預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐及相關(guān)問題探討

胡小玲

摘要：預(yù)制裝配式建筑的定義是把建筑物中的混凝土剪力墻、柱、梁、樓板、樓梯、陽臺(tái)等建筑構(gòu)件先在工廠中預(yù)制生產(chǎn)，再運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配的施工做法。相對(duì)傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)施工的方法，預(yù)制裝配式做法的優(yōu)點(diǎn)在于減少了氣候環(huán)境對(duì)施工效果的影響，提高了施工效率，縮短了施工周期，在保證施工質(zhì)量的同時(shí)也能夠大大節(jié)約勞動(dòng)力，并且更節(jié)能環(huán)保。缺點(diǎn)是預(yù)制裝配受到運(yùn)輸條件、吊裝設(shè)備和場(chǎng)地的限制，大型建筑構(gòu)件如剪力墻、柱、梁、樓板等會(huì)在工廠預(yù)制前被拆分，需要運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后再進(jìn)行組裝，會(huì)對(duì)施工各方的配合度提出更高的要求。

關(guān)鍵詞：預(yù)制裝配式建筑；建筑設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)實(shí)踐

1 引言

從建國(guó)以來，我國(guó)在建筑建設(shè)方面發(fā)展的很快，大量的混凝土建筑拔地而起。隨著施工經(jīng)驗(yàn)的不斷積累和施工技術(shù)的不斷革新，我們發(fā)現(xiàn)混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆注的產(chǎn)生的一些問題，如下：①需要大量勞動(dòng)力且施工工期長(zhǎng)。比如韓國(guó)三星在西安建設(shè)的一個(gè)工廠，采用了預(yù)制裝配技術(shù)，工期僅需三個(gè)月，若采用非裝配技術(shù)，工期至少一年，并且所耗勞動(dòng)力總量只有非裝配建筑技術(shù)的1/20。②部分部位如果采用現(xiàn)場(chǎng)澆注的做法，施工質(zhì)量很難得到保證，如坡屋頂與天溝/的接觸部位受振搗條件的影響質(zhì)量差異很大，現(xiàn)場(chǎng)基本無其他作業(yè)手段，因此該部位漏水現(xiàn)象普遍，工廠化生產(chǎn)就可避免這一問題。③現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土?xí)?duì)環(huán)境造成影響，如噪聲污染、建筑垃圾污染等。比如，混凝土施工為避免過多施工縫的形成，通常會(huì)連夜施工，噪聲會(huì)影響周圍居民的正常作息。又如，河道護(hù)坡項(xiàng)目施工如果采用現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土，將對(duì)河流造成污染，而若使用預(yù)制樁就不會(huì)有此污染問題。④施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)在露天進(jìn)行，工人的施工環(huán)境受氣候影響較大。讓從業(yè)工人在惡劣的工作條件下工作不僅會(huì)影響工作效率，還存在安全風(fēng)險(xiǎn)。隨著從業(yè)工人對(duì)作業(yè)環(huán)境有了更高要求，他們已經(jīng)不愿意在惡劣的條件下工作了?；谏鲜鰡栴}，產(chǎn)生了預(yù)制裝配式建筑技術(shù)。目前預(yù)制裝配技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)廠房、大型公共建筑、多高層住宅、別墅等各個(gè)類型建筑中得到廣泛的應(yīng)用，為了更加完善預(yù)制裝配技術(shù)，我們應(yīng)該對(duì)其在設(shè)計(jì)實(shí)踐中存在的問題進(jìn)行分析和研究，并找到解決的辦法。

2 預(yù)制裝配式建筑存在的技術(shù)難題

預(yù)制裝配式建筑在設(shè)計(jì)理論上和傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)澆注建筑沒有不同，但在施工思路上完全不一樣。預(yù)制裝配式建筑是將原本是一個(gè)整體的剪力墻、梁、柱等建筑構(gòu)件拆分，在工廠中預(yù)制生產(chǎn)后，通過運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，吊裝進(jìn)行組裝的方式施工建設(shè)，從而滿足設(shè)計(jì)要求的受力性能的。雖然預(yù)制裝配式建筑的工業(yè)化生產(chǎn)模式可以縮短施工周期，提高施工質(zhì)量，但因受到運(yùn)輸和吊裝條件的限制，在實(shí)踐中也會(huì)存在一些技術(shù)問題：

（1）平面不規(guī)則與構(gòu)件數(shù)量限制的矛盾。每個(gè)建筑平面都是根據(jù)對(duì)地形、使用功能和建筑外觀等因素的綜合考量確定的，因此每個(gè)建筑項(xiàng)目的平面千差萬別。在實(shí)踐過程中如果按照每個(gè)建筑平面生產(chǎn)相應(yīng)的模具，那么成本將會(huì)過高，導(dǎo)致項(xiàng)目夭折。因此，我們需要結(jié)合預(yù)制裝配式建筑與非裝配式建筑的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于平面形狀中不規(guī)則的部分可以采用非裝配式建筑現(xiàn)場(chǎng)澆注的做法，或者采用鋼結(jié)構(gòu)的做法。

（2）接縫、節(jié)點(diǎn)處的耐久性、抗震性能、安全性和防水處理。因?yàn)檠b配式建筑在組裝建筑構(gòu)件的過程中，會(huì)出現(xiàn)很多節(jié)點(diǎn)和接縫，這些是結(jié)構(gòu)受力和建筑防水的薄弱環(huán)節(jié)，如果不能處理好節(jié)點(diǎn)和接縫，建筑的安全性就會(huì)受到影響。通常的處理方法是將拆分構(gòu)件的預(yù)留鋼筋焊接好后，再用一個(gè)比被連接構(gòu)件高一等級(jí)的混凝土加微膨脹劑澆筑，然后再振搗密實(shí)即可。眾多實(shí)際工程案例證明，這種做法能夠滿足耐久性、抗震性、防水等建設(shè)要求。但需注意的是，由于構(gòu)件拆分組裝過程質(zhì)量具有離散性，所以拆分構(gòu)件的預(yù)留連接鋼筋應(yīng)適當(dāng)加大。

（3）預(yù)防構(gòu)件運(yùn)輸、吊裝過程中的開裂：由于拆分構(gòu)件由于運(yùn)輸、吊裝的需要會(huì)設(shè)置四個(gè)或多個(gè)吊裝點(diǎn)，通過模擬運(yùn)輸、吊裝過程中拆分構(gòu)件的受力情況，如果實(shí)際受力情況同設(shè)計(jì)模擬時(shí)相同或相近，那么將不會(huì)發(fā)生開裂的情況。但實(shí)際情況是，在運(yùn)輸和吊裝過程中很難做到不開裂?？紤]到吊裝和運(yùn)輸方式的不確定性，通常工程中預(yù)防構(gòu)件開裂的方式是加大被拆分構(gòu)件的構(gòu)造配筋。

特別說明的是，對(duì)于高層建筑的核心筒、剪力墻的約束邊緣構(gòu)件、轉(zhuǎn)換梁、框支柱等抗地震力的建筑構(gòu)件適宜采用現(xiàn)澆混凝土的施工方式，增強(qiáng)建筑構(gòu)件的抗震性。

3 采用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)制裝配式建筑

目前，二維圖紙表達(dá)設(shè)計(jì)的工作方法仍是主流，但對(duì)于預(yù)制裝配式建筑來講，由于其對(duì)節(jié)點(diǎn)連接、管線預(yù)埋位置等要求準(zhǔn)確，傳統(tǒng)的二維表達(dá)方式很難直觀的表述，給溝通帶來困難。這就需要我們采用三維的表述，BIM技術(shù)就恰好解決了這一問題，更好地協(xié)同各個(gè)專業(yè)一起解決設(shè)計(jì)實(shí)踐問題。

3.1 結(jié)構(gòu)專業(yè)協(xié)同

為了滿足抗震設(shè)計(jì)的原則和需求，預(yù)制裝配式建筑的體形、平面和構(gòu)造都有一定的要求。為了滿足工業(yè)化制造的要求，預(yù)制建筑構(gòu)件在設(shè)計(jì)上應(yīng)符合受力合理、連接簡(jiǎn)單、施工方便、規(guī)格少、組合多的原則，制定合理的預(yù)制構(gòu)件尺寸和重量，便于加工和運(yùn)輸，提高工程質(zhì)量的同時(shí)也要控制建設(shè)成本。承重墻和柱應(yīng)注意上下連續(xù)，門窗洞口盡量上下對(duì)齊，不宜使用轉(zhuǎn)角窗。門窗洞口的設(shè)置應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)受力要求和預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求，另外管線留洞位置和尺寸應(yīng)保證準(zhǔn)確。

3.2 給排水專業(yè)協(xié)同

預(yù)制裝配式建筑需要考慮公共空間豎向管井留洞位置和大小，豎向管線應(yīng)相對(duì)集中，水平管線應(yīng)減少交叉。穿過預(yù)制樓板的管道應(yīng)預(yù)留洞，穿過預(yù)制梁的管道應(yīng)預(yù)埋套管，要保證管井和吊頂內(nèi)部的管線安裝牢固并方便檢修和更換。住宅套內(nèi)優(yōu)先采用同層排水的方式，并要做好防水構(gòu)造。整體衛(wèi)浴和整體廚房的安裝需要和廠家配合預(yù)留好管道接口位置及尺寸，太陽能熱水系統(tǒng)集熱器與儲(chǔ)水罐也需要與建筑整體配合，做好預(yù)留和預(yù)埋。

3.3 暖通專業(yè)協(xié)同

供暖系統(tǒng)的主立管和分戶控制閥門等應(yīng)布置在公共空間豎向管井內(nèi)，戶內(nèi)供暖管線則是做成獨(dú)立環(huán)路。在采用低溫?zé)崴孛孑椛涔┡瘯r(shí)，分、集水器應(yīng)結(jié)合地面墊層構(gòu)造布置，便于檢修管理。在采用散熱器供暖時(shí)，應(yīng)做好合理分布散熱器位置，管線走向的工作。在采用分體式空調(diào)機(jī)時(shí)，應(yīng)滿足臥室和起居室空調(diào)安裝的位置和預(yù)留預(yù)埋條件。在采用集中新風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)預(yù)先確定風(fēng)道的布置、住宅中廚房和衛(wèi)生間排氣道的布置。

3.4 電氣電訊專業(yè)協(xié)同

在布置分戶配電箱位置時(shí)，要保證分戶墻兩側(cè)暗裝電氣設(shè)備不連通。預(yù)制構(gòu)件需考慮內(nèi)裝要求，確定好插座、燈具、有線電視接口、電話和網(wǎng)絡(luò)接口等位置。還需將線路布置與建筑構(gòu)件綜合考慮。在預(yù)制墻體或疊合板內(nèi)暗敷設(shè)時(shí)，需要用線管保護(hù)。在預(yù)制墻體相應(yīng)位置還需預(yù)留預(yù)埋，為了將來安裝電氣開關(guān)、插座、連接管線等。另外，在外墻板、內(nèi)墻板的門窗過梁和錨固區(qū)不宜埋設(shè)設(shè)備管線。

4 結(jié)語

為了能夠?qū)崿F(xiàn)我國(guó)預(yù)制裝配式建筑的快速發(fā)展，需要在設(shè)計(jì)實(shí)踐中結(jié)合具體建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，綜合考量各方需求，在熟悉預(yù)制構(gòu)件的拆分、生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸和安裝等各道工序技術(shù)要點(diǎn)的前提下，對(duì)預(yù)制裝配建筑進(jìn)行整體分析和研究，并盡力協(xié)同各專業(yè)工種，不斷積累預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，整合各項(xiàng)資源，提高預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)和建設(shè)的水平，本文期盼能為做出微薄貢獻(xiàn)，供同行參考。

參考文獻(xiàn)

[1]樊則森.預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)【J】.住宅產(chǎn)業(yè)，2015（8）：56.

[2]胥曉睿.預(yù)制裝配式高層住宅設(shè)計(jì)與綠色施工【J】.建筑施工，2016，38（1）：97-99

[3]徐曄楨.預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)住宅建筑的設(shè)計(jì)【J】.建筑施工，2013，35（10）：928-930.

[4]駱雅琳. 淺議預(yù)制裝配式建筑的發(fā)展前景及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)【J】.建設(shè)科技，2014，（19）：102-103.