裝配式建筑結構整體設計及安裝優化策略

林永銓

（中交建筑集團有限公司，北京 100022）

0.引言

裝配式建筑由于施工方便、現場施工數量相對較少，因而它的施工速度更快，建造費用也大大減少，在此背景下，整體組裝結構曾一度流行。但是，從當時的施工質量來看，它的總體質量并不好，其主要由于設計水平的限制，使得預制構件不能滿足設計的需要。預制構件的制造工藝水平較低，因而預制構件的制造精度較低。但隨著我國建筑技術的進步，以其獨特的結構特征，可以在施工中發揮巨大的作用。

1.裝配式建筑結構的概述

1.1 裝配式建筑結構體系

所謂的裝配式建筑，就是將預制柱、預制梁、內外墻、空調板、疊合板等建筑材料，通過組裝而成。一般來說，組裝房屋的結構分為兩大類，一類是組裝，另一類是在工廠內組裝。第二種方法是裝配，把構件送到工地，然后在工地上根據結構設計的要求進行現場裝配。一般來說，根據不同的結構形式可以將其劃分為：剪力墻、框架核心等。目前，國內使用最多的剪力墻結構常用在某些大型購物中心和住宅建設中。

1.2 抗震性能

抗震作用的優劣與建筑物是否具有抵抗自然災害的能力有著密切的聯系，所以要提高其抗震能力，才能有效地抵抗自然災害。目前，裝配式混凝土結構可分為全組裝和半組裝兩大類，但不管是哪一種，其對結構剛度的影響都是構件的剛度和節點剛度，而與裝配程度無關。當發生地震時，若其剛性達不到要求，很可能會導致建筑物的損壞。

2.整體裝配式建筑結構設計要點

2.1 立面以及平面設計

在設計中，平面設計是整個設計的重要組成部分，平面設計是整個設計的重要組成部分，因此，在設計時應充分考慮到空間、功能等方面的因素，首先要進行平面設計、設計功能、實際需求、平衡構件尺寸和空間尺寸。在設計過程中，按照規范化、系統化的原則，將設計資料進行實時上傳，并生成二維和三維的圖形。在設計的時候，要考慮到建筑的合理布置，要對現場的施工工藝進行細致的分析，確保預埋件的生產質量達到要求。在建筑的平面和立面設計中，要充分考慮到建筑的實際需要，并運用良好的設計思路，以減少施工的困難。

2.2 標準化構件

在進行裝配式施工項目的設計時，對預制件的標準化進行了探討。在設計時，各預制件必須嚴格遵守設計規范，以降低工程施工中的總體難度，特別是要盡可能地減少使用復合構件。針對目前國內預制件的生產質量，一些預制件仍然無法保證其精確度，因此，必須考慮到在施工中有可能出現拼裝與現澆結合的情況，在設計時要注意到各種施工方式的結合性。

2.3 裝配式結構節點

結構節點是不同預制件之間的連接點，對整個裝配式建筑的施工質量有很大的影響，因此，在進行該部分的設計時，應考慮到施工現場的地質條件、建筑的功能等，并在進行節點設計時，對其承重和剪力進行分析。注意應力轉移能力是否符合整體的受力狀況，若有異常的參數，必須按照國家標準對結構節點進行再設計[1]。在接頭方式上，采用增加高強度螺栓等方式，以達到應力傳遞的目的，從多個角度提高工程的整體剛度，并注重節點的延伸性能。保證結構節點的技術內容在工程實踐中得到貫徹，從而提高工程的整體質量。

3.裝配式建筑結構設計

3.1 框架結構體系設計

裝配式建筑框架結構是目前國內市場上使用最多、使用最廣泛的一種。其主要原因在于其輕質、便于搬運，且屬于整體性能比較好的高層框架。在采用框架結構系統時，不管是層合板還是合梁都是在廠房內進行，通過運輸設備將其運送至工地，在此基礎上，采用了現澆鋼筋混凝土結構，或在梁端處設置了鍵槽。在工程設計中，為提高框架結構的承載力，必須重視柱的強度等級應在C30 以上。在梁、柱的中線設計時，必須使其與垂直平面一致，并形成對齊的形狀，在垂直方向上也要注意對齊。預埋件是框架結構體系設計的重要組成部分，因此，在實際設計時，要確保各部位的預埋件在整體上具有良好的承載力。

3.2 預制剪力墻結構體系設計

在裝配式剪力墻結構中，承重墻是其重要組成部分，為了確保其設計和施工質量，必須在山壁上設置承重墻。在此基礎上，對其進行了內力分析，并進行了抗側力的設計。在剪力墻結構體系的設計中，應注重對鋼筋的直徑、強度的控制，以保證各構件的結合性能良好[2]。在實際工程中，既要保證結構的受力性能，又要保證結構的可靠性。若發現其抗震性能不佳，則宜加大鋼筋的直徑及強度。注意與施工環境的關系，在剪力墻結構系統中，如采用分段式設計，則應注重與實際情況的關系，如房間構造、拼接位置等。

3.2.1 剪力墻基礎連接節點

在預制混凝土剪力墻的基礎上，每隔500mm 預先埋設E51 型鍍鋅鋼板，3 根20mm 直徑的高強度螺栓與鋼板內壁進行焊接和固定；在現澆混凝土的基礎上，預先埋設2 根20mm 直徑的高強度螺栓；在安裝時，在剪力墻的底端連接部位預先放置20mm 的調平擋板以調節剪力墻的豎直度，剪力墻的調整和固定后與地基用ACC-01 型鍍鋅角鋼預埋高強螺栓進行加固，最后將剪力墻與地基間的空隙用高強度注漿填實。

3.2.2 剪力墻水平連接節點

每一層混凝土剪力墻在預制時，每隔500mm 預先埋設一E66 鍍鋅槽鋼，3 根20mm 直徑的高強度螺栓，在槽鋼的兩邊內側焊接并固定；4 根高強度螺栓在剪力墻內側預先埋設；在安裝時，首先使用4 根高強螺栓將預制構件與調平墊片緊固；其次用M20 高強螺栓調整剪力墻的橫向和垂直度，并在調整和固定兩片剪力墻后；最后用ACC-03 鍍鋅鋼板預埋高強螺栓進行加固，并在預應力剪力墻間的空隙處用高強度注漿砂漿進行填平。

3.2.3 剪力墻垂直連接節點

E53 型鍍鋅鋼板在建筑縱向剪力墻的兩端內側預先埋設，而在同一部位，E54 型鍍鋅角鋼則在同一部位預先埋設；在對兩個剪力墻進行調整和固定后，采用ACC-04 鍍鋅角鋼進行全焊接，并在預應力混凝土剪力墻間隙處進行高強度灌漿。

3.2.4 剪力墻雙T 梁板連接節點

在混凝土剪力墻的內部預制時，每隔500mm 預先埋設E56 型鍍鋅鋼板，4 根16mm 直徑的高強度螺栓在鍍鋅鋼板的內側進行焊接和固定；延長T 形梁的翼緣板中，每500mm 預先埋設E59 型鍍鋅角鋼，4 根16mm 直徑的高強度螺栓在鍍鋅角鋼的內側進行焊接和固定；在安裝過程中，使用ACC-05 型鍍鋅角鋼將 T 型梁翼緣面板上下端與剪力墻用高強螺栓緊固，并用高強度注漿料對其進行填筑。

3.3 預制裝配式混凝土疊合板

在住宅建筑中采用預制拼裝混凝土疊合板，其結構主要包括兩個主要部件：實心板和帶預留孔的板筋，因此，根據板筋的剖面構成，可將其分成兩類：長方形和 T 型。在施工中采用了底板，并在底板上增加了板筋，從而提高了底板的剛度。由于施工過程中受跨徑的影響，必須在底板肋骨之間留出空隙，便于放置無預應力鋼筋和管道，同時，板肋還可以使層板與墻體緊密結合[3]。在疊層板安裝完畢后，要進行混凝土的澆筑，因此，通過使用板筋和預留的孔隙可以更好地將混凝土灌注到基板的表面，并且在將混凝土注入到板筋的預留孔中時，可以起到銷釘的作用，使得疊合板和混凝土可以完全結合在一起。因此，在工程項目中采用預制拼裝混凝土疊層結構，可以有效地改善房屋結構的抗震性能和強度，同時還可以避免地板開裂，節省大量的材料，減少施工費用。

3.4 裝配式樓梯段板設計

當所選的梯段板為壓彎或拉彎型時，采用上下兩層通長的配筋。休息平臺一側的框架柱子構成短柱，其箍筋必須沿著柱身全高進行加密。梯梁在水平方向上的外側各承受相應的剪力，在整個結構中，梯梁必須沿著整個環肋進行加密。樓梯應設置在建筑物的外圍，最好的布置位置是在側墻的內側。

關于上端固定鉸鏈和下端滑動鉸鏈的連接方法，在現有的試驗數據中，在梯段板兩端無旋轉約束的情況下，僅采用逐級梯段板配筋，按照單向簡支板的形式進行配筋，并進行裂紋和變形的校核。在此施工中，也要顧及吊裝時受力的復雜性，應采用上下兩層的通長配筋。在設計時，若將梯段面板置于梯形挑耳或梯形板上，則會引起梯形梁的扭力，形成彎扭構件，造成受力不均勻，增大鋼筋的配筋。所以，在實際應用中，應將梯段面板直接置于梯形梁上，這樣它只會承受來自梯段的垂直壓力。

4.安裝優化

4.1 可調節式墻板支撐系統

預制板到位后，利用可調整式支架系統對豎直度和橫向度進行定位，支架應預留10%的剩余空間，保證在裝配時有足夠的預制板，并對支架進行連接和調整。壁板支承系統是由多根可調整的支承桿構成，可調支承是多段式的。為了最大限度地利用機器的效率，將預制墻板支架固定好，然后用機械起重機進行拆除。采用特殊的輔助支撐體系對預制墻板進行臨時加固，并進行垂直調整。在兩個或更多相鄰的預制墻板時，用螺栓將墻體構件之間的節點固定。調節支承體系以確保兩個聯接板的垂直性和穩固性，所有的螺釘都要先擰，由中間向外擴展。

4.2 墻板翻身吊裝技術

預制墻板運至工地后，由滑輪在兩臺機器三點起吊的情況下，將預制墻板翻轉完畢，卸下輔助吊具，由主吊車將預制件吊至指定的位置，再用座漿墊和螺帽調整方法對墻體進行水平定位。

4.3 疊合板安裝

在吊裝疊合板時，應盡量減少由于自身重量引起的彎矩，使用鋼扁擔吊機，8 個吊點的受力均勻，確保了構件的順利吊裝。吊裝時應先進行試吊，先將吊桿吊離地面50cm，再檢查鋼絲繩、吊鉤的受力狀況，確保疊板處于水平狀態，再吊到工作面上方。

在就位時，層板應由上而下，在工作層上方20cm 處稍作停頓。然后由工人手持面板，使面板的邊緣與墻壁的位置線對齊，并注意防止重疊板上的預應力與墻壁上的鋼筋發生碰撞。放置時要穩定，不能突然松開，以免產生巨大的沖擊力，導致板材開裂。超過5 級大風時，不要再起吊。在調節面板的位置時，要用小塊的木板，不能直接用撬棒，以免造成板角的損傷，應確保擱板的長度，允許誤差不超過5mm。樓面安裝完成后，對標角進行校核，調整底板下可調整的支承。

4.4 樓梯安裝

在臺階上畫出（左右、前后控制線）的安裝位置，在墻壁上畫出標高控制線。對樓梯間的預埋件進行檢查，并對其進行調整。梯段上下口梯梁用鐵墊板找平，并用座漿填實，找平層的標高應精確控制。跳板安裝控制線，檢查控制線和標高，控制安裝高度。樓梯側壁與結構墻之間留出2cm 的空隙，留出粉刷砂漿的空間。預制梯段為水平起重，在起重過程中，臺階的水平位置要保持在一定的水平位置。將吊環用螺釘固定在樓梯面板上，使鋼索吊具和手工吊車連接起吊。在吊裝之前，先要對吊環進行檢查，并用卡環銷釘固定。就位時，樓梯板確保臺階面處于水平狀態，由上部吊至安裝部位，在離地30cm 處稍作停留，然后由工人雙手抓住梯子，使梯子邊緣與梯子上的位置線對齊，放低時要穩定，不能急放，以免用力太大而引起板面開裂。

5.結語

組裝房屋是一種全新的建筑形式。雖然目前由于其諸多優點逐步得到推廣，但仍未形成規模，相關的產業鏈尚不健全，有待于更多的扶持與推進。因此，在建筑產業政策的指導下，建筑行業必須轉變觀念，大力推廣新的建筑結構體系，促進建筑工業化。