裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點與應(yīng)用分析

劉 勇 山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司

1 裝配式建筑的發(fā)展

裝配式建筑是指預(yù)制構(gòu)件在工地裝配而成的建筑。在信息化時代，現(xiàn)代信息技術(shù)給建筑行業(yè)注入了科技的力量，正在逐步推動傳統(tǒng)建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，爭取早日實現(xiàn)綠色建筑、綠色建造的長遠目標。很早之前，英、法等發(fā)達國家開始率先嘗試在建筑工程項目中采用裝配式建筑的方法，并取得了不錯的成效。裝配式建筑經(jīng)過大量的真實案例得出結(jié)論，其具有建造速度快、建造質(zhì)量良好、投入成本低、建材損耗低、綠色環(huán)保等優(yōu)勢。因為我國建筑垃圾占城市垃圾的份額比較大，所以建筑垃圾在得不到有效處理的前提下會給城市生態(tài)環(huán)境造成影響。建筑行業(yè)要想從源頭上徹底解決產(chǎn)生的建筑垃圾問題，需要貫徹落實綠色節(jié)能建筑理念，裝配式建筑模式是一種有效途徑?，F(xiàn)階段，裝配式建筑已經(jīng)深受國家、當?shù)卣⑷嗣袢罕姷那嗖A，在推動建筑行業(yè)的升級轉(zhuǎn)型中起到重要作用，可以說，裝配式建筑的發(fā)展前景非常樂觀。

2 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點與應(yīng)用分析

2.1 運輸裝配式構(gòu)件的要點分析

（1）在運輸構(gòu)件時，要盡量選擇運用平板車等運輸設(shè)備，且在車上要配備固定點，確保在運輸時構(gòu)件不會出現(xiàn)位移或碰撞。在運輸剪力墻板的時候，要選用立放的方法，但是在樓梯或陽臺運輸?shù)装瀵B合板時均要以平放的方式進行，且要針對構(gòu)件來實施固定與支撐，預(yù)防構(gòu)件在運輸時發(fā)生不必要的損壞。（2）堆放裝配式構(gòu)件要點。在堆放裝配式建筑物構(gòu)件的時候，首先要針對場地實施硬化處理，另外還要布設(shè)科學化的排水設(shè)施。在對裝配式外墻構(gòu)件進行堆放時，要選擇靠放的方式，將外飾面朝內(nèi)放置。

2.2 框架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計要點

裝配式框架結(jié)構(gòu)實際應(yīng)用過程中有一定的優(yōu)勢，比如因為其各個構(gòu)件可以分開加工，因而無論是使用還是運輸均比較方便，在高層建筑施工中有廣泛的應(yīng)用。在構(gòu)件的組裝環(huán)節(jié)，為更好提升構(gòu)件在整個結(jié)構(gòu)體系中的作用，加強結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性與可靠性，需要給予疊合梁、疊合板制作充分的重視。在采用裝配式建筑框架結(jié)構(gòu)開展施工時，全部的構(gòu)件均預(yù)先在工廠加工完成，施工現(xiàn)場進行混凝土澆筑和連接施工。在保證裝配式框架結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的基礎(chǔ)上，還需要做好以下幾點設(shè)計工作。

（1）結(jié)構(gòu)體系應(yīng)盡量保證平整，支撐構(gòu)件設(shè)計過程中務(wù)必保證構(gòu)件有足夠的強度、承載力和抗拉性能，可以有效發(fā)揮支撐作用。另外，還需要保證裝配式建筑支柱結(jié)構(gòu)間的軸線處于平行狀態(tài)。

（2）結(jié)構(gòu)體系間的構(gòu)件連接也是需要重點關(guān)注的對象，為確保構(gòu)件連接部位的穩(wěn)定性和安全性，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)特點合理選擇焊接方式。

2.3 剪力墻結(jié)構(gòu)是裝配式建筑結(jié)構(gòu)的重要組成

主要指支撐上部樓層的墻體，主要用于承載各種荷載，具有防止結(jié)構(gòu)剪切破壞的作用。裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中要重視剪力墻的設(shè)計，應(yīng)當全面考慮空間與結(jié)構(gòu)的問題，如注重剪力墻邊緣的構(gòu)造設(shè)計，同時也應(yīng)當結(jié)合裝配式建筑結(jié)構(gòu)特征，將雙面疊合剪力墻結(jié)構(gòu)、縱肋疊合剪力墻結(jié)構(gòu)、疊合剪力墻技術(shù)體系等先進剪力墻結(jié)構(gòu)融入裝配式建筑結(jié)構(gòu)中，以便減少各種荷載對墻體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓力，提升裝配式建筑結(jié)構(gòu)的整體性能。

2.4 控制建筑成本

合理控制建筑工程成本是建筑單位在設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)。為了能夠讓裝配式建筑在建筑成本上得到一個良好的控制，設(shè)計單位在PC構(gòu)件的生產(chǎn)、運送和安裝環(huán)節(jié)就要進行準確的預(yù)算，從多方面角度考慮當?shù)毓S的構(gòu)件生產(chǎn)能力、施工單位的運輸能力和吊裝能力。在施工之前就要對此次工程進行合理的造價預(yù)算，避免在施工過程中產(chǎn)生不必要的開支。目前PC構(gòu)件的生產(chǎn)并沒有受到統(tǒng)一的規(guī)范，導(dǎo)致PC構(gòu)件的生產(chǎn)市場不穩(wěn)定十分混亂，構(gòu)件成本偏高，從而阻礙了相關(guān)企業(yè)的發(fā)展。面對這種情況就需要設(shè)計單位在施工之前進行精準的施工預(yù)算，在構(gòu)件的種類上進行優(yōu)化，減小生產(chǎn)成本，從而使工程造價得到有效控制。同時在裝配式建筑施工當中，安裝的質(zhì)量也直接影響著建筑成本。所以在結(jié)構(gòu)施工圖紙上也要對運輸方式進行預(yù)估，最終實現(xiàn)成本的控制。

2.5 外墻腳手架對構(gòu)件的要求分析

普遍的外墻腳手架可分成附著式升降架、懸挑架和落地架。其中落地架運用在多層建筑之中，其搭設(shè)對建筑構(gòu)件方面的影響相對較小；懸挑架一般會運用在較高的建筑工程中；附著式升降架在施工過程中可很好地提供相應(yīng)的附著支座受力。針對構(gòu)件單件和連接節(jié)點實施結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，要綜合分析并考慮這部分作用力的作用點大小、方向，以預(yù)防影響后續(xù)施工。若施工過程中所出現(xiàn)的作用力對于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的影響力度不足，則在實施結(jié)構(gòu)設(shè)計時通常不會單獨分析，然而裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件若受到這部分作用力方面的影響，就會遭受嚴重損壞而發(fā)生較大變形。

2.6 標準化類型設(shè)計要點

對于預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，只有盡量確?？梢赃_到更多的標準構(gòu)件時才可以縮短施工周期和減少模板用量，以此實現(xiàn)節(jié)約成本的目的?？紤]到我國預(yù)制裝配式建筑起步較晚，還處于初級發(fā)展階段，在施工工藝方面還有較大的提升空間，尤其是在承載構(gòu)件設(shè)計與生產(chǎn)方面還存在諸多的問題，無法實現(xiàn)裝配化生產(chǎn)。目前來看，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)裝配化只含有現(xiàn)澆和裝配兩方面，在具體設(shè)計過程中為保證結(jié)構(gòu)空間盡可能規(guī)整，需要不斷提升標準化程度。比如多個標準單元可以考慮采用拼合復(fù)制的方式將其組合為標準層平面，在空間結(jié)構(gòu)設(shè)置時可以根據(jù)交通核模板和戶型模板來設(shè)計。一般來說，在戶型模板設(shè)置中可以重點參考室內(nèi)空間結(jié)構(gòu)特點，合理布置客廳和臥室；在交通核模板設(shè)置中可以重點對樓梯、樓梯走道、電梯井及機電管井進行設(shè)計。通過應(yīng)用多種平面組合類型，以此滿足業(yè)主的個性化需求，同時確保預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。如圖1所示。

圖1 標準預(yù)制構(gòu)件

2.7 分析預(yù)制裝配剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計

預(yù)制裝配剪力墻結(jié)構(gòu)主要是以剪力墻和梁板作為建筑物的主要受力結(jié)構(gòu)。預(yù)制剪力墻可以分為全預(yù)制剪力墻機構(gòu)和半預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)，具體的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計一定要滿足GB 50011——2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》和JGJ 3——2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》這些標準規(guī)范。在結(jié)構(gòu)體系設(shè)計中一定要遵循以下幾點：一是剪力墻在橫縱布置的安排上一定要根據(jù)實際情況進行，最好是在端部山墻結(jié)構(gòu)的兩側(cè)設(shè)置預(yù)制承重板。內(nèi)部墻體可以用預(yù)制承重板和預(yù)制輕質(zhì)填充物進行設(shè)置。第二點，豎向的抗側(cè)力構(gòu)件可以利用澆筑連接帶與受力鋼筋漿錨融為一體，以確保結(jié)構(gòu)的整體性。三是在構(gòu)件連接間的設(shè)計上，一定要傳力明確、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使裝配式建筑結(jié)構(gòu)具備良好的抗震能力。如果在同一層的建筑施工中出現(xiàn)了現(xiàn)澆剪力墻和預(yù)制剪力墻，在這種剪力墻結(jié)構(gòu)當中，抗震設(shè)計應(yīng)該通過VuE=0.6fyAsd+0.8N這樣的計算方式來施工。其中VUE代表剪力墻水平接縫受剪承載力，N:fy為鋼筋垂直穿入結(jié)合面的強度設(shè)計值，N:Asd為鋼筋垂直穿過結(jié)合面的抗剪面積。

3 裝配式建筑的優(yōu)勢與發(fā)展

首先，運用裝配式建筑技術(shù)，來促使建筑行業(yè)進入一個全新的發(fā)展階段。裝配式技術(shù)中工業(yè)標準化的應(yīng)用，將輕工業(yè)理念很好地應(yīng)用在建筑行業(yè)之中。應(yīng)用搭積木的形式來顯著改善建筑行業(yè)施工方向，該類轉(zhuǎn)變已經(jīng)逐步地發(fā)展為主流趨勢，其正走向一個全新的技術(shù)發(fā)展時代。其次，裝配式施工有利于節(jié)能環(huán)保目標的達成。在裝配式建筑施工時，建筑細部構(gòu)建通常都是在工廠中集中化生產(chǎn)，可節(jié)省施工材料。還可減少因施工而引發(fā)的粉塵、噪聲污染，從而可選擇運用新型化材料來減少熱損失的出現(xiàn)。不但可提高控制質(zhì)量，還可改善人們的生活環(huán)境。再次，裝配式建筑能縮短施工工期。建筑施工被細化分為工廠施工與現(xiàn)場施工，不但可提高施工速度，還可縮短施工工期。裝配式建筑施工受到外界環(huán)境與氣候方面的影響較小，可直接提高建筑整體效益。在裝配式建筑施工的時候，對于人工數(shù)量需求變小，而之前較為傳統(tǒng)化的現(xiàn)澆鋼筋混凝土建筑需諸多施工人員進入現(xiàn)場予以施工。運用裝配式結(jié)構(gòu)方法可降低人工數(shù)量，縮短工期會顯著提高效益，為行業(yè)走向可持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。最后，裝配式建筑可顯著提升施工質(zhì)量。傳統(tǒng)建筑施工工藝相對繁雜，針對駐地現(xiàn)場施工人員來分析，人員流動量相對較大，所掌握的技術(shù)也具有難度，難以保障施工質(zhì)量。但是裝配式建筑施工為工程化生產(chǎn)，可確保構(gòu)件質(zhì)量。在此基礎(chǔ)之上，僅需確保組合拼裝質(zhì)量，規(guī)避了現(xiàn)澆建筑施工階段所發(fā)生的各類問題。

4 結(jié)束語

綜上所述，時代發(fā)展過快會給傳統(tǒng)行業(yè)造成較大的影響，建筑行業(yè)要想避免被快速發(fā)展的時代所淘汰，應(yīng)當加速改革、創(chuàng)新工作。裝配式建筑是一種新型的建造模式，要想不被建筑行業(yè)邊緣化，就必須解決建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、建造中存在的問題，比如施工成本過高、結(jié)構(gòu)體系不統(tǒng)一、設(shè)計標準不一致等。解決上述弊端問題的有效策略有深入分析裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，掌握影響裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素，有針對性地籌劃并建立統(tǒng)一的業(yè)界標準等。只有同時進行多元化措施，才能在提高裝配式建筑結(jié)構(gòu)整體性能和質(zhì)量的前提下節(jié)約投入成本、保護生態(tài)環(huán)境，早日實現(xiàn)綠色建筑、綠色建造的目標。