預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計(jì)分析

【摘要】近年來，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)得到廣泛運(yùn)用，針對于此，本文討論了預(yù)制裝配式建筑的結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】預(yù)制裝配式建筑；結(jié)構(gòu)體系；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐漸成為建筑工程主要結(jié)構(gòu)形式，促進(jìn)預(yù)制裝配式建筑發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1、預(yù)制裝配式建筑的概念

預(yù)制裝配式建筑指的是組成建筑的主要構(gòu)件大多是在工廠內(nèi)加工完成，然后在施工現(xiàn)場采用可靠的連接方式對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行拼裝成的一種新型建筑形式。常見的預(yù)制裝配式建筑主要有預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)以及預(yù)制集裝箱式房屋。其中，預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)又被稱為裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其主要構(gòu)件是預(yù)制的混凝土構(gòu)件，首先在工廠進(jìn)行預(yù)制生產(chǎn)，然后在施工現(xiàn)場進(jìn)行裝配連接，同時結(jié)合部分現(xiàn)澆混凝土而成；預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)的主要組成為鋼柱和鋼梁；預(yù)制集裝箱式房屋，是以集裝箱為基本組成單元，在工廠內(nèi)的流水線上進(jìn)行各個模塊的預(yù)制建造生產(chǎn)，再運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行多種樣式的拼接組合，并完成不同風(fēng)格的內(nèi)部裝修。

2、預(yù)制裝配式建筑的結(jié)構(gòu)體系

2.1預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)分類

從結(jié)構(gòu)形式方面，可以將預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)分為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配式框架-核心筒結(jié)構(gòu)、裝配式框架結(jié)構(gòu)、裝配式框架—剪力墻結(jié)構(gòu)等等。從結(jié)構(gòu)高度方面，可以將預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)分為裝配式多層混凝土結(jié)構(gòu)、裝配式高層混凝土結(jié)構(gòu)以及裝配式低層混凝土結(jié)構(gòu)。除此以外，還可以將裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系分為裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系、預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配整體式框架結(jié)構(gòu)體系、整體預(yù)應(yīng)力裝配式板柱結(jié)構(gòu)、NPC 結(jié)構(gòu)體系等等。

2.2預(yù)制裝配式建筑構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)

預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)將建筑施工的綜合質(zhì)量提升到一個新的臺階，與常規(guī)施工技術(shù)相比，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個層面：（1）與以往施工建設(shè)相比，預(yù)制裝配式技術(shù)中輕質(zhì)墻板的比例更大，使得施工過程更加簡單，快捷，節(jié)約了大量人力與物力，對于控制施工成本具有重要作用，同時使建筑施工更具有靈活性； （2）在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提升了建筑施工的速度，有效縮短工程周期。將施工中對環(huán)境、交通等方面的影響性降至最低，對于提升建筑企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益更具有關(guān)鍵性作用；（3）在預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的施工中，對施工人員的數(shù)量及技術(shù)要求較低，有助于對施工質(zhì)量進(jìn)行有效控制，保障了現(xiàn)場施工中的安全性，更符合綠色發(fā)展理念。

2.3裝配式混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能

根據(jù)裝配化程度，還可以將預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)分為兩大類，即全裝配式和部分裝配式，裝配化程度高低不會對預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)整體剛度造成直接影響，結(jié)構(gòu)剛度僅與受力構(gòu)件剛度以及節(jié)點(diǎn)剛度密切相關(guān)。預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)可以被分為干式連接的鉸接連接節(jié)點(diǎn)、濕式連接的剛性連接節(jié)點(diǎn)以及柔性連接節(jié)點(diǎn)。其中，干式連接的鉸接連接節(jié)點(diǎn)沒有轉(zhuǎn)動剛度，一般被應(yīng)用于沒有抗震需要、風(fēng)壓較小的低層建筑設(shè)計(jì)中；濕式連接的剛性連接節(jié)點(diǎn)，其轉(zhuǎn)動剛度接近現(xiàn)澆混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)性能與現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)相似，適用于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中其連接節(jié)點(diǎn)包括中柱頂節(jié)點(diǎn)、中柱中節(jié)點(diǎn)、邊柱端節(jié)點(diǎn)、邊柱中節(jié)點(diǎn)。另外，柔性連接節(jié)點(diǎn)存在轉(zhuǎn)動剛度。由此可見，預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)具有多種節(jié)點(diǎn)形式，其所具有的抗震性能也有一定的區(qū)別，因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要充分考慮實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

3、預(yù)制裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1框架結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)

該結(jié)構(gòu)體系是現(xiàn)在應(yīng)用力度相對較大的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)形式，這是由于不同于預(yù)制裝配形式的剪力墻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)體系比較輕，同時在構(gòu)件的運(yùn)輸方面該結(jié)構(gòu)體系的運(yùn)輸難度更小。在設(shè)計(jì)使用該類結(jié)構(gòu)體系時，預(yù)制疊合板以及預(yù)制疊合梁等框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要在工廠內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，在運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場之后，還需要通過現(xiàn)澆的方式處理節(jié)點(diǎn)以及梁端鍵槽，對于框架結(jié)構(gòu)中的柱構(gòu)件，必須充分結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況以及需求來選擇預(yù)制方式或是現(xiàn)澆措施。

從該結(jié)構(gòu)體系的受力機(jī)制上來看，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時該需要注意以下幾個方面：柱混凝土、預(yù)制框架柱底以及基礎(chǔ)固接梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等級需要維持在C30以上；結(jié)構(gòu)平面需保持規(guī)則，梁柱中心線不僅需要處于一個相同的豎向平面之中同時還需保持對齊狀態(tài)，縱橫向框架柱需保持對齊；在對梁柱交接部分的框架節(jié)點(diǎn)展開設(shè)計(jì)時需考慮使用剛節(jié)點(diǎn)；在對預(yù)制梁柱接頭區(qū)域進(jìn)行焊接施工時一定要保證焊接質(zhì)量；在設(shè)計(jì)過程中需要注重處理連接構(gòu)造之中的各個預(yù)埋件。

3.2剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

該結(jié)構(gòu)形式所涉及到的受力構(gòu)件主要有板結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)以及梁結(jié)構(gòu)，另外，其也可以全部由疊合板、預(yù)制墻板以及疊合梁等預(yù)制混凝土構(gòu)件組成。在對該結(jié)構(gòu)形式展開設(shè)計(jì)時，需要根據(jù)工廠化程度選擇半預(yù)制或者是全預(yù)制形式的剪力墻結(jié)構(gòu)。平面形狀需保持規(guī)則，同時兩個方向上的動力特性需盡可能的接近；在對結(jié)構(gòu)橫墻展開設(shè)計(jì)時，要求將預(yù)制承重墻板應(yīng)用到兩側(cè)端部山墻，在對預(yù)制承重墻板結(jié)構(gòu)或者是輕質(zhì)填充墻板展開設(shè)計(jì)時，需要考慮到內(nèi)力計(jì)算結(jié)果或者是結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的實(shí)際需求；在對結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力的各個構(gòu)件展開設(shè)計(jì)時，需要確?？梢酝ㄟ^現(xiàn)澆方式將豎向的各個主承力鋼筋漿錨以及連接帶結(jié)合在一起，同時需要注重連接構(gòu)造的設(shè)計(jì)以保證其受力整體性以及連續(xù)性；在對預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件展開設(shè)計(jì)時可以進(jìn)行分塊設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)過程中需要綜合考慮分析現(xiàn)場吊裝條件、房間的開間以及拼縫位置等。

在對墻板高度進(jìn)行設(shè)計(jì)時需要根據(jù)一層或者是兩層樓的層高度進(jìn)行劃分，在對豎向接縫位置進(jìn)行布置時應(yīng)防止其應(yīng)用到暗柱上，同時還需盡可能的避免應(yīng)用過多的構(gòu)件類型或者是不同型號的構(gòu)建；在對預(yù)制構(gòu)件配筋展開設(shè)計(jì)時不僅需遵守相關(guān)規(guī)定要求，還需要對施工階段可能該預(yù)制構(gòu)件配筋可能會出現(xiàn)的變形情況與其受力情況進(jìn)行驗(yàn)算；在對建筑中的各個平面復(fù)雜樓層、頂層以及開月同區(qū)域展開設(shè)計(jì)時均需要考慮選取現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)。

4、預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展

作為建筑工業(yè)化建設(shè)的主要內(nèi)容，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中需要充分考慮不同區(qū)域抗震烈度的不同，以及建筑節(jié)能上的需求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)開發(fā)適用性更強(qiáng)的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)。在不斷提升預(yù)制率的同時，保障工程的整體質(zhì)量，持續(xù)提升專業(yè)化水平。緊緊圍繞由簡單到復(fù)雜，由低級到高級的方式，逐步推動預(yù)制疊合構(gòu)件以及非受力構(gòu)件的發(fā)展。充分發(fā)揮預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的各方面特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前施工技術(shù)的全面提升，徹底改變以往長周期、大勞動力的建設(shè)方式。在不斷完善設(shè)計(jì)理念的過程中，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的自動化生產(chǎn)。需要注意的是，與常規(guī)建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)相比，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求更高，為此必要要求設(shè)計(jì)師熟練的掌握各個建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及力學(xué)知識，并持續(xù)關(guān)注建筑行業(yè)的發(fā)展動向，使得預(yù)制裝配式構(gòu)件更加具有安全性、穩(wěn)定性，貼合社會發(fā)展的實(shí)際需求。

結(jié)語：

總而言之，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)是當(dāng)前建筑行業(yè)發(fā)展的主要方式，其在實(shí)際發(fā)展過程中，需要持續(xù)對設(shè)計(jì)進(jìn)行完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉曉艷，張以慶.探討預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計(jì)[J].住宅與房地產(chǎn)，2016（6）：219.

[2]張慧.框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系在預(yù)制裝配式建筑中的應(yīng)用研究[J].建筑施工，2014，37（3）：293-295.