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

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[摘要]在我國的建筑工程領(lǐng)域中，房屋建筑通常采用的是現(xiàn)場澆筑的作業(yè)方法。但隨著城市建設(shè)速度的持續(xù)加快，人口密集度也在隨之提升，傳統(tǒng)類型的施工方式已經(jīng)不能夠很好地滿足城市居民的居住要求。針對(duì)此種情況，預(yù)制裝配式建筑應(yīng)運(yùn)而生，并得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)預(yù)制裝配式建筑的結(jié)構(gòu)體系展開研究。

[關(guān)鍵詞]預(yù)制裝配式；裝配式建筑；結(jié)構(gòu)體系

最近幾年來，雖然我國的城市建設(shè)工作在持續(xù)推進(jìn)，但隨著人口密集度的全面提高，各個(gè)地方都面臨著資源短缺和環(huán)境惡化的問題，這在無形當(dāng)中為建筑行業(yè)提出了更高的要求標(biāo)準(zhǔn)，建筑企業(yè)也要積極創(chuàng)新原有的管理模式，引用新型的施工技術(shù)來提高建筑效率和施工質(zhì)量。預(yù)制裝配式建筑是一種新型的建筑形式，一經(jīng)出現(xiàn)則在整個(gè)行業(yè)內(nèi)獲得了廣泛的關(guān)注。預(yù)制裝配式建筑又稱為拼裝房，在建筑工程正式開展之前，在工廠內(nèi)將相關(guān)的建筑構(gòu)件進(jìn)行預(yù)制完成，并通過適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸方式將其運(yùn)送到施工現(xiàn)場。預(yù)制裝配式建筑不僅可以簡化不必要的施工環(huán)節(jié)，保證施工進(jìn)度，而且還能夠大幅度提升建筑工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系

1.1概述

裝配式建筑的主要結(jié)構(gòu)采用的是大板式，包括槽形板、屋面板以及圓孔板這幾種預(yù)制構(gòu)件。傳統(tǒng)類型的裝配式建筑在連接和受力方面均存在一定的缺陷，在使用過程中可能會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生問題，隨著整個(gè)行業(yè)的不斷發(fā)展以及施工技術(shù)的積極創(chuàng)新，其逐漸被行業(yè)淘汰。近年來，在我國的民用建筑中，預(yù)制裝配式建筑的應(yīng)用范圍在逐步擴(kuò)大，其不僅可以簡化施工流程，提高施工質(zhì)量，而且還能夠達(dá)到節(jié)能減排的發(fā)展目標(biāo)。

1.2結(jié)構(gòu)體系

從結(jié)構(gòu)形式的角度加以分析，預(yù)制和現(xiàn)澆并不存在十分明顯的差異，但預(yù)制裝配式建筑對(duì)于構(gòu)件之間的連接作業(yè)提出了非常高的要求，即使是結(jié)構(gòu)布置處于完全一致的情況下，如果所采用的連接技術(shù)不符合要求，同樣也會(huì)產(chǎn)生完全不同的力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而影響到建筑本身的抗震性能。這對(duì)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)水平和工作經(jīng)驗(yàn)提出了非常高的要求。隨著整個(gè)行業(yè)的積極發(fā)展，諸如IMS體系被廣泛應(yīng)用，但由于在具體的安裝施工作業(yè)中，需要在施工現(xiàn)場布置一定數(shù)量的斜撐，因此仍然存在著一定程度的應(yīng)用局限性。如果按照配化程度來對(duì)裝配式建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，那么大致可分為局部和全部這兩類。需要強(qiáng)調(diào)的是，裝配化程度本身并不會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的剛度帶來影響，主要和節(jié)點(diǎn)與構(gòu)件之間存在著密切的關(guān)聯(lián)性。相比較來看，干式節(jié)點(diǎn)不存在轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，因此主要被應(yīng)用到需要承受豎向荷載力的建筑工程中（圖1）。

2.預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)思想

施工單位在正式接到建筑工程項(xiàng)目的施工要求之后，需要面向整個(gè)行業(yè)市場來選擇出設(shè)計(jì)能力優(yōu)且具備豐富經(jīng)驗(yàn)的預(yù)制建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位，并將預(yù)制裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作交給他們來全權(quán)負(fù)責(zé)。設(shè)計(jì)單位應(yīng)當(dāng)派遣設(shè)計(jì)人員提前深入到建筑工程項(xiàng)目的施工現(xiàn)場，全面掌握施工現(xiàn)場周邊的地形地貌以及地下水的活動(dòng)情況，提前列舉出可能引發(fā)地質(zhì)自然災(zāi)害以及相關(guān)安全事故的可能性。在這一過程中，設(shè)計(jì)人員需要將相關(guān)的信息數(shù)據(jù)收集到一起，并認(rèn)真填寫調(diào)查結(jié)果，嚴(yán)格按照《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)要求來完成后續(xù)的設(shè)計(jì)工作。在對(duì)預(yù)配式建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，其中應(yīng)當(dāng)包含框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)以及各項(xiàng)施工步驟等多個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)還要從細(xì)節(jié)入手來完善各項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的可行性。在這一過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)格外關(guān)注對(duì)于現(xiàn)澆剛性節(jié)點(diǎn)以及疊合技術(shù)的應(yīng)用頻率，避免整個(gè)建筑工程項(xiàng)目的成本過高而影響到建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。最后，為了能夠進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)方案的可行性與整體質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員還需要認(rèn)真研究不同形式下的設(shè)計(jì)要求，從結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的角度出發(fā)來完善設(shè)計(jì)工作。

2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.2.1框架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)。預(yù)制裝配式建筑的結(jié)構(gòu)體系在進(jìn)行組裝過程中，其中最為重要的核心要素即為預(yù)制疊合板與疊合梁。在上文中已經(jīng)初步了解了預(yù)制裝配式建筑的主要特點(diǎn)，其中所需要應(yīng)用到的結(jié)構(gòu)構(gòu)件均由工廠進(jìn)行生產(chǎn)，將其運(yùn)送到施工現(xiàn)場后完成后續(xù)的澆筑和焊接作業(yè)。為了能夠進(jìn)一步提高預(yù)制裝配式建筑的施工質(zhì)量，則需要認(rèn)真考慮以下幾個(gè)方面的問題：首先，施工人員必須要保證預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性與平整性，嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)方案中的具體要求來進(jìn)行裝配式框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。尤其是針對(duì)其中的支撐構(gòu)件，務(wù)必要保證其強(qiáng)度符合施工標(biāo)準(zhǔn)，提前檢查好相應(yīng)構(gòu)件的承載水平，核對(duì)好梁柱構(gòu)件軸間的平衡性。其次，施工人員還要重點(diǎn)處理框架結(jié)構(gòu)與梁柱之間的交接位置，不僅要確保框架的穩(wěn)定性，同時(shí)也要保證框架的剛性符合施工要求，在選擇混凝土材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮其強(qiáng)度需要達(dá)到C30以上。最后，在預(yù)制裝配式建筑的施工過程中，施工環(huán)境的變化同樣也會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性帶來一定程度的影響。因此，施工人員在對(duì)裝配式建筑的內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，務(wù)必要提前準(zhǔn)確計(jì)算出扭矩、彎矩以及剪力參數(shù)，以此來大幅度提高預(yù)制裝配式建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為后續(xù)的作業(yè)流程打好基礎(chǔ)。2.2.2剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)。在對(duì)預(yù)制裝配式建筑的剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注的是如下兩點(diǎn)要素：首先，對(duì)承重墻板進(jìn)行設(shè)計(jì)。承重墻板是裝配式建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)中不可或缺的部分，同時(shí)也是整個(gè)受力體系中的核心部分。因此，設(shè)計(jì)人員務(wù)必要嚴(yán)格遵循建筑工程的承載墻內(nèi)力計(jì)算結(jié)果來進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。在這一過程中，設(shè)計(jì)人員在對(duì)結(jié)構(gòu)的豎向抗測力進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須要確保承重墻的水平及豎向的重要連接部位之間的緊密度，在此基礎(chǔ)上完善相應(yīng)的抗震和連接設(shè)計(jì)方案，保證裝配式建筑的結(jié)構(gòu)性能符合施工要求。其次，構(gòu)件加工與現(xiàn)場拼裝。在對(duì)預(yù)制裝配式建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，所采用的是分塊式設(shè)計(jì)模式，因此設(shè)計(jì)人員務(wù)必要結(jié)合工程實(shí)際來合理確定建筑工程中相關(guān)構(gòu)件的拼接位置。其中，針對(duì)豎向拼縫而言，設(shè)計(jì)人員則要將結(jié)構(gòu)的受力面積控制在合理范圍內(nèi)，要保證所選擇的構(gòu)件符合要求，為后續(xù)的構(gòu)件加工以及構(gòu)件拼接作業(yè)打好基礎(chǔ)。另外，在具體的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)提前規(guī)劃出預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸以及吊裝驗(yàn)算工作，避免在這兩項(xiàng)環(huán)節(jié)中引發(fā)鋼筋變形或構(gòu)件開裂等問題。如今，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到我國的建筑工程體系中，并逐漸成為一項(xiàng)不可或缺的關(guān)鍵性內(nèi)容。因此，設(shè)計(jì)人員同時(shí)還需要綜合考慮到不同施工區(qū)域內(nèi)對(duì)于建筑抗震能力的要求，在此基礎(chǔ)上全面提高預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。在未來的發(fā)展歷程中，一方面要全面提高預(yù)制效率，另一方面則要在保證施工質(zhì)量的同時(shí)將建設(shè)成本控制在合理范圍內(nèi)。

2.3設(shè)計(jì)流程

我國政府已經(jīng)針對(duì)預(yù)制裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制定出了十分明確的要求規(guī)范。因此，在日后的施工中，需要嚴(yán)格遵循如下流程來完成設(shè)計(jì)工作：首先，設(shè)計(jì)人員需要針對(duì)預(yù)制裝配式建筑的相關(guān)特點(diǎn)進(jìn)行全方位的了解，整合施工現(xiàn)場周邊的具體情況，在此基礎(chǔ)上全面提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的標(biāo)準(zhǔn)性與可行性。在保證預(yù)制裝配式建筑基本功能的同時(shí)，嚴(yán)格遵循少規(guī)格、多組合的設(shè)計(jì)原則，進(jìn)一步突出設(shè)計(jì)方案內(nèi)容的個(gè)性化和多元化特點(diǎn)。在這一過程中，設(shè)計(jì)人員還要根據(jù)建筑工程項(xiàng)目的具體要求來考慮是否要提前設(shè)計(jì)精裝修方案。其次，應(yīng)當(dāng)參考現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系來完成相關(guān)的計(jì)算工作，提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，在此基礎(chǔ)上對(duì)局部結(jié)構(gòu)的參數(shù)作出適當(dāng)調(diào)整，保證各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)。此外，還要從客觀條件出發(fā)來評(píng)估預(yù)制構(gòu)件的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，并將可能對(duì)最終的施工質(zhì)量、施工進(jìn)度以及施工成本帶來負(fù)面影響的因素進(jìn)行深入分析，提前給出解決建議。最后，應(yīng)當(dāng)根據(jù)初步提供的設(shè)計(jì)方案，合理利用BIM技術(shù)建設(shè)數(shù)字模型，以此來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案內(nèi)容的可行性，并針對(duì)其中至關(guān)重要的連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)容優(yōu)化。在這一過程中，設(shè)計(jì)人員需要與加工廠以及施工單位之間建立起密切的溝通關(guān)系，并提前做好技術(shù)交底工作，保證設(shè)計(jì)圖紙的完整性。

3.結(jié)語

預(yù)制裝配式建筑雖然在我國的應(yīng)用時(shí)間尚短，但已經(jīng)取得了十分優(yōu)秀的建筑成果。相信在未來的發(fā)展歷程中，預(yù)制裝配式建筑將發(fā)揮出更多的優(yōu)勢(shì)，以此來有效解決我國現(xiàn)代化城市在建設(shè)過程中所遇到的環(huán)境保護(hù)問題以及人口密集問題，促進(jìn)建筑行業(yè)的穩(wěn)定前行，為人們打造出更加舒適的居住環(huán)境。

作者:肖金敏 單位:長沙市建筑工程質(zhì)量安全監(jiān)督站