裝配式鋼混組合框架建筑結構設計要點

項艷青

（江西省建工集團有限責任公司 江西南昌 330000）

裝配式建筑物是目前使用頻率較高的一種建筑結構類型，其基本特點就是要通過提前預制構件、在現場進行集中拼裝的方式完成施工任務，施工時的噪音小、工期短、工程安全系數高、施工便利，能滿足新時期建筑施工工作的基本要求。在原材料的選擇上，為了提高建筑物的使用性能，施工人員通常會選擇使用鋼筋及混凝土的混合物來建設框架結構并預制構件。為了保證施工效果達標，應提前根據這兩種材料的性能特點及工程施工要求，明確前期設計工作及中期施工環節的注意事項，合理擬訂施工計劃，落實現場施工管理工作。

1 裝配式鋼混組合框架建筑結構的設計原則

1.1 保證實用性

在優化裝配式鋼混組合框架的建筑結構設計思路時，應考慮建筑框架結構的造型特點是否具有實用性能。實際上，為了保證建筑物能夠投入使用，必須要提升建筑物自身的承載能力，還要盡量降低建筑物的自重。這就要根據各種材料的性能特點展開分析，在前期設計階段，科學計算出各種材料的使用量［1］。關鍵還要考慮到建筑成本問題，遵循成本效益原則，在保證建筑物能夠順利投入使用的基礎上，通過調整設計方案來減少施工成本。據調查可知，人們在選購房屋時都會重點關注建筑物的防火、防水、保溫等基本性能是否符合要求。所以，在實際落實鋼混組合框架建筑結構的設計任務時，必須要做好功能性分析工作，找到提升建筑物使用價值的方法。

1.2 保證美觀性

新時期，鋼混組合框架的設計方向就是：要找到提高整體建筑結構美觀性的方法。實際上，裝配式結構主要是通過構件拼裝的方式完成建筑物的搭建工作，對拼裝角度、構件排列方式的設計任務，將會影響內部空間大小、影響整體造型的美觀性，還會對空間私密性及個性化特征產生直接的影響。因此，為了提高受眾對這種房屋結構的滿意度，主動選擇購買這類房屋，設計人員在擬訂施工計劃、展開工程設計研究工作時，就要從大眾審美的角度出發，找到提高建筑物藝術性、美觀性的方法。以住宅類裝配式建筑為例，基于人們日常生活需要使用電能及水資源，還涉及輸電線路鋪設、供排水管道的安裝等工作，應當著重在結構設計環節中調整鋼混組合框架的造型，保證管線工程的施工工作能夠順利開展。

1.3 保證節能環保

設計人員在參與裝配式鋼混組合框架建筑結構的設計工作時，要結合城市發展建設的實際情況，在設計思路當中融入節能環保意識，嘗試進行綠色施工建設工作。例如，在前期設計階段，要考慮混凝土及鋼筋的最佳搭配方案，用有限的材料發揮最大的使用價值，與此同時，還要結合建筑物的使用壽命和具體使用現狀，對一些受損的鋼混結構進行修復，如果要替換新的構件，則要考慮是否能夠對廢棄材料進行回收再利用，這是節約成本、保護環境的關鍵所在。實際上，與傳統建筑工程施工任務相比，裝配式施工具有施工過程噪音小、施工后產生的建筑垃圾少等優勢［2］，因此，目前各個城市都在基礎設施建設過程中開始推廣裝配式建筑。

2 裝配式鋼混組合框架建筑結構主體的設計要點

基于建筑工程大多都具有規模較大的特點，在具體設計工作中，通常都要采用分模塊設計的方式，找到每個施工模塊的工程設計要點。下文就以建筑結構主體的設計過程為例，展開簡要的分析和研究。

2.1 平面設計

對建筑結構整體展開工程設計工作時，要先完成平面設計任務，繪制施工圖紙，確定各項施工參數信息，了解施工時需要使用的基礎構件，最終確定構件的材質、造型。另外，要做好建筑物內部空間的布局工作，根據建筑物的用途來調整設計方向。例如，常規住宅建筑物內部要有客廳、廚房、洗手間、臥室及陽臺，設計人員需要分別完成對這些空間構造的平面圖紙繪制任務，確定每個空間的尺寸、方位，還要考慮建筑物朝向，確定門窗的布設位置。在平面圖較為抽象、無法全面體現設計思路時，可以使用信息技術配套構建立體模型，方便直觀地分析出設計方案中是否存在不足之處，及時做出相應的調整，為后續的構件預制、現場拼裝工作提供數據支撐。

2.2 細部設計

決定使用鋼混組合結構的框架來進行建筑結構建設工作時，要在完成建筑主體的平面設計任務后，及時展開對細部構造的設計工作。例如，與傳統一體式、現澆式墻體結構相比，使用裝配式技術進行基礎施工工作時，會涉及拼裝縫隙的問題，如何做好鋼材料、混凝土構件的銜接管理，避免在縫隙處出現漏水、漏風的問題，就是設計人員新時期要關注的重點內容之一，在這個環節中，可以總結以往的施工經驗，對常見的一些拼裝方案展開對比分析，最終結合分析結果敲定本次建筑物的施工計劃，有效解決細部設計工作難題，提升建筑物的使用效果。

2.3 節點設計

鋼混結構框架是目前建筑結構最常見的一種框架類型，在此框架上展開構件的拼裝工作，能夠有效提高建筑結構的承載力、抗震能力。需要注意的是，在建筑主體的鋼混結構拼裝工作中，需要確定材料之間的連接方式、測量連接節點，要在設計環節考慮工作難易程度、風險性、成本、施工進度等多個方面的因素，對連接方案做出選擇。結合實際使用情況可知，使用鋼混組合結構的優勢就是可以解決鋼結構自身防腐蝕能力弱、混凝土結構抗側力不足的問題。具體計算節點時，可以構建數學模型，模擬建筑物的施工過程，并采用有限元軟件補充計算，得出相應的結果后，找出降低建筑裝配工作開展難度的方法［3］。

2.4 受力分析

要對建筑主體可能承受的作用力大小、方向進行預先分析，目的是展開風險預估工作，科學規避建筑物的建設及使用風險。例如，當地風力大，要考慮主風向，優化建筑結構的朝向、造型，找到提升建筑物抗風能力的有效方法，與此同時，建筑物各構件之間彼此連接、相互影響。在前期設計工作中，設計人員要找到讓構件之間作用力保持平衡狀態的方法。另外，建筑主體建設完成后，還會增加地面的負荷［4］，所以，設計人員在完成受力分析工作、優化設計方案時，還要考慮地基的承載力是否達標，如果不符合要求，可以從調整造型結構、減輕建筑自重及地基加固處理等多個角度來處理問題。

3 裝配式建筑結構各類預制構件的基礎設計思路

3.1 預制柱設計思路

預制柱需要與地面、建筑物底板及頂板保持垂直，是建筑物豎向結構構件中主要承擔載重功能及支撐作用的構件。需要注意的是，預制柱直徑過大、間隔距離過窄時，會造成空間狹小的情況，影響建筑物內部的美觀性及實用性，要求設計人員引起重視。在具體配置預制柱構件的過程中，應選擇合適的施工原材料。基于本次工程主要使用的是鋼混組合框架結構，為了方便施工操作，設計人員也會選擇使用鋼筋混凝土的結合物來制作預制柱，可以選擇將矩形柱直角設置成倒角形式，注意提前根據預制柱的使用需求給出混凝土的配比參數，選擇合適的原材料。另外，在設計環節規范施工流程、選擇施工技術方法時，可以在預制柱上采用插筋的方式，將鋼筋和混凝土組合在一起，完成對預制柱的固定操作。構件連接時，考慮到預制柱的性能特點，還要使用高強度的螺栓，應及時確定螺栓的安裝位置、控制螺栓的數量。

3.2 組合梁設計思路

選擇使用鋼混組合框架進行建筑結構設計工作時，針對梁體結構也要嘗試進行組合梁的設計。例如，將預制板與現澆鋼筋混凝土結構疊合在一起，完成組合梁板的配置工作后，再進行現場的安裝施工，不僅可以提高梁體承載力、抗拉力，還能在不打磨梁板的前提下完成建筑結構的裝飾操作，極大地節省施工時間，縮短施工工期。設計人員的根本任務是計算出組合梁體的厚度，確定預制板的材質。

3.3 帶肋疊合板設計思路

除了常規的梁板結構施工環節需要使用疊合板之外，在新時期的建筑結構設計環節中，還可以在適當位置上使用帶肋疊合板，這種疊合板的基本特點是：要在板材上附加肋條，以達到提高板材使用壽命及使用價值的目標。常見材料以鋼筋為主，設計人員會考慮進行預應力張拉操作的可行性，還要設計好鋼筋肋條的使用數量、擺放形狀，與此同時，要確定板材的尺寸，包括長度、寬度及厚度。此外，針對不同的建筑結構設計要求，要考慮到工程施工跨度會對帶肋板使用效果產生的影響，估算整個建筑工程中需要使用多少帶肋板，安排構件的制作或采購計劃。還要著重從倒角、直角兩種拼縫方式中做出選擇，找到最適宜的現場拼裝方式［5］。

3.4 預制樓梯設計思路

城市可用于建設建筑物的土地面積是有限的，如何合理發揮土地資源的使用價值，是設計人員的核心工作任務之一。針對這個問題，應重點做好建筑物的造型設計工作，并嘗試從立體空間的設計角度完成內部空間結構的分配與利用。如果要采用裝配式施工方案，通常還會涉及對樓梯的預制工作，應考慮到安裝的便利性問題，做好樓梯造型的設計工作。現階段，很多工作人員都會首選使用上端固定、下端滑動的板式樓梯，應在樓梯的圖紙當中確定扶手欄桿的位置，樓梯邊可以設計一定高度的反坎。實際上，樓梯一端設計為可滑動的形式，就是為了根據現場情況合理調整樓梯的固定位置，讓裝配式建筑施工工作具有可操作性強、靈活性高的特點。此外，針對預制樓梯的材質來分析，也要嘗試采用鋼混組合結構，這可以提高樓梯自身的載重能力。

3.5 預制陽臺及空調板

很多建筑物都會設置陽臺及空調板，要分別對這兩種構件的設計方案展開分析，找到設計側重點。首先，為了讓建筑結構顯得簡潔、美觀并具有實用性，很多陽臺構件都會設計成懸空式的結構。在構件的集中制作環節，應根據陽臺對承載能力的要求，選擇預留鋼筋，讓鋼筋作為建筑物主體與陽臺之間的連接物。其次，基于大多數地區都具有夏季高溫、冬季寒冷的特點，人們會在建筑物室內安裝空調，而空調外機則要懸掛于建筑物外墻上，為了保證空調外機的安全性，通常要設計一個向外延伸的預制板作為專門放置空調外機的載體。

4 裝配式鋼混組合框架建筑結構設計環節要解決的難點問題

4.1 荷載問題

在具體落實建筑結構的設計工作時，如果要采用裝配式施工方案，還有一些難點問題需要解決。例如，建筑物縱向高度增加，自身的荷載量就會加大，如果不能提高荷載能力，就會影響建筑物的使用安全，這就要求設計人員在繪制施工圖紙時，嘗試模擬施工流程，判斷出建筑結構的重心位置，并結合當地的地質結構情況、各種預制板材的實際使用價值，綜合確定建筑物的適宜高度、寬度及預制板厚度。一般來講，設計人員應當結合常見裝配式結構的施工案例，提前找到會影響荷載的因素，確定工程設計及施工建設工作的著力點，研究分攤荷載量及提高建筑物載重能力的有效方法［6］。

4.2 變形問題

采用拼裝構件的方式完成現場施工任務時，對構件擺放時的水平度及垂直度有較高要求。要在設計階段對每個構件的擺放位置及角度給出明確的數據，并要求施工人員嚴格按照相關規定完成施工建設任務。與此同時，應考慮到建筑物在受力過程中可能發生的變形情況，提前計算變形量，落實好風險防范管理工作，關鍵要定期做好對建筑物的維修及養護管理，以此來科學延長建筑物的使用壽命。

4.3 防災問題

新時期，人們在選購建筑物時會更關心建筑物自身的安全性能。因此，完成建筑施工設計工作時，應著重研究如何提高建筑物的防災、減災能力。首先，要了解建筑物內部布局設計方式是否能夠在災害來臨時保證人們能夠盡快逃生。例如，針對火災問題，通常要設置消防通道，在相應通道的建設任務中，要優選高質量的建筑材料，提高通道的防坍塌能力、防火能力。其次，可以考慮在適當位置上設置與相鄰建筑物相連接的外置樓梯，最大限度地規避或減輕安全風險造成的不良影響。

5 結語

為了提高建筑結構的使用性能，設計人員會考慮將鋼材料和混凝土材料結合在一起，建設鋼混組合框架，并在拼裝建筑物時使用一些鋼混疊合板。需要注意的是，要提前做好平面設計工作，確定各項施工參數信息，還要從細節處入手，確定各個構件的安裝位置及銜接方式，考慮銜接緊密性的問題。與此同時，應選擇合適的鋼結構連接節點，且要對整個建筑物的受力特征進行綜合分析，結合所得結果來調整工程設計方案。針對預制構件的問題，要重點從預制柱、組合梁、帶肋疊合板、預制樓梯、陽臺及空調板等多個角度完成基礎設計任務。設計人員要考慮建筑物的荷載問題、變形問題及防災減災問題，不斷提升自身設計水平，優化設計思路，以此來為建筑施工行業的穩步發展提供基礎支持及必要保障。