裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)要點研究

徐志豪 李 營 山東省建筑設(shè)計研究院有限公司

1 前言

隨著時代發(fā)展及社會進步，政府部門的環(huán)保政策愈發(fā)收緊，在“節(jié)能、降耗、減排、環(huán)保”方面提出了相對更加嚴格的要求。而裝配式建筑結(jié)構(gòu)在建筑工程方面可以符合該方面的要求，得到了廣泛的應(yīng)用。裝配式建筑具有工業(yè)化水平高、便于冬期施工、減少施工現(xiàn)場濕作業(yè)量、減少材料消耗、減少工地揚塵和建筑垃圾等優(yōu)點。

與傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，裝配式施工主要應(yīng)用工廠化生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件，然后在施工現(xiàn)場結(jié)合施工要求進行吊裝，在預(yù)制板表面、各構(gòu)件連接處澆筑鋼筋混凝土，進而將各個預(yù)制構(gòu)件連接成為一個整體。預(yù)制構(gòu)件廠的模具可以重復(fù)利用，還可以對廢水、廢料循環(huán)利用。

現(xiàn)階段，由于多方面因素的影響，預(yù)制構(gòu)件深化和施工方面仍存在很多難以解決的問題，無法與設(shè)計理念高效匹配，導(dǎo)致施工工程方面仍存在諸多問題，并且在吊裝工程施工組織管理、施工工藝等方面也存在一些問題。

2 裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

2.1 裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性分析

其一，施工更加便捷、高效。對于傳統(tǒng)施工的建筑結(jié)構(gòu)，需要現(xiàn)場綁扎鋼筋和澆筑混凝土，根據(jù)相關(guān)步驟進行逐步施工，此種傳統(tǒng)的施工方式浪費較多人力物力，且需要規(guī)劃比較長的周期。當房屋主體結(jié)構(gòu)完成之后，還需要對房屋進行裝修，整個過程也需要耗費較長時間。對于裝配式建筑結(jié)構(gòu)來講，僅需利用簡單的拼裝技術(shù)便可以順利完成相應(yīng)的組裝，全裝修、管線分離等使得主體工程竣工以后，可以更快捷地安裝設(shè)備電氣等，有效減少施工周期。

其二，可以節(jié)約更多的資源，有效降低了造價。對于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)，整個施工工作非常的繁瑣、復(fù)雜，在現(xiàn)場施工的過程中需要有多人流水作業(yè)施工，并且需要購買大量的施工材料，耗費的資源較多。對于裝配式建筑來說，現(xiàn)場施工非常簡單，無須更多的工人，在工廠將預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)加工完畢之后在現(xiàn)場進行澆筑、連接即可，有效節(jié)約了人力資源成本。與此同時，在開展傳統(tǒng)建筑施工的過程中，還需要從別處運輸一些鋼筋、水泥、沙子等施工材料，整個過程較為繁瑣。相對而言，裝配式建筑無須耗費更多的資源，經(jīng)濟成本顯著下降。因此，與傳統(tǒng)建筑方式相比，裝配式建筑具備較高的可行性以及經(jīng)濟性。

其三，保護生態(tài)環(huán)境，符合國家環(huán)保政策。對于傳統(tǒng)建筑施工方式，通常需要在建筑地點運輸相對較多的建筑材料，運輸過程中，汽車會排放大量的有害氣體；同時，運輸石灰粉的過程中也有可能產(chǎn)生外泄問題，散落于空氣中也會對大氣造成嚴重污染，甚至危害人們的身體健康。裝配式建筑主要是在工廠內(nèi)部完成，然后再將其運輸至施工現(xiàn)場，可以更好地保護生態(tài)環(huán)境，有效降低空氣中的污染物，切實保護生態(tài)環(huán)境，有助于生態(tài)文明建設(shè)工作的有序開展。

2.2 裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計流程

在裝配式建筑施工的過程中，建設(shè)方、設(shè)計方、生產(chǎn)方、施工方等均需要密切配合，協(xié)調(diào)處理各方面工作，以此確保整個工程有序進行。與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比較而言，裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作展現(xiàn)出流程精細化、設(shè)計模數(shù)化的基本特征。

總結(jié)起來，其設(shè)計階段主要包括以下5個方面。

①技術(shù)策劃；

②方案設(shè)計；

③初步設(shè)計；

④施工圖設(shè)計；

⑤構(gòu)件架構(gòu)圖設(shè)計。

當設(shè)計完成之后，便可以對構(gòu)件加工生產(chǎn)，然后由此進入施工階段。

在技術(shù)策劃階段，設(shè)計單位可以從不同層面、不同維度對項目建設(shè)規(guī)模、建設(shè)目標、建設(shè)定位等方面進行綜合性分析，然后結(jié)合當?shù)鼐唧w裝配式政策制定合理化、完善化的技術(shù)策略，制定相應(yīng)的技術(shù)方案。

以山東省為例，首先需要研究當?shù)卣撸贫ǔ龇弦蟮难b配率。然后對照GB/T 51129—2017《裝配式建筑評價標準》第三章的規(guī)定計算裝配率。

在方案設(shè)計階段，應(yīng)協(xié)調(diào)建設(shè)、設(shè)計、制作、施工各方之間的關(guān)系，并應(yīng)加強建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、裝修等專業(yè)之間的配合，根據(jù)裝配率的計算結(jié)果，設(shè)計建筑圖平立面和結(jié)構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)形式、尺寸等，滿足主體結(jié)構(gòu)、圍護墻和內(nèi)隔墻、裝修和設(shè)備管線等方面的預(yù)制率要求，并且在確保應(yīng)用功能的條件下實現(xiàn)設(shè)計標準化的效果，同時實現(xiàn)“少規(guī)格、多組合”的基本目標。

在初步設(shè)計階段，需要與各個專業(yè)協(xié)同化設(shè)計，歸類預(yù)制構(gòu)件的類型，綜合考慮不同專業(yè)的要求（例如：電氣專業(yè)的線管、線盒預(yù)埋等），針對技術(shù)、成本、實現(xiàn)形式等方面展開探析，制定合理、完善的技術(shù)措施。

當進入施工圖設(shè)計階段之后，還要結(jié)合技術(shù)措施開展設(shè)計工作，在施工圖中綜合設(shè)計不同專業(yè)的預(yù)留預(yù)埋、定位和保溫裝修一體化等。

當進入到構(gòu)件加工圖設(shè)計階段時，構(gòu)件加工圖紙通常是由預(yù)制構(gòu)件加工廠完成并經(jīng)設(shè)計單位確認符合原設(shè)計要求。

2.3 裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計包括多方面設(shè)計內(nèi)容，如結(jié)構(gòu)整體計算分析、結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計、預(yù)制構(gòu)件的拆分以及歸并設(shè)計、預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計等。

第一，結(jié)構(gòu)整體計算分析。在開展裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的過程中，一般會運用等同現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的設(shè)計形式，因此，其所應(yīng)用的計算分析方式與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相同。抗震設(shè)防的裝配式結(jié)構(gòu)，應(yīng)按現(xiàn)行國家標準GB 50223—2008《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》確定抗震設(shè)防類別及抗震設(shè)防標準，同時根據(jù)具體工程的形式和規(guī)模、重要程度等有可能還需要中震屈服驗算、大震彈塑性驗算等。但是，裝配式結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)之間也存在一定的差異，可以結(jié)合實際情況對一些參數(shù)進行調(diào)整。

例如，裝配整體式結(jié)構(gòu)的最大適用高度、最大高寬比等與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)有所不同；裝配整體式結(jié)構(gòu)的局部構(gòu)造，例如設(shè)置地下室的結(jié)構(gòu)地下室頂板宜采用現(xiàn)澆混凝土；裝配整體式框架梁端負彎矩調(diào)幅系數(shù)可取0.7～0.8，與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，可以適當減小疊合梁的剛度增大系數(shù)；對同一層內(nèi)既有現(xiàn)澆墻肢也有預(yù)制墻肢的裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆墻肢水平地震作用彎矩、剪力宜乘以不小于1.1的增大系數(shù)。

第二，結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計。在對結(jié)構(gòu)進行整體運算及分析之后，應(yīng)當結(jié)合分析結(jié)果對預(yù)制梁、柱、板、連接等構(gòu)件進行設(shè)計，在具體設(shè)計的過程中，應(yīng)當嚴格遵循有關(guān)設(shè)計規(guī)范，如GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》、JGJ 1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等。在對預(yù)制構(gòu)件設(shè)計的過程中，需要分析結(jié)構(gòu)應(yīng)用階段的運算分析過程，必須要把預(yù)制構(gòu)件預(yù)制階段以及吊裝階段的設(shè)計工作囊括其中。對持久設(shè)計狀況，應(yīng)對預(yù)制構(gòu)件進行承載力、變形、裂縫控制驗算；對地震設(shè)計狀況，應(yīng)驗算預(yù)制構(gòu)件承載力；對制作、運輸和堆放、安裝等短暫設(shè)計狀況下的預(yù)制構(gòu)件驗算，要符合現(xiàn)行國家標準GB 50666—2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。在預(yù)制階段，需要分析混凝土拆模時的強度，用于固定連接件的預(yù)埋件與預(yù)埋吊件、臨時支撐用預(yù)埋件，并同時滿足各種設(shè)計工況要求。

第三，預(yù)制構(gòu)件的拆分以及歸并設(shè)計。當完成整體計算分析工作，并且構(gòu)件設(shè)計工作全部完工之后，還應(yīng)當通過合理的方式對預(yù)制構(gòu)件拆分以及歸并設(shè)計。在對構(gòu)件拆分之前，設(shè)計方應(yīng)當與預(yù)制構(gòu)件深化方、施工方等進行溝通，拆分過程中還需要綜合性考量施工條件、施工單位的施工能力等方面，運輸?shù)跹b設(shè)備的大小規(guī)格是否滿足施工要求等，并且拆分的構(gòu)件界面應(yīng)當保持高度一致，控制構(gòu)件種類。

第四，預(yù)制構(gòu)件的連接節(jié)點設(shè)計。裝配式結(jié)構(gòu)主要是利用節(jié)點的可靠性連接實現(xiàn)相應(yīng)的功能。節(jié)點及接縫處的縱向鋼筋連接宜根據(jù)接頭受力、施工工藝等要求選用機械連接、套筒灌漿連接、漿錨搭接連接、焊接連接、綁扎搭接連接等連接方式。在設(shè)計梁柱節(jié)點的過程中，需要對接縫的正截面承載力和受剪承載力進行綜合分析和設(shè)計。

第五，預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計。在開展預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計工作的過程中，還應(yīng)當切實滿足構(gòu)件在機電設(shè)備、建筑等不同專業(yè)方面的要求。建筑專業(yè)應(yīng)當注意砌體墻體的深化設(shè)計工作，切實滿足砌體抗震構(gòu)造要求，門窗安裝方面的深化設(shè)計應(yīng)當保證尺寸的精準性，妥善處理與外墻的連接防滲漏問題等。深化設(shè)計包含三方面內(nèi)容，具體為：鋼筋組裝圖設(shè)計、模具圖設(shè)計、吊裝圖設(shè)計。鋼筋組裝圖設(shè)計方面應(yīng)當對預(yù)制構(gòu)件的配筋詳細描述及分析，便于工廠后期加工制造。對于深化設(shè)計人員來講，應(yīng)當結(jié)合構(gòu)件尺寸、配筋等設(shè)計構(gòu)件的模具圖，通過科學(xué)化的方式運算模具強度以及剛度等，防止模具產(chǎn)生腫脹等不良狀況。

3 裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)要點分析

圖1 裝配式結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場

3.1 剪力墻的預(yù)制

在剪力墻預(yù)制的過程中，應(yīng)將預(yù)制構(gòu)件作為重要基礎(chǔ)，做好各方面連接處理，提升工程質(zhì)量，切實提高建筑工程的抗震性能，避免施工材料出現(xiàn)浪費情況。裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工方面，剪力墻施工技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)當將螺栓連接作為重點，確保預(yù)制構(gòu)件之間的精密度以及合理性，對預(yù)制構(gòu)件妥善處理。

在預(yù)制構(gòu)件安裝的過程中需要對下層板插筋處理，檢查內(nèi)墻預(yù)制預(yù)留板螺栓孔，確保其全部插入鋼筋。特別是在施工中還要對螺栓孔固定處理，灌入一定量的水泥砂漿，以此提升建筑工程整體結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性。

3.2 疊合板預(yù)制

在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，疊合板的預(yù)制是非常重要的一項工作內(nèi)容，特別是在提升工程建筑施工質(zhì)量方面，更是發(fā)揮著不可替代的作用。預(yù)制疊合板施工過程中，應(yīng)當注意在疊合板安裝方面的要求，精準把控作業(yè)層之間的距離，找出疊合板安裝中心，預(yù)留出相應(yīng)的空間度，防止安裝過程中產(chǎn)生一些不良問題。

同時還要把控好預(yù)制吊板的安裝位置、安裝方向，做好各方面保護工作，避免安裝過程中產(chǎn)生碰撞等問題。如果在安裝過程中疊合板出現(xiàn)嚴重損壞等問題，應(yīng)當及時對其更換處理，雖會導(dǎo)致整體施工成本增加，但確保了結(jié)構(gòu)安全。

在安裝疊合板之前，應(yīng)當結(jié)合實際情況選取恰當?shù)陌惭b方式，通過模數(shù)化吊裝方式，合理排布疊合板吊裝施工工序，確保疊合板的緊密度。在疊合板底部進行安裝的時候，應(yīng)當加裝臨時支架，把控臨時支架的距離，在疊合板吊裝施工工作全部結(jié)束且滿足設(shè)計要求后，再將臨時支架拆除，確保疊合板吊裝施工的精準性、穩(wěn)定性。

3.3 窗體的預(yù)制

窗體預(yù)制主要是指通過螺栓、吊耳等，將其與窗體上的螺母連接，以提升窗體的安全穩(wěn)定性及嚴密性。窗體預(yù)制的過程中，要全面檢測窗體上的螺母，同時還要精準測量窗體以及作業(yè)面之間的距離。

當位置確定之后，窗體螺母、螺栓應(yīng)緊密連接，進而順利完成窗體預(yù)制施工工作。預(yù)制窗體施工看似簡單，但是在具體施工的過程中包含多項注意事項，特別是在窗體方向控制以及調(diào)整方面，更要尤為注意，精準把控好各個施工環(huán)節(jié)，才可以確保預(yù)制窗體施工技術(shù)滿足相關(guān)要求，提升裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工的合理性以及科學(xué)性。

4 結(jié)束語

總而言之，裝配式建筑是目前建筑產(chǎn)業(yè)在發(fā)展過程中的一個趨勢，在國家和地方政府的推動下正蓬勃發(fā)展。其可以有效降低工程施工成本、保護環(huán)境、節(jié)約各方面資源，符合綠色環(huán)保理念，同時現(xiàn)階段預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)格也更具多樣化，還可以有效縮短施工周期。從各地出臺的裝配式建筑的政策以及具體項目的實施上看，預(yù)制裝配式建筑是大勢所趨，也是潮流發(fā)展所在，各方要共同推動裝配式建筑健康發(fā)展。