預制裝配式建筑設計實踐及問題探討

楊發

安徽省城建設計研究總院股份有限公司 安徽 合肥 230051

引言

如今，預制裝配式建筑正在得到快速的推廣與普及，它本身也確實有著很多的優點，不過，同樣也有一些問題，如果不能妥善處理的話就會影響預制裝配式建筑的質量，影響后期的使用。

1 預制裝配式建筑

預制裝配式建筑就是組裝式建筑，通常建筑的大部分零部件都是在工廠預制生產的，這些構件會被運輸到現場，然后進行組裝。所以它的設計和生產都是工業化的，所以也可以將這種建筑稱作是工業化建筑。預制裝配式建筑是有多種形式的，比較常見的比如說砌塊建筑、升板建筑、模塊建筑、大板建筑以及框架輕板建筑等，施工工藝最簡單的就是砌塊建筑，同時它的成本也很低，不過工業化的程度并不高，比較常用的就是空心砌塊；模塊建筑的工業化程度是比較高的，有著比較多的立面形式，如核心體模塊、板材模塊以及整體模塊等，都是比較常見的；大板建筑的優點就是在于有著良好的防震性能，而且對于空間的利用率很高，比較靈活，比如說屋面板、樓板等形式[1]。

2 預制裝配式建筑設計特征

2.1 精細化設計

裝配式建筑的設計及施工流程是很全面的，而且精細化的程度也很高，這也會不斷提高建筑設計精細化的程度。預制構件是預制裝配式建筑的重要組成部分。預制構件精細化設計主要是在預制裝配式建筑中兼具功能性和裝飾性，能夠表達建筑性格特征的預制構件，包括：預制外圍護結構、預制單元模塊、預制遮陽構件、預制樓梯。

2.2 模數化設計

預制裝配式建筑在設計中將部品、構件、建筑之間的關系進行統一，采用對建筑模數的控制，將模數化轉換為模塊化組合，以使設計標準化[2]。

2.3 一體化的配合

對設計成果進行了優化處理，這就需要和各個專業以及構配件廠家進行有效合作，以此實現相關組織工作和預制構件之間的一體化。

2.4 精確化的成本

建筑的設計成果作為構件在生產以及加工中的依據，預制構件不同其拆分方案在相同裝配率的基礎上其所投入的成本之間的差異較大。通常，科學的建筑方案使其成本控制更加準確。

2.5 信息化的技術

在建筑設計中應當采用BIM，BIM技術主要就是對建筑的功能以及物理、幾何信息采用數字信息的方式呈現，以此來實現對建筑整個壽命過程中的運行及建設管理等方面的支撐。

2.6 提升運營維護優勢

考慮到建筑工業化程度低，結合設計以及建造速度等，建筑全壽命周期存在能耗大等問題，和傳統的建設方式相比，預制裝配式建筑的建造管理能降低作業強度，提升質量。此外應用后能縮短工期，便于維護管理。

2.7 節能與可持續發展

節能設計很重要，在實施階段確定外表面積，以實際比例和住宅設計的流程要求等，提前進行朝向確定，結構差異比較大，傳熱性能分析后，確定實際指標，在系數評價的階段，對應的面積比較小，在操作管理中，對參數值進行控制，一般情況下，性能分析是重點，在實施階段明確傳熱系數以及墻面比例，嚴格控制后符合要求。

3 預制裝配式建筑設計的意義以及存在的問題分析

3.1 意義分析

和傳統建筑工程設計相比，預制裝配式建筑設計對于施工條件的要求是不一樣的。在預制結構配件被運到施工現場前，需要將相應的孔洞預先開鑿好，這也是為了提高安裝施工的效率，加快施工進度。并且，施工單位還應該選擇合適的供貨商，由對方對結構配件進行構造、拼接以及運輸，這樣，施工單位并不需要付出很多的勞動力，能夠大幅度地減少企業的建設成本。在進行預制裝配式建筑的設計的時候，必須要對配件的連接進行考慮，需要保證建筑的防水性能以及穩定性，這樣的建筑功能才能夠更有耐久性，使用期限才會更長[3]。

3.2 存在的問題分析

一是預制結構的外墻和現澆建筑水平墻的連接不夠穩固，對于這種情況，就要求在進行結構設計的時候必須要做好優化與調整；二是施工團隊應該按照設計方案預先進行結構配件的制作，應該在和供貨廠商簽訂的合同中，對預制構件的數量進行精確的計算與說明，不能在進行施工以后隨意的增減定制配件的數量。所以，一定要認真地設計與計算，要保證定制的配件從質量與數量上都是與實際施工需求相符的，同時還應該預先規劃好運輸的線路。同時，設計者還要將定制配件的具體信息和運輸路線在工程的設計方案中作出詳細說明，以此來為工程團隊提供更加全面科學的參考依據。

4 預制裝配式建筑的設計要點

4.1 設計綜述

可行性、實用性是裝配式建筑結構設計的關鍵點。同時，在設計中首先必須注意在確保建筑物功能性和安全性的前提下，通過專業、標準、精細的設計，充分發揮建筑設計的優越性，將建筑物的結構高度、不規則度及結構復雜度控制在合理范圍。建筑設計在進行初步設計過程中必須充分考慮建筑材料、結構體系、結構布置、各參數等，對多種設計方案從可行性、經濟性等方面進行充分比較，獲得最優設計方案。另一方面，根據國家相關標準，對結構設計進行精確計算，保證在建筑過程中對風險處于可控范圍。

4.2 預制裝配式建筑設計的具體流程及內容

4.2.1 平面設計要點。在平面設計過程中要按照協調性的原則，不斷地調整和優化套型模塊，合理設計類型和尺寸，將預制構件的特征突顯出來，從而使工程建筑的質量得到有效提升，降低消耗的成本。在前期設計中，工作人員與功能性特征相結合，合理劃分建筑空間，以此確定綜合形式和模塊類型的協調。設計模塊工作中，首先依據工程的實際特征進行標準功能模塊的設計，然后與定位要求相結合，進行套型模塊的制作，從而達到工業化生產的要求。再把這些制作出來的套型模塊進行合并，形成需要的單元模塊，完成建筑構造。針對平面布局而言，運用的是大空間布局的方式，保證了管井和承重墻合理的位置，使其空間靈活多變的效果得到了提高。對于劃分功能來說，根據具體的需要設計合理的功能，使其布局合理性加強。與此同時，這樣的布局形式使空間內的承重墻數量降低，方便拆卸內墻的隔板[5]。

4.2.2 立面設計。針對裝配式建筑而言，它的外墻結構是采用各種與之構建進行組合得到的。設計立面過程中，不但要突出預制裝配建筑的結構特點，還要防止由于單一結構造成的視覺疲勞。因此，在設計過程中，要保證模塊化、系統化以及標準化，確保構件和立面間連接的效果，使其設計的合理性得到有效提高。通過這些方式可以將多樣化的設計效果凸顯出來：第一，多樣化的組合。設計立面過程中，采用各種不同標準模塊的組合、排列來掌控建筑形體以及空間的變化，將其獨特性凸顯出來。第二，層的變化。陽臺、外墻、女兒墻、屋頂、防護設備以及空調板等構成了這一項目的立面結構。因此設計中，在不改變各結構尺寸的基礎上進行標準化的調整和設計，以此達到生產的要求。第三，設計立面過程中，可以采用預制構件改變和改變其外表的紋理、顏色、組裝順序和質感等方式將立面多樣性的特點突顯出來。可以通過瀝青混凝土、裝飾混凝土、面磚、石材以及涂料等材料選擇將其整體效果突顯出來[4]。針對空調板、預制陽臺等地方可以采用調整空間位置、進深和面寬等方式達到多樣性設計特征的要求。針對空調隔板、百葉、預制掛板等一些非結構性的預制構件而言，也具有各種各樣的設計形式，可以通過具體的需要對其進行合理的調配和組合，從而達到多樣化立面設計的需求。

4.2.3 施工吊裝設計。在規劃設計預制裝配式建筑過程中，要對建筑間距、通風以及采光等因素進行充分的考慮，從而使其安全性、經濟性以及合理性得到有效的保證，保證有效銜接各個環節。通常，預制裝配式建筑的空間設計都是通過套型模塊組合形式實現。在開展吊裝施工之前，要將需要的構建從工廠運輸到吊裝范圍之內，與此同時，為了順利開展吊裝施工，有關場地安排應該與總平面設計情況相結合，合理規劃運輸的通道，降低發生質量問題的概率。與此同時，還要合理選擇塔吊的噸位和位置，使構建的利用率加大，避免發生安全事故。

4.3 專業協同設計要點

對預制裝配式建筑的規模以及布局和建設需要能夠有效地符合抗震設計需求。在預制構件設計中，遵循的原則主要是多種類型的組合以及施工方便和規格減少、連接簡單等。建筑的承重墻以及墻柱等垂直的構件連接需要保證其直上直下，門窗洞需要保證從上到下能夠對齊呈現一列。預制裝配式建筑需要加強對于公共區域垂直管井的空間位置、大小和共享實際性的思考，使得所設置的垂直管井便于維修，并且盡量對橫線管線在設計中減少交叉并且保持水平布置。同時，對公共區域來講，需要在其管井內進行供暖系統以及其他相關控制部件的設置，并且室內的采暖管道需要能夠設立獨立的循環系統。廚衛排風管道需要對位置和大小、配電箱的位置進行確定，預制構件的設計還需要考慮電話和有線電視接口、網絡接口、插座、燈具等安裝位置，插座以及開關、接線盒、連接線路在預制墻體上需要能夠預留預埋。

4.4 構造節點設計

構造節點設計的合理性，對于提高裝配式建筑結構質量有著重要作用。對于防水性能較為薄弱的部位，如外墻板接縫、門窗洞口等，需要結合物理、力學耐久性和裝飾性能進行綜合考量，以保證材料選擇以及節點設置的合理性。同時在接縫操作中，需對施工區域所在的天氣情況實行綜合分析，以提升節點設計的有效性，促進節能防水目標的實現。在預制外墻板垂直縫設計中，需要做好防水措施，盡可能使用防水性高的材料和結構。主要是通過預留鋼筋焊接和混凝土現澆接縫的方式來加強墻體垂直縫位置的防水效果的。外墻連接節點位置使用的密封膠必須具有融合性、抗剪性、抗伸縮變形、防霉、防火等性能。在安裝門窗構件時，需增強外墻與門窗連接的安全性和氣密性。與此同時在剪力墻結構設計中，選擇合適的保溫材料，強化外墻保溫效果，以減少室內能源流失，改善建筑節能特性。

5 結束語

在設計預制裝配建設過程中，不僅要嚴格按照具體的標準原則進行設計，還要詳細地研究和分析整個建筑的結構特征，并且根據積累的經驗，合理分配資源，使這個建筑的設計質量得到良好的提升，為發展預制裝配式建筑打下良好的基礎。