàng)目施工過(guò)程中基本沒(méi)有出現(xiàn)由于設(shè)計(jì)原因而修改的情況，這也表明該項(xiàng)目通過(guò)各專業(yè)集成設(shè)計(jì)前置是具有一定優(yōu)勢(shì)的，但仍存在需要改進(jìn)或后續(xù)研究的地方，具體如下：

（1）裝配式結(jié)構(gòu)建筑造價(jià)高于傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)建筑，需要在降低造價(jià)上進(jìn)行優(yōu)化，在設(shè)計(jì)前期樹立標(biāo)準(zhǔn)化原則，通過(guò)預(yù)制構(gòu)件少規(guī)格、多組合推動(dòng)工業(yè)化生產(chǎn)。

（2）目前，我國(guó)建筑行業(yè)使用較多的裝配式節(jié)點(diǎn)連接方式還有待改善，需要在裝配式混凝土構(gòu)件連接技術(shù)上進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)合裝配式工程實(shí)踐中存在的安裝效率低、剛性節(jié)點(diǎn)構(gòu)造處理困難等問(wèn)題，可結(jié)合裝配式建筑的節(jié)點(diǎn)連接特點(diǎn)進(jìn)行定剛度體系或非對(duì)稱剛度構(gòu)件的研究與改進(jìn)，提升構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品化程度。

（3）結(jié)合我國(guó)遠(yuǎn)期裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝一體化和智能化的發(fā)展目標(biāo)，在進(jìn)行裝配式結(jié)構(gòu)實(shí)踐研究的過(guò)程中，推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)模塊化產(chǎn)品應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)無(wú)現(xiàn)澆連接處理，最大化簡(jiǎn)化連接。強(qiáng)調(diào)裝配式建筑集成與協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，結(jié)合全生命周期BIM信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選擇構(gòu)件、智能迭代計(jì)算優(yōu)化和搭積木式智能安裝，同時(shí)充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)專業(yè)主動(dòng)擔(dān)當(dāng)、積極協(xié)調(diào)的作用，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)及安裝效率。