裝配式建筑設計常見問題

鮑 楠 長春遠大裝配式建筑設計有限公司高級工程師

隨著我國近幾年節能減排策略的實施，碳達標、碳中和被提高到國家戰略高度。建筑業作為一個高污染、高耗能行業，如何順應國家戰略和保護好我國的藍天、綠水、青山成為其必須要充分考量并深入研究的問題[1-3]。

1 裝配式建筑的概念與發展現狀

裝配式建筑是將大量的建筑制品在工廠加工預制，之后運輸至施工現場進行現場裝配的新型建筑建設方式。與傳統現澆混凝土的建筑形式相比，具有節能環保、提高作業效率、節省材料等諸多優點。近年來，在“綠色建筑行動”“建筑工業化和住宅產業化”政策和經濟發展的驅動下，裝配式建筑已成為國內研究和探索的熱點。但總體來看，我國裝配式建筑規模較小，存在技術集成度低、關鍵節點構造及做法不先進、施工做法比較滯后、缺少相應施工問題全面系統性的總結等現象。因此，需要剖析裝配式建筑在前期建筑功能設計、結構強度分析及安全保障方面的要求，同時結合本人長期的裝配式建筑施工及工程設計方面經驗加以分析。筆者盡量挖掘裝配式建筑自身特點及其上下游間的相關性，提出行之有效的裝配式設計思路，從而為裝配式建筑裝配率的進一步提升和國家建筑行業的節能減排出一份力，同時為北方地區裝配式建筑的大規模產業化發展提供一些引導。

2 裝配式設計方案的常見問題及其設計要點

建筑結構形式有很多類型。從使用功能方面來看，有住宅、商業、地下管廊、大型體育及綜合場館類型建筑、寺廟、教堂等。從結構受力特性方面來看，有剪力墻、框架、框架剪力墻、框架核心筒、部分框支剪力墻以及板柱剪力墻等。針對不同的建筑，結構形式有與之先天性相適宜的裝配式設計方案[4-7]。

2.1 普通住宅建筑

對于普通住宅建筑，通常會采用如圖1 所示的剪力墻結構。使用此種方式的施工速度快，工藝流程比較成熟，裝配率在30%～50%，通過合理化設計均可以實現，且施工難度不大，操作性強。其主要預制構件包括剪力墻、混凝土墻體（不含邊緣構件部分）、內隔墻及外隔墻，外墻保溫防水在工廠一體化完成。

圖1 剪力墻結構的裝配式住宅

剪力墻作為主要的抗側力結構受力構件，其樓層處的連接強度得到有效保障是結構設計、加工廠家以及施工現場需要嚴格把控的重點和難點。裝配式剪力墻結構的樓層梁、板與墻的連接節點如圖2 所示。

圖2 裝配式剪力墻結構的樓層梁以及板與墻的連接節點

2.2 普通商業建筑

普通商業建筑的傳統做法是采用混凝土框架結構形式。如果想繼續采用傳統的混凝土框架形式，裝配率要達到一定程度且盡量減小造價。前期方案創作過程中盡量采用等跨柱網，做到功能對稱，隔墻布置統一對稱。如果柱網在樓板的受力方向可以控制在4.5 m 以內，則可以采用預制混凝土樓板方式。如果柱網在4.5 m 以上，則盡量采用鋼桁架樓層板或直接采用鋼結構形式進行裝配式施工。對于裝配率要求比較高且需要對框架柱進行裝配的工程，需嚴格保證連接處的連接強度。裝配式框架結構如圖3 所示。

圖3 裝配式框架結構

2.3 地下管廊建筑

地下管廊建筑絕大多數是在地下空間，其工作環境常年存水，加之城市污染，北方地區冬季大量使用防凍鹽等情況，為避免其抗浮、抗腐等因素制約，不宜采用鋼結構裝配式形式，適宜采用混凝土材料，通過設置標準斷面進行標準化裝配式設計及施工。裝配式管廊如圖4所示。

圖4 裝配式管廊

2.4 大型體育館及綜合場館

大型體育館及綜合場館類需要綜合考量其使用功能、政府規劃、城市面貌等方面，其立面造型效果要求與內部使用功能要求復雜，因此此類建筑如有裝配率要求，則大多采用鋼結構方式。需根據建筑特點及使用要求進行鋼結構集中設計、深化廠家進一步加工、現場拼裝等一系列工藝流程。鳥巢是比較有代表性的裝配式建筑，如圖5 所示。在建筑前期設計過程中，首先要從國家整體預算方面進行把握，如果預算比較充足則可以在空間美觀和立意新穎等方面進行深入把握。如果預算并不十分充裕，則需要在把握整體觀感效果的前提下，盡量實現造型節點的外觀相似。內部的主要效果及比較關鍵的節點方案需要與造價及結構設計人員進行充分探討后做相應的設計深化。

圖5 鋼結構鳥巢

2.5 寺廟、教堂等建筑

寺廟、教堂等具有深厚文化底蘊及工藝要求的建筑，在建筑結構設計前期就應該充分了解使用方的使用需求及一些特殊的使用要點。對于此類建筑，由于其莊嚴性、使用時間、重要性等方面的要求，應合理設計，一般不推薦采用裝配式設計。如需有裝配式設計及施工要求，應在保證其結構安全性和實用性的前提下再確定其裝配率，而非一味地提高裝配率。

3 結語

裝配式建筑是未來建筑發展的一個必然方向，在建筑結構設計過程中不應排斥或放棄這種新的技術方式。對一個建筑物來說，不同的建筑功能需求與結構設計方案具有千絲萬縷的聯系，在設計初期就應該把握好這種內在關聯，從而起到事半功倍的效果。