裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化路徑分析

李思宇 沈磊

摘 要：當(dāng)前環(huán)保理念盛行，加上勞務(wù)成本逐漸提升，以往建筑模式受到強(qiáng)大沖擊，裝配式建筑成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，可有效克服傳統(tǒng)建筑在周期、物資消耗、工程量等方面的弊端。但是，國(guó)內(nèi)裝配建筑產(chǎn)業(yè)正處于起步階段，在構(gòu)建制作、建筑設(shè)計(jì)、抗震功能等方面存在缺陷，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與預(yù)期存在差距，增加了成本投入。對(duì)此，應(yīng)堅(jiān)持安全實(shí)用的原則，制定科學(xué)可行的優(yōu)化方案，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，由此保障建筑質(zhì)量，促進(jìn)整個(gè)裝配建筑業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展。

關(guān)鍵詞：裝配式;建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);優(yōu)化路徑

1裝配式建筑概述

裝配式建筑是指在建筑工廠內(nèi)生產(chǎn)制造并加工處理各種建筑施工企業(yè)需要用到的各種構(gòu)建和配件，并將其安全地運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，通過科學(xué)的裝配式方法在現(xiàn)場(chǎng)裝配或者安裝各種構(gòu)建和配件，最終形成完整的建筑物結(jié)構(gòu)。

2裝配式建筑的優(yōu)點(diǎn)

2.1有效縮短施工工期

該類型的建筑是集設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、建設(shè)于一體的施工方式，與原有現(xiàn)澆筑建筑相比有效的加快了建造時(shí)間。構(gòu)件實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)加工以及組裝操作需要在特定的機(jī)械設(shè)備的幫助下來實(shí)現(xiàn)，借助工程機(jī)械進(jìn)行建設(shè)能夠大大提升施工效率，還能夠?qū)踩珕栴}進(jìn)行有效規(guī)避，在一定程度上有助于縮短建造周期，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)由于工期縮減而出現(xiàn)的各類開支的較少，這也是變相節(jié)約了工程成本投入。

2.2施工方式實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)便化

此種類型的建設(shè)結(jié)構(gòu)一般都是運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化的安裝模式，安裝流程快速便捷且一致，大大簡(jiǎn)化了施工過程，大大加快了施工速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了施工周期的縮減。構(gòu)件預(yù)制所需要的材料在廠內(nèi)進(jìn)行加工是非常便捷的，能進(jìn)行大批量生產(chǎn)，與傳統(tǒng)施工工藝比較不僅節(jié)省了工程成本，而且簡(jiǎn)便了施工全程。

2.3有利于將節(jié)能減排工作落實(shí)到位

在新時(shí)代的大環(huán)境下，裝配式建筑技術(shù)能夠做到構(gòu)件利用環(huán)保材料實(shí)現(xiàn)制作與加工。與傳統(tǒng)的建造工序比較，新型技術(shù)不但能對(duì)構(gòu)件生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的氣體排放量進(jìn)行有效控制，同時(shí)還能提升資源使用效率，很大程度上縮減了工作量，優(yōu)化了生產(chǎn)條件。預(yù)制過程也在一定程度上減少了對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響，能夠保證作業(yè)人員健康發(fā)展，對(duì)于建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)具有積極的推動(dòng)意義。

3裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化路徑

3.1實(shí)施全過程的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程管控

部分裝配式建筑存在著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本偏高、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)把控不嚴(yán)的情況，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程管控不嚴(yán)格所造成的。正是因?yàn)闆]有制定科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與施工環(huán)節(jié)的銜接性不足，無論是構(gòu)件生產(chǎn)還是施工作業(yè)中都面臨著多種質(zhì)量問題。因此，針對(duì)這一情況，在裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，處理好結(jié)構(gòu)圖紙、構(gòu)件預(yù)制和施工作業(yè)之間的緊密關(guān)系，通過不同環(huán)節(jié)的流程再造和銜接來保障設(shè)計(jì)工作的高效、有序進(jìn)行[5]。各個(gè)工程企業(yè)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該不斷積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程加以調(diào)整與控制，簡(jiǎn)化預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)工序與流程，降低總體的施工難度，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件預(yù)制中的成本控制。

3.2建立健全設(shè)計(jì)體系

我國(guó)的裝配式建筑施工技術(shù)在多年的發(fā)展中取得了一定的成果，但依然存在著很多的技術(shù)難題。各個(gè)工程企業(yè)在裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工過程中，要不斷積累結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，建立完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系，在該體系中明確規(guī)定裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程、標(biāo)準(zhǔn)等基本內(nèi)容，為設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)工作提供制度指導(dǎo)。與常規(guī)的住宅式建筑不同，裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更需要構(gòu)建可行且完善的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)體系，該體系由標(biāo)準(zhǔn)化戶型模塊和標(biāo)準(zhǔn)化交通模塊所構(gòu)成。交通模塊，重點(diǎn)是要進(jìn)行裝配式建筑中樓梯、電梯井、過道等基本交通要素的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，而戶型模塊方面，重點(diǎn)要進(jìn)行內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使得空間形狀、尺寸能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)需求。

3.3裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)化

裝配式建筑的結(jié)構(gòu)主要有整體式的框架結(jié)構(gòu)、疊合剪力墻結(jié)構(gòu)等。建筑工程項(xiàng)目中，每個(gè)工程建筑都有其特殊的結(jié)構(gòu)施工要求，不同的結(jié)構(gòu)體系內(nèi)包含的結(jié)構(gòu)模塊各不相同，針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)模塊需選擇恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)。比如，在建筑結(jié)構(gòu)的平面部分，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)可以選用疊合板來實(shí)現(xiàn)，而剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，則應(yīng)通過預(yù)先制定疊合剪力墻來完成。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)化中，針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化，可以從以下3方面來開展：（1）優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系中的承重墻板。整個(gè)裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系中，承重墻板是重要構(gòu)成要素。為保持結(jié)構(gòu)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，一般將承重墻搭建在兩側(cè)山墻上，隨后利用專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，利用軟件中的相關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)整體的內(nèi)力分析和構(gòu)件設(shè)計(jì)，驗(yàn)證承重墻的豎向荷載和水平荷載能否符合總體的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。（2）加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。裝配式建筑結(jié)構(gòu)中，不同結(jié)構(gòu)要素之間是通過節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)連接的。加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，可以在很大程度上提升結(jié)構(gòu)的整體性，發(fā)揮節(jié)點(diǎn)在內(nèi)力傳遞方面的作用，各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接處，應(yīng)保障連接的穩(wěn)定性與可靠性。（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)吊裝、運(yùn)輸和安裝方面的因素。裝配式建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用分塊設(shè)計(jì)的方式，應(yīng)充分考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況、承重墻板拼接位置等基本要素，在豎向拼縫的設(shè)置時(shí)，盡量避開剪力墻邊緣構(gòu)件位置。

在裝配式建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)該注意：（1）混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)該與結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)一致。裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，框架梁、框架柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)，均應(yīng)在C30以上。（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的開展過程中，尤其要以平面設(shè)計(jì)原則作為指導(dǎo)，框架梁、框架柱中心線要保持重合，如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，梁柱中心線無法保持重合，在設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中應(yīng)考慮偏心因素的影響，而豎向構(gòu)件之間應(yīng)上下對(duì)齊。（3）預(yù)埋件設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)處理好各個(gè)預(yù)埋件與主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系，保障預(yù)埋件的位置和尺寸。

3.4預(yù)制構(gòu)件拆分把控

裝配式建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件非常復(fù)雜，包含的預(yù)制構(gòu)件數(shù)量較多，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的過程中，專業(yè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)裝配式建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解清楚在結(jié)構(gòu)體系內(nèi)哪些屬于現(xiàn)場(chǎng)澆筑構(gòu)件，哪些屬于預(yù)制構(gòu)件。一般的裝配式住宅建筑在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)注重水平構(gòu)件預(yù)制技術(shù)的選擇，尤其要注重疊合板、陽(yáng)臺(tái)、樓梯等的科學(xué)設(shè)計(jì)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件來進(jìn)行各個(gè)構(gòu)件的科學(xué)使用，通過科學(xué)地規(guī)劃與布局，節(jié)約空間和成本。此外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的同時(shí)，同樣要對(duì)比預(yù)制外墻和承重內(nèi)墻、非承重內(nèi)墻的預(yù)制，以減少整個(gè)結(jié)構(gòu)體系中的支架數(shù)量。

3.5優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)，且節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是否合理，關(guān)系到裝配式建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。在傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，一般選用的是鋼筋或者套筒連接方式，這些連接材料的價(jià)格偏高，也就導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的建設(shè)施工成本較高。從經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)人員在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為提高節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)水平，可以通過優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件之間、預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)場(chǎng)混凝土構(gòu)件之間的節(jié)點(diǎn)連接方式來最大限度地提高結(jié)構(gòu)性能。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，裝配式建筑結(jié)構(gòu)具有更為突出的優(yōu)勢(shì)，工程企業(yè)在開展裝配式建筑施工建設(shè)的過程中，應(yīng)根據(jù)總體的建筑建設(shè)需求，堅(jiān)持實(shí)用性、可行性、安全性的設(shè)計(jì)原則，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，充分提升裝配式建筑的結(jié)構(gòu)性能，進(jìn)一步促進(jìn)裝配式建筑社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的提升。

參考文獻(xiàn)：

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