探析裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點

文/張利偉 北京東方華太建筑設(shè)計工程有限責(zé)任公司 北京 100143

1、裝配式建筑的特點分析

裝配式建筑是建筑技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物，與傳統(tǒng)混凝土建筑相比，裝配式建筑具有非常突出的優(yōu)勢。第一，具有非常優(yōu)良的節(jié)能效應(yīng)。裝配式建筑具有綜合能耗低、建造過程節(jié)能、墻體高效保溫、門窗密閉節(jié)能、使用新能源以及節(jié)能型產(chǎn)品等特點。第二，能夠有效減少對水資源的依賴。在傳統(tǒng)建筑施工過程中，土建施工是非常重要的內(nèi)容。與此同時，土建施工對于水資源的依賴性比較強(qiáng)，尤其是在混凝土攪拌、水泥攪拌或者涂抹等過程中可能會造成比較大的水資源浪費。但裝配式建筑在實際施工過程中，配件來源于工廠流水線，安裝人員僅僅需要按照設(shè)計方案來進(jìn)行科學(xué)裝配即可完成，對于水資源的依賴性比較低，甚至還能夠在很大程度上保護(hù)水資源。第三，能夠在很大程度上節(jié)約建筑材料。裝配式建筑的各類型配件在生產(chǎn)過程中具有嚴(yán)格的質(zhì)量管控以及設(shè)計精度，能夠整體提升相關(guān)建材的利用效率，同時能夠有效減少對建材的不良消耗。第四，施工效率比較高，可以有效縮短建筑工期。與傳統(tǒng)建筑相比，裝配式建筑具有很好的節(jié)能效果。依托工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；a(chǎn)，需要大型建筑配件裝配生產(chǎn)。施工人員只能按規(guī)范進(jìn)行組裝，不能與傳統(tǒng)建筑進(jìn)行同聲傳譯和復(fù)雜化。

2、裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

2.1 設(shè)計流程要點

在設(shè)計過程中，除了原有的設(shè)計內(nèi)容外，還增加了新的設(shè)計要求。在方案設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)熟悉項目的規(guī)模和成本控制要求。建筑結(jié)構(gòu)選型應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)文件的要求進(jìn)行。剪力墻、柱等構(gòu)件的連接及位置應(yīng)合理設(shè)計。例如，剪力墻的相對尺寸應(yīng)滿足預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計要求。在預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要與施工單位共同確定設(shè)計和施工細(xì)節(jié)，共同討論技術(shù)實施方案，為后續(xù)設(shè)計提供有效的參考。在施工圖設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要熟悉裝配式建筑的構(gòu)件生產(chǎn)等方面的技術(shù)要求，在設(shè)計施工圖時要依據(jù)受力合理等原則合理選擇預(yù)制構(gòu)件的類型，并且協(xié)調(diào)好其與管線預(yù)埋的設(shè)計要求。在結(jié)構(gòu)深化環(huán)節(jié)，設(shè)計人員要注意與加工廠積極聯(lián)系，雙方共同設(shè)計構(gòu)件加工圖紙，必要時還需要進(jìn)行構(gòu)件脫模，并考慮吊鉤等工件的預(yù)留。

2.2 預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計與拆分

預(yù)制構(gòu)件在設(shè)計時應(yīng)該根據(jù)生產(chǎn)單位的工藝水平合理設(shè)計其尺寸，最大限度地減少尺寸誤差，盡量避免因尺寸未達(dá)標(biāo)而產(chǎn)生的質(zhì)量問題。同時，設(shè)計師還需要根據(jù)施工單位的提升水平等因素進(jìn)行設(shè)計。一些單位對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行拆分，主要是為了降低施工成本。為了工程造價控制的需要，一些施工單位對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行拆分，以保證施工順利進(jìn)行，優(yōu)化施工工藝，使節(jié)點設(shè)計更加科學(xué)。建筑在施工和后續(xù)使用過程中，會受到人為因素、自然因素和特性因素的影響，建筑的可靠性和安全性也是行業(yè)和用戶最重要的指標(biāo)之一，因此必須保證預(yù)制建筑結(jié)構(gòu)的安全。拆分預(yù)制構(gòu)件是為了進(jìn)一步把握裝配式建筑主體結(jié)構(gòu)受力情況，也是為了了解預(yù)制構(gòu)件的承載能力。例如在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)時，要確定現(xiàn)澆與預(yù)制的范圍，要明確結(jié)構(gòu)構(gòu)件的拆分位置、構(gòu)件之間的拆分位置，同時要明確后澆區(qū)與預(yù)制構(gòu)件之間的關(guān)系。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)拆分時，應(yīng)該根據(jù)實際情況盡可能地減少構(gòu)件規(guī)格，要考慮結(jié)構(gòu)是否合理，要對相鄰構(gòu)件的拆分進(jìn)行了解，要合理選擇構(gòu)件接縫位置。

2.3 構(gòu)造節(jié)點的設(shè)計

裝配式建筑門窗等防水性能較差部位的構(gòu)造節(jié)點應(yīng)該加強(qiáng)構(gòu)造節(jié)點設(shè)計，在設(shè)計時應(yīng)該根據(jù)項目工程所在氣候區(qū)、地理區(qū)域進(jìn)行設(shè)計，滿足建筑物防水的需求。例如，預(yù)制外墻板水平縫可以采用高低縫提高防水性能。在設(shè)計時，當(dāng)裝配式建筑物不考慮抗震要求時，結(jié)構(gòu)的主要荷載為風(fēng)荷載，風(fēng)荷載作用時結(jié)構(gòu)大多處于彈性狀態(tài)，故而構(gòu)造節(jié)點設(shè)計一般僅需滿足內(nèi)力要求。當(dāng)建筑物需要考慮抗震要求時，建筑物結(jié)構(gòu)的主要荷載為地震荷載，若地震荷載過大則結(jié)構(gòu)極有可能進(jìn)入塑性狀態(tài)，因此構(gòu)造節(jié)點設(shè)計在前者的基礎(chǔ)上還有著特殊設(shè)計要求，即要根據(jù)構(gòu)造節(jié)點極限承載力設(shè)計，要考慮到構(gòu)建塑性時的局部穩(wěn)定情況，要保證梁塑性時的側(cè)向穩(wěn)定。為了盡可能防止梁發(fā)生側(cè)向彎扭失穩(wěn)，在設(shè)計受彎構(gòu)件塑性區(qū)時，應(yīng)該根據(jù)兩相鄰支撐點間的間距、受壓翼緣的寬度設(shè)置側(cè)向支撐點。在結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計中，也要使節(jié)點結(jié)構(gòu)簡單，便于定位和調(diào)整。在鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計中，應(yīng)注意避免厚鋼板的層狀撕裂。同時，節(jié)點寬度應(yīng)考慮地震荷載和風(fēng)荷載的影響。在節(jié)點設(shè)計過程中，設(shè)計人員必須注意不同連接節(jié)點的安全性能和受力情況，并能根據(jù)不同的連接方式采用不同的技術(shù)要求。

2.4 框架結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計

框架結(jié)構(gòu)體系在所有的建筑結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)用最為廣泛，大多被應(yīng)用于高層建筑中，因此框架結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計必須引起我們的重視。在設(shè)計框架結(jié)構(gòu)體系時，要注意“剛?cè)岵?jì)”，若結(jié)構(gòu)太柔則容易出現(xiàn)變形現(xiàn)象，若結(jié)構(gòu)太剛則容易出現(xiàn)局部受損等情況。在設(shè)計時，還需要分清主次，要分清各部分構(gòu)件的重要性，要盡可能確保重要構(gòu)件在意外發(fā)生時不會垮塌、發(fā)生破壞，盡可能避免造成嚴(yán)重的后果。在設(shè)計時，倘若建筑布局不合理、較為混亂，則應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)有的布局設(shè)計框架體系結(jié)構(gòu)，當(dāng)建筑布局為啞鈴狀時，中間部位結(jié)構(gòu)的板厚應(yīng)該增加厚度，調(diào)整配筋。倘若地下水位偏高時，應(yīng)該注重框架體系的防水性能設(shè)計。對于地下室，混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較強(qiáng)的抗?jié)B性，配置混凝土材料時應(yīng)按一定比例加入膨脹劑?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系建筑長度難以滿足伸縮縫間距要求時，應(yīng)增加配筋率，或調(diào)整保溫措施。當(dāng)預(yù)制房屋梁截面過大時，設(shè)計人員應(yīng)仔細(xì)計算變形和配筋率，必要時采取加固措施。在出入口護(hù)欄的設(shè)計中，應(yīng)增加結(jié)構(gòu)柱，并對其進(jìn)行密實化。

結(jié)語：

鑒于裝配式建筑所具有各項優(yōu)勢，各工程建設(shè)單位要加大對該種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究力度。在明確預(yù)制構(gòu)件優(yōu)點的前提下，科學(xué)分析結(jié)構(gòu)設(shè)計要點，確定預(yù)制構(gòu)件、造價控制和立面設(shè)計的具體開發(fā)方法和要點。要通過結(jié)構(gòu)體系的合理設(shè)計，確保建筑結(jié)構(gòu)總體設(shè)計方案的質(zhì)量，為后續(xù)工程施工提供可靠的施工依據(jù)和施工指導(dǎo)，確保預(yù)制構(gòu)件的優(yōu)勢在工程建設(shè)中得到充分發(fā)揮，為建設(shè)單位取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。