裝配式建筑結構設計優化路徑分析

李宏博

摘要：建筑行業是我國國民經濟的基礎，近幾年具有良好的發展趨勢。在建筑行業整體繁榮的帶動下，裝配式建筑得到廣泛的應用。通過相關統計數據表明，裝配式建筑在近幾年保持24%的增速發展態勢，未來具有廣闊的應用前景。隨著我國經濟水平的不斷提高，對未來建筑行業的發展也提出了更高的要求，裝配式建筑工程的數量將不斷增長，裝配式建筑的滲透率也將隨之提升，裝配式施工技術逐漸成為我國建筑施工的主流技術。

關鍵詞：裝配式;建筑結構;設計;優化路徑

1關于裝配式建筑的概述

裝配式建筑就是指在建筑過程中，先提前制造好建筑所需要的各個構建部分，然后將這些構件統一運輸到建筑現場，通過設計的安排進行裝配，最終完成整體建筑。最早提出裝配式建筑的時間是20世紀初期，那時候裝配式建筑的建筑外觀還比較單一，沒有得到廣泛的推廣。一直到近幾年，隨著社會整體經濟水平的不斷發展，裝配式建筑的施工工作也在不斷完善。在施工方面，裝配式的建筑速度非常迅速，完工的建筑質量也相對較高，而且還有很高的環保性。結合目前裝配式建筑的發展現狀，在未來裝配式建筑一定能夠成為建筑業的主要發展方向[1]。

2裝配式建筑結構設計規范與要點

在裝配建筑設計期間，應注重設計方案的科學性、可行性，在保障建筑安全可靠、功能完善的情況下，盡量減少能源消耗，依靠專業精準的設計，使設計方案更加全面、標準，由此取得更大的綜合效益。一般情況下，在建筑方案設計中，先應根據建筑物功能需求，對柱網、外觀、戶型等進行深入探究，提出行之有效的改進意見，使建筑結構高度、復雜度等均處于允許范圍。在初步設計期間，還應綜合考慮建筑材料、結構體系、關鍵參數等方面，對比分析多個方案的可行性、經濟性，從中選出最佳設計方案;還應堅持標準化配筋原則，利用軟件技術精準計算，結合實際情況合理調整設計模型與方案，確保設計全過程均處于可控范圍。一般情況下，在裝配建筑結構設計中，技術人員應制定相應的規劃設計方案，利用BIM技術開展相應工作。通常主體結構設計不但要確保整體質量良好，還要兼顧建筑的各項功能，且盡可能控制工程造價，提高各類資源利用率，極大地提升建筑總體經濟效益。在結構設計優化方面，主要包括兩個方面：①明確建筑各類功能要求，科學排列主體結構，細致研究柱體節點以及內部構造;②根據項目總體水平，對建筑材料、結構系統等參數進行規劃設計，使設計工作更加科學高效[2]。

3裝配式建筑結構設計要求

在對裝配式建筑結構進行設計的過程中，設計人員不僅要滿足建筑物自身的工作要求，還要提高主體結構的應用安全性，確保工程的建設行為更加節能環保。要對主體結構進行精細化設計，確保最終設計出的成品更加專業標準，提高綜合效益。在進行設計的過程中，還要對現有的設計方案進行分析和對比，從而選擇最優的方案。對于裝配式建筑結構的建設來說。對各項工作的開展，存在較高的要求。設計人員要與其他專業人員進行溝通和交流，在了解項目基本內容的基礎上，對結構進行具體的設計[3]。在開展設計工作的過程中，還要從整體層面對其進行科學的規劃，確保設計參數和設計效果，能夠滿足工程的建設要求。設計人員還要將綠色設計理念，融入到工作的各個環節中，確保最終建設的建筑物在應用時，更加節能環保，避免對周邊環境造成較大的破壞。

4裝配式建筑結構設計的具體表現特征

在裝配式建筑后期的施工環節中，像預制板和鋼構件這類的建筑材料可以進行規?；纳a加工，那么在安裝工作上可以節省一大部分時間。同時裝配式建筑使設計工作和施工工作完美結合在一起，在各個環節的銜接工作上起到了促進作用，保證了后期建筑物的質量。隨著當今社會信息技術的不斷提高，在裝配式建筑預制加工工廠可以對傳統工藝進行深度優化。在預制零部件的安裝工作中可以采取焊接配合螺栓固定的方式進行，通過此方法可以讓生產標準達到一個規范的水平，促進建筑行業的長期發展。

5裝配式建筑結構設計的思路

5.1思路

裝配式建筑的結構設計中，為提升結構設計的總體水平，相關設計人員應確定設計思路。與常規的建筑結構相比，裝配式建筑的結構構件具有獨特性，通過結構設計優化，可以在很大程度上減少整體結構中異形構件的產生，進而提高裝配式建筑的結構質量，在不斷的結構設計優化中，工程建設成本也得到了一定的控制。在具體的結構設計工作中，專業設計人員需從尺寸、配筋等各個方面著手，對結構中所涉及的節點錨固、構配件拆分等加以詳細處理。如果裝配式建筑結構應用的是程序化設計，可能會導致建筑外形尺寸較為單一，且各個梁、板和柱等內部構件的尺寸較為單一，無法提升整個裝配式建筑結構中的空間利用率?，F階段，隨著我國工程技術的日漸進步，BIM技術逐步被應用于工程項目中，裝配式建筑結構設計中應用BIM技術，克服了傳統結構設計技術的局限性，不僅提升了設計效率，更是實現了結構精度的控制。BIM模型在形成以后，完全可以在項目的全生命周期內實現動態監控。結構設計方面，通過PKPM準確計算配筋量，還能夠對層側移剛度加以精準控制，也就使得整個結構設計思路更為清晰和完整，為結構優化提供了保障。

5.2要求

裝配式建筑的結構設計中，相關設計人員應根據實際的設計需求，采用先進的結構設計技術，比如，選用BIM技術來開展裝配式建筑的結構設計優化。在利用BIM技術開展結構設計優化的過程中，不僅要關注結構的整體質量，更要注重建筑功能性的考慮，實現裝配式建筑施工過程中的資源合理配置與利用，提高裝配式建筑的經濟、社會與環保效益。在開展裝配式建筑結構設計的過程中，專業設計人員應首先了解結構的功能需求和特性，對整個裝配式建筑開展科學的結構布局;其次，專業設計人員應依據結構標準，對結構體系中相關參數加以科學配置，保障各個設計細節的優化[2]。

6裝配式建筑結構設計的優化路徑

6.1實施全過程的建筑結構設計流程管控

部分裝配式建筑存在著結構設計成本偏高、設計細節把控不嚴的情況，這是結構設計流程管控不嚴格所造成的。正是因為沒有制定科學的結構設計流程，導致在設計、生產與施工環節的銜接性不足，無論是構件生產還是施工作業中都面臨著多種質量問題。因此，針對這一情況，在裝配式建筑的結構設計時，設計人員應根據總體的結構設計標準，處理好結構圖紙、構件預制和施工作業之間的緊密關系，通過不同環節的流程再造和銜接來保障設計工作的高效、有序進行。各個工程企業在裝配式建筑結構設計中，應該不斷積累經驗，對結構設計流程加以調整與控制，簡化預制構件的生產工序與流程，降低總體的施工難度，實現構件預制中的成本控制[3]。

6.2建立健全設計體系

我國的裝配式建筑施工技術在多年的發展中取得了一定的成果，但依然存在著很多的技術難題。各個工程企業在裝配式建筑的結構設計和施工過程中，要不斷積累結構設計經驗，建立完善的結構設計體系，在該體系中明確規定裝配式建筑的結構設計流程、標準等基本內容，為設計人員的設計工作提供制度指導。與常規的住宅式建筑不同，裝配式建筑結構設計更需要構建可行且完善的標準設計體系，該體系由標準化戶型模塊和標準化交通模塊所構成。交通模塊，重點是要進行裝配式建筑中樓梯、電梯井、過道等基本交通要素的標準化設計，而戶型模塊方面，重點要進行內部空間結構的優化，使得空間形狀、尺寸能夠達到標準化設計需求。

6.3裝配式建筑結構設計技術優化

針對剪力墻結構體系的優化，可以從以下3方面來開展：（1）優化結構體系中的承重墻板。整個裝配式建筑結構體系中，承重墻板是重要構成要素。為保持結構目標的實現，一般將承重墻搭建在兩側山墻上，隨后利用專門的結構設計軟件，利用軟件中的相關功能，實現整體的內力分析和（構件設計，驗證承重墻的豎向荷載和水平荷載能否符合總體的結構標準。（2）加強節點設計。裝配式建筑結構中，不同結構要素之間是通過節點來實現連接的。加強節點設計，可以在很大程度上提升結構的整體性，發揮節點在內力傳遞方面的作用，各個節點連接處，應保障連接的穩定性與可靠性。（3）結構設計的過程中，應考慮現場吊裝、運輸和安裝方面的因素。裝配式建筑剪力墻結構設計中，采用分塊設計的方式，應充分考慮施工現場的具體情況、承重墻板拼接位置等基本要素，在豎向拼縫的設置時，盡量避開剪力墻邊緣構件位置[2]。在裝配式建筑框架結構設計的過程中，結構設計優化應該注意：（1）混凝土強度等級應該與結構標準一致。裝配式建筑的結構設計中，框架梁、框架柱混凝土強度等級，均應在C30以上。（2）結構設計工作的開展過程中，尤其要以平面設計原則作為指導，框架梁、框架柱中心線要保持重合，如果在結構設計的過程中，梁柱中心線無法保持重合，在設計優化的過程中應考慮偏心因素的影響，而豎向構件之間應上下對齊。（3）預埋件設計的過程中，應處理好各個預埋件與主體結構的關系，保障預埋件的位置和尺寸。

6.4預制構件拆分把控

裝配式建筑的結構構件非常復雜，包含的預制構件數量較多，在結構設計與優化的過程中，專業設計人員應根據裝配式建筑的結構特點，了解清楚在結構體系內哪些屬于現場澆筑構件，哪些屬于預制構件。一般的裝配式住宅建筑在設計時，設計人員應注重水平構件預制技術的選擇，尤其要注重疊合板、陽臺、樓梯等的科學設計，根據現場條件來進行各個構件的科學使用，通過科學地規劃與布局，節約空間和成本。此外，結構設計優化的同時，同樣要對比預制外墻和承重內墻、非承重內墻的預制，以減少整個結構體系中的支架數量[1]。

6.5優化預制構件的節點設計

節點設計是裝配式建筑結構設計中的一個難點，且節點設計是否合理，關系到裝配式建筑結構的穩定性與安全性。在傳統的節點設計中，一般選用的是鋼筋或者套筒連接方式，這些連接材料的價格偏高，也就導致整個結構的建設施工成本較高。從經濟性的角度出發，設計人員在裝配式建筑結構設計中，為提高節點設計水平，可以通過優化預制構件之間、預制構件與現場混凝土構件之間的節點連接方式來最大限度地提高結構性能。

結束語：綜上所述，目前我國的房屋建筑工程已經隨著社會的發展，取得了超越預期的進步，隨著人們生活水平的提高，我國居民生活正在朝著城市化的方向發展，城市化的深入發展也讓房屋建筑工作越來越艱巨。裝配式建筑在現代化社會中滿足了“綠色建筑”的環保要求，是我國建筑行業持續發展的必然選擇。因此在裝配式建筑的設計過程中，設計人員要充分掌握設計流程，對整體布局和技術等重點內容進行保障，最終使設計出來的建筑結構能夠滿足裝配式建筑的基本要求。

參考文獻：

[1]馬世長，孫燕飛.淺談鋼結構在裝配式建筑中的應用[J].建材與裝飾，2019（27）：14-15.

[2]羅志霞.探究預制裝配式建筑結構體系與設計[J].江西建材，2019（08）：42-43.

[3]皋語.裝配式建筑結構設計要點研究[J].智庫時代，2019（21）：289+291.

[4]徐有明.實例探析裝配式建筑結構設計與施工要點[J].智能城市，2018，4（19）：28-29.