裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

朱小暉

(涇川縣建筑工程服務(wù)中心 甘肅 涇川 744300)

隨著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的發(fā)展,與現(xiàn)澆混凝土建筑相比,裝配式建筑結(jié)構(gòu)得到極大了發(fā)展和進(jìn)步,但這種現(xiàn)澆建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)存在著高污染、高能耗、結(jié)構(gòu)建筑難度大等嚴(yán)重問題,現(xiàn)階段,我國(guó)在積極推進(jìn)綠色建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)劃,要求相關(guān)建筑部門以積極創(chuàng)新姿態(tài)改善現(xiàn)階段常見的建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài),用綠色理念設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu),以達(dá)到保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源的目的,以有效解決建筑施工的現(xiàn)狀和發(fā)展問題,最終促進(jìn)建筑業(yè)向新方向發(fā)展。

1 裝配式建筑概述

裝配式建筑是指在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)不同施工單位所需的各種結(jié)構(gòu)和附件進(jìn)行生產(chǎn)、加工,并將其安全運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。將預(yù)制件預(yù)先裝配好的梁、板、柱、墻等結(jié)構(gòu)部件,各種結(jié)構(gòu)和附件都需要通過焊接、螺栓、澆筑等方式組裝而成。中國(guó)自五十年代至八十年代就開始了對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)的開發(fā),其種種優(yōu)點(diǎn)使得它在近代的建筑行業(yè)的而建構(gòu)中占有很大的地位。當(dāng)前,隨著能源和環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升,加上勞動(dòng)力成本的不斷上升,中國(guó)的預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)得到了大力發(fā)展[2]。預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的研發(fā)與應(yīng)用越來越廣泛,但是,由于我國(guó)的預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)不健全,施工難度大,國(guó)內(nèi)相當(dāng)大一部分的設(shè)計(jì)工作者缺少預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),也很難與有關(guān)制造商進(jìn)行有效的溝通,這嚴(yán)重影響了裝配式建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展與進(jìn)步,現(xiàn)階段要想推動(dòng)裝配式建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用就是要充分理解裝配式建筑的設(shè)計(jì)要點(diǎn),加強(qiáng)與各方面的交流,并根據(jù)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展要求,制定出符合目前情況的建筑標(biāo)準(zhǔn),為裝配式建筑結(jié)構(gòu)的普及和應(yīng)用提供一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

2 裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 完善裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

對(duì)于承包商而言,在裝配式結(jié)構(gòu)元件制造時(shí),他們應(yīng)根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)結(jié)構(gòu)圖紙的設(shè)計(jì)、部件設(shè)計(jì)過程、部件運(yùn)輸和結(jié)構(gòu)元件的后續(xù)安裝進(jìn)行一系列標(biāo)準(zhǔn)化要求的約束,以改進(jìn)裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)制作裝配式建筑結(jié)構(gòu)圖時(shí),需要考慮不同部件和機(jī)電設(shè)備之間的預(yù)設(shè)管道和孔洞預(yù)埋問題,并確定預(yù)埋部件的位置,以改進(jìn)所有制造部件的施工工藝,為后期單元部件安裝奠定一定的基礎(chǔ)。在改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)后,裝配公司必須再次檢查和審查設(shè)計(jì)圖紙,以進(jìn)行科學(xué)有序的部件精加工。

2.2 科學(xué)設(shè)計(jì)裝配式連接結(jié)構(gòu)構(gòu)件

為了確保連接的穩(wěn)定,必須在縱向和橫向連接處設(shè)置無(wú)縫連接,并進(jìn)行套管注入。必須采用標(biāo)準(zhǔn)的加工工藝,在設(shè)計(jì)加固剪力墻時(shí),必須保證混凝土節(jié)點(diǎn)的厚度。如果是預(yù)制構(gòu)件的加強(qiáng)節(jié)點(diǎn),則連接處的外側(cè)也需要用水泥進(jìn)行加固,在設(shè)計(jì)預(yù)制梁、板構(gòu)件及混凝土樁時(shí),應(yīng)將二者有機(jī)地,聯(lián)系在一起,科學(xué)地劃分出表面的粗糙面與鍵槽的位置,以保證其設(shè)計(jì)的科學(xué)性剪力墻和混凝土構(gòu)件的上部、下部按照粗糙表面的位置進(jìn)行科學(xué)的銜接,結(jié)合部位采用鍵槽設(shè)計(jì)以達(dá)到加固作用[3]。

2.3 科學(xué)設(shè)計(jì)裝配式構(gòu)造結(jié)構(gòu)構(gòu)件

建筑工程中的樓板結(jié)構(gòu)多為裝配式單層疊合板。在構(gòu)架的設(shè)計(jì)中,應(yīng)在基座上預(yù)留一個(gè)空洞。在對(duì)孔洞進(jìn)行定位時(shí),應(yīng)避免對(duì)銜架鋼與結(jié)構(gòu)之間有交叉。因此,要合理地設(shè)計(jì)鉆孔的寬度,并在施工中采取“取繞洞口”的方法,如果開孔的寬度太大,則需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整,在開孔部位增加鋼筋,使其截面比鋼筋的截面大,在裝配式結(jié)構(gòu)的上部,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了閉環(huán)強(qiáng)化。

3 裝配式建筑的施工要點(diǎn)

3.1 裝配式構(gòu)件的運(yùn)輸和存放

在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工過程中,要及時(shí)對(duì)裝配式構(gòu)建進(jìn)行運(yùn)輸或儲(chǔ)存,在運(yùn)輸、貯存期間,裝配式建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全防護(hù)措施要科學(xué)、合理,以防止由于運(yùn)輸、貯存不當(dāng)而引起的零部件損傷,從而影響到產(chǎn)品的性能。因此,必須對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的運(yùn)輸、貯存過程進(jìn)行標(biāo)識(shí),并對(duì)其進(jìn)行監(jiān)督與管理,以保證其產(chǎn)品的品質(zhì),首先,采用低底板運(yùn)輸車運(yùn)輸裝配式建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件方法,并在車內(nèi)設(shè)置專用框架,保證裝配式建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定運(yùn)輸[4]。

對(duì)于預(yù)制剪力墻板構(gòu)建時(shí),應(yīng)選擇垂直自支撐方式,并將預(yù)制底板整合在一起。對(duì)于預(yù)制陽(yáng)臺(tái)和預(yù)制樓梯,選擇水平運(yùn)輸,并且必須對(duì)構(gòu)件進(jìn)行支墊處理。其次,預(yù)制件運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后,必須妥善存放,倉(cāng)庫(kù)必須選擇土壤硬化程度高、排水系統(tǒng)完善的地方。預(yù)制室外墻板應(yīng)垂直放置,墻板外側(cè)應(yīng)放置在內(nèi)部,預(yù)制層板底板和預(yù)制陽(yáng)臺(tái)應(yīng)水平存放,并相互對(duì)齊。墻體部分的裝配式施工與建筑物的裝飾密切相關(guān)[5]。隨著裝配式建筑的發(fā)展,其施工方式也在不斷優(yōu)化,裝配式建筑施工工藝和技術(shù)得到了改進(jìn)。因此,有必要將重點(diǎn)放在墻體構(gòu)件的施工上。裝配式墻體結(jié)構(gòu)施工主要包括以下幾個(gè)方面:

施工前,要科學(xué)選擇合適的裝飾材料和涂裝材料,確保油漆和裝飾材料的質(zhì)量,確保壁掛結(jié)構(gòu)的環(huán)保。

其次,在建筑過程中,應(yīng)按設(shè)計(jì)要求定期或不定期地對(duì)墻體進(jìn)行檢查,科學(xué)地選擇制造的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,在進(jìn)行墻體填充時(shí),應(yīng)選擇最基本的幾層和墻板之間的空間進(jìn)行填充。選擇填充材料時(shí),應(yīng)重點(diǎn)考慮,不僅要確保設(shè)計(jì)性能,還要確保施工質(zhì)量,提高墻體的使用壽命。

3.2 吊頂環(huán)節(jié)的裝配式施工

吊頂施工是整個(gè)建筑施工的主要階段。傳統(tǒng)的吊頂施工人員設(shè)備運(yùn)行效率低。采用裝配式吊頂結(jié)構(gòu)后,建筑的效率可以顯著提高,這也有助于節(jié)約建筑材料,達(dá)到節(jié)能的目的。確保部分預(yù)制裝配式吊頂構(gòu)件的設(shè)計(jì)精度,確保裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量。在施工過程中,為了科學(xué)評(píng)估不同類型吊頂?shù)闹亓?確保順利施工,提高設(shè)計(jì)精度,有必要測(cè)量吊頂龍骨進(jìn)行測(cè)量并明確其元件的位置,金屬天花板在施工前也需要進(jìn)行測(cè)量,以確保天花板安裝均勻。

3.3 裝配式幕墻的施工

裝配式幕墻是指建筑中的玻璃幕墻,由于其特殊材質(zhì)影響建筑的安全,因此有必要重點(diǎn)進(jìn)行裝配式幕墻的施工。通常,在建造玻璃幕墻時(shí),所選的人造幕墻玻璃都是彼此分離。這些獨(dú)立的玻璃幕墻需要重新組合成成品玻璃幕墻。在玻璃幕墻施工過程中,生產(chǎn)施工流程是固定的,因此無(wú)需加工,只需確保生產(chǎn)的玻璃幕墻尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)即可[5]。

3.4 外墻裝配式施工防水處理

外墻裝配式施工防水技術(shù)的應(yīng)用必須嚴(yán)格按照施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行,并根據(jù)人工外墻的實(shí)際設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)操作。與傳統(tǒng)的防水方法不同,外墻裝配式施工防水技術(shù)必須結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)和外墻裝配式施工防水處理的特點(diǎn),正確解決常見問題,明確外墻漏水的具體位置,在設(shè)計(jì)外墻結(jié)構(gòu)時(shí),有必要將建筑物內(nèi)的灰塵排放,并使用內(nèi)部排水系統(tǒng)將內(nèi)部水池排放到外部。此外,一些裝配式結(jié)構(gòu)在施工期間會(huì)使用特殊材料,這種材料制成的外墻會(huì)有接縫現(xiàn)象,因此更容易連接,這一現(xiàn)象必須及時(shí)解決,避免漏水,影響建筑質(zhì)量。

4 案例

4.1 工程概況

一個(gè)項(xiàng)目由8棟12～27層住宅樓、1棟1層電氣室、6棟3～7層商業(yè)樓和一座地下室停車場(chǎng)組成。這棟建筑的結(jié)構(gòu)此時(shí)采用了一種相對(duì)較新的結(jié)構(gòu),即裝配剪力墻結(jié)構(gòu)。許多經(jīng)典建筑結(jié)構(gòu)代表:外墻、內(nèi)部隔墻、地板和樓梯都是由預(yù)制構(gòu)件組成。

4.2 預(yù)制裝配式建筑技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

4.2.1 經(jīng)濟(jì)效益顯著

預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的工序相對(duì)較少,所采用的大部分是輕型壁板,其人力、物耗相對(duì)于傳統(tǒng)的方式有明顯的減少。通過對(duì)已有的研究發(fā)現(xiàn),預(yù)制裝配技術(shù)在很多建筑的分類中都有很大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),例如裝潢、采暖等,其成本變化較大。根據(jù)相關(guān)資料,與傳統(tǒng)的施工工藝比較,預(yù)制裝配建筑結(jié)構(gòu)式施工的工程造價(jià)明顯下降,帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益,另外,與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)相比,采用預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu),減少了施工難度,提高了工程進(jìn)度,提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。尤其是采用外墻預(yù)制件,可有效降低建筑外墻澆灌問題,增加經(jīng)濟(jì)效益,近幾年,建筑行業(yè)的發(fā)展,加上物價(jià)上漲、環(huán)保要求的提升、組裝工藝的規(guī)范化和產(chǎn)品的使用,使得建筑行業(yè)的整體造價(jià)預(yù)算上升了3.5%。但隨著裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)化,配件和消耗品的價(jià)格會(huì)持續(xù)下跌,工人的技術(shù)水平會(huì)得到提升,而勞工的成本會(huì)更低,所以裝配式房屋的造價(jià)和傳統(tǒng)的建造成本相比會(huì)越來越有優(yōu)勢(shì)。

4.2.2 能源消耗較少

在結(jié)構(gòu)上,裝配式建筑更加合理。在外墻工程中,由于不需要安裝電動(dòng)吊籃,而且木制模板的數(shù)目也比較少,從而解決了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中存在的高能耗問題。在建筑階段可以節(jié)省15%的能量。另外,這個(gè)好處還會(huì)延伸到應(yīng)用的各個(gè)階段。可采用分層隔熱技術(shù),使建筑物具有較好的隔熱效果,節(jié)約能源約25%～35%,節(jié)約用水量36%以上。

4.2.3 良好的環(huán)保效果

結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù),提出了預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)在環(huán)境保護(hù)方面的優(yōu)越性。例如,與傳統(tǒng)建筑相比,建筑垃圾總量減少了0.3%。同時(shí),對(duì)各種污染物如灰塵的抑止效果較傳統(tǒng)方法提高了0.2倍,噪音降低了15分貝。由于預(yù)制裝配式建筑構(gòu)件的隔音效果好,因此對(duì)使用者的影響很少,由此看來,裝配式建筑結(jié)構(gòu)既能保證施工質(zhì)量,又能節(jié)約成本,還能達(dá)到環(huán)保的目的,為使用者營(yíng)造一個(gè)舒適的居住環(huán)境,是順應(yīng)環(huán)保的發(fā)展潮流。

4.3 裝配式建筑的設(shè)計(jì)要領(lǐng)

4.3.1 對(duì)預(yù)制件進(jìn)行分解和加深

在預(yù)制件制造之前,要對(duì)其進(jìn)行合理的分離和加深。在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)、生產(chǎn)效益、生產(chǎn)工藝、施工工藝、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、交通狀況等設(shè)計(jì)圖紙,進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。預(yù)制件預(yù)留的預(yù)留孔洞、預(yù)埋件、機(jī)電管線等,在下一次切割之前,要認(rèn)真檢查圖紙,以確定是否準(zhǔn)確。

4.3.2 預(yù)制件的聯(lián)結(jié)

生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的縱向和橫向的接縫應(yīng)與套管接頭有效地結(jié)合,其連接質(zhì)量應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)定。在預(yù)應(yīng)力滑移墻中,混凝土連接處的斜坡厚度應(yīng)該至少為15 mm,在連接處的保護(hù)層應(yīng)該至少為20 mm,并且在套管間的自由間距應(yīng)該是25 mm。在預(yù)制構(gòu)件的端面上,應(yīng)該有一個(gè)合適的“粗略”通道,其尺寸和數(shù)量要滿足有關(guān)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。在預(yù)制剪力墻安裝后,其頂部、底部、側(cè)面等接縫處應(yīng)為粗糙,并可在側(cè)面設(shè)置鍵槽。在上述工序中,粗面的整體接合面應(yīng)維持在80%以上。在初始表面凹陷處,預(yù)埋件的下陷深度應(yīng)大于4 mm,而預(yù)埋件與墻體的下陷深度應(yīng)大于6 mm。此外,預(yù)制構(gòu)件接頭處的密封強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)該與混凝土強(qiáng)度等級(jí)相適應(yīng)。

4.3.3 預(yù)制件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該方案的預(yù)制塊是一種預(yù)制的疊合式單向磚塊。在生產(chǎn)時(shí),地板上要留下空洞,要避免在鋼筋上打洞,以免影響工程的質(zhì)量。在預(yù)留孔徑小于300 mm 時(shí),應(yīng)將受力鋼筋直接插進(jìn),禁止按要求剪斷;隧道寬度為300～1 000 mm 的情況下,應(yīng)在隧道兩側(cè)各增設(shè)兩根鋼筋,其截面面積不得少于所切鋼筋。在屋頂和后立面的預(yù)應(yīng)力滑動(dòng)墻上,采用了封閉的后澆鋼筋混凝土圈梁,從而形成了一個(gè)穩(wěn)定的整體。在各樓層均應(yīng)設(shè)有連續(xù)的橫向澆注,在該澆注料中,應(yīng)至少布置兩根縱向連續(xù)鋼筋,且直徑應(yīng)超過12 mm[6]。

4.3.4 預(yù)制件的防水處理

建筑竣工投入使用后,必然要受到太陽(yáng)輻射、雨雪侵蝕、公用工程用水等諸多因素的影響。這對(duì)工程的質(zhì)量產(chǎn)生了一定的影響,所以在工程中,既要保證所用混凝土的防水性能,又要保證其穩(wěn)定性和耐用性。預(yù)制的地面和墻體是最易受到外界影響的預(yù)制結(jié)構(gòu),因此,與鄰近構(gòu)件的有效連接是建筑防水的關(guān)鍵。本工程所用的預(yù)制夾心外壁板為封閉式防水結(jié)構(gòu),采用三種方法對(duì)其進(jìn)行有效的防水密封。二是減壓腔,其表層用防水膠帶進(jìn)行有效的壓縮;外層采用高彈性耐候聚氨酯密封件,泡沫條密封,起到了很好的防水防護(hù)作用[7]。

4.4 預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸與堆放

在運(yùn)輸、堆放預(yù)制構(gòu)件時(shí),要特別注意對(duì)成品的防護(hù),如在運(yùn)輸、堆放期間出現(xiàn)質(zhì)量問題,將被認(rèn)為是不合格的,不得在工程中使用。另外,在預(yù)制件的顯眼處應(yīng)設(shè)置警示標(biāo)識(shí),嚴(yán)禁在搬運(yùn)、堆放時(shí)造成破壞,造成資源的浪費(fèi)。

4.4.1 預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸

預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸工具必須是低平車,車上必須設(shè)置特殊的框架和適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裝置。預(yù)制滑板在運(yùn)輸過程中應(yīng)垂直放置,預(yù)制層壓板底板、預(yù)制陽(yáng)臺(tái)、預(yù)制樓梯等應(yīng)垂直放置。可水平運(yùn)輸,但運(yùn)輸過程中應(yīng)停止使用支撐墊和其他必要的緊固方式。

4.4.2 預(yù)制構(gòu)件堆放

預(yù)制層板底板、預(yù)制陽(yáng)臺(tái)和預(yù)制樓梯水平鋪設(shè)到位時(shí),應(yīng)在層間對(duì)齊,特別是,最底層的支撐墊應(yīng)設(shè)置為其全長(zhǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

在技術(shù)施工結(jié)構(gòu)方面,與傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)相比,裝配式建筑結(jié)構(gòu)具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。因此,相關(guān)建設(shè)工程單位需要更加重視裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化,從總體上保證建筑結(jié)構(gòu)的安全和質(zhì)量,以滿足現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的需要。裝配式建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)與重點(diǎn)施工現(xiàn)場(chǎng)有著直接的聯(lián)系,相關(guān)施工單位需要加強(qiáng)裝配式建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量控制和過程管理,為裝配式建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的科學(xué)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。