預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性研究

劉永霞

（1.銀川能源學(xué)院，寧夏 銀川 750105；2.銀川能源學(xué)院土木工程專業(yè)實(shí)踐教育中心，寧夏 銀川 750105）

預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性研究

劉永霞1，2

（1.銀川能源學(xué)院，寧夏 銀川 750105；2.銀川能源學(xué)院土木工程專業(yè)實(shí)踐教育中心，寧夏 銀川 750105）

本文從建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢(shì)出發(fā)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)適應(yīng)性調(diào)整為重心，解讀了預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的基本概念與特點(diǎn)，通過(guò)分析預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)選型和主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)其建筑總體造價(jià)成本進(jìn)行了分析，并針對(duì)如何降低預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系的造價(jià)問(wèn)題提出了幾點(diǎn)建議，具有一定的參考價(jià)值。

預(yù)制裝配式；鋼結(jié)構(gòu)建筑；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；經(jīng)濟(jì)性研究

當(dāng)前我國(guó)正處于城市化高速發(fā)展時(shí)期，城市建設(shè)不單單滿足于規(guī)模的擴(kuò)大，人們開始逐漸在城市建設(shè)中加入文化元素，注重內(nèi)涵，城市的發(fā)展品質(zhì)逐步得到提升，向著綠色環(huán)保、智能集約的方向發(fā)展，因而現(xiàn)代城市建設(shè)對(duì)建筑行業(yè)要求也相應(yīng)提升。過(guò)去我國(guó)城市建筑結(jié)構(gòu)大多采用現(xiàn)澆混凝土或者磚混結(jié)構(gòu)，這種建筑結(jié)構(gòu)不但需要高強(qiáng)度的勞動(dòng)操作，并且施工過(guò)程中還存在諸多安全隱患，建筑能耗不但相對(duì)較高，并且施工質(zhì)量也無(wú)法精確控制。隨著建筑施工技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)建筑行業(yè)開始向著預(yù)制裝配模式發(fā)展。但是受到傳統(tǒng)的建筑思想以及居住思想的影響，人們對(duì)于預(yù)制裝配建筑的認(rèn)識(shí)不足，因而無(wú)法接受該種建筑結(jié)構(gòu)，因而在我國(guó)預(yù)制裝配建筑的發(fā)展阻力較大。

1.預(yù)制裝式建筑概述

預(yù)制裝配建筑主要由各類預(yù)制件組合裝配而成，其預(yù)制件有工廠事先加工完成。將預(yù)制件運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)后，通過(guò)可靠的連接方式將預(yù)制件連接拼裝在一起。目前我國(guó)常見(jiàn)的預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)主要有預(yù)制裝配鋼結(jié)構(gòu)、預(yù)制裝箱房屋、預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)等。其中預(yù)制裝配鋼結(jié)構(gòu)主要利用鋼梁、鋼柱等作為建筑的承重結(jié)構(gòu)；預(yù)制集裝箱房屋的基本單元為集裝箱，通過(guò)預(yù)先在工廠進(jìn)行房屋各模塊的生產(chǎn)建造，而后將完成的預(yù)制結(jié)構(gòu)模塊運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，繼而完成建筑內(nèi)部裝修。

2.預(yù)制裝配式建筑的特點(diǎn)

建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的核心是融合信息化技術(shù)的新型建筑工業(yè)化，受到現(xiàn)代可持續(xù)發(fā)展、健康環(huán)保、綠色節(jié)能等理念的影響，我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)也逐步轉(zhuǎn)型，在設(shè)計(jì)施工上都向著更加科學(xué)的方向發(fā)展。預(yù)制裝配式建筑的具備多種傳統(tǒng)建筑所不具備的特點(diǎn)：不但建筑品質(zhì)相較于傳統(tǒng)建筑有所提高，并且操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需高強(qiáng)度地現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，施工垃圾也大大減少，避免了施工過(guò)程中造成的污染、減少了材料浪費(fèi)，并且由于勞動(dòng)強(qiáng)度降低，因而人工成本得到有效控制，工期大大縮短，工程維護(hù)更加便捷。

3.預(yù)制裝配鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要構(gòu)造

（1）鋼框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。體系的形成基礎(chǔ)為框架結(jié)構(gòu)，通過(guò)在柱網(wǎng)的橫向、縱向設(shè)置剪力墻，從而形成鋼框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系，建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度由于側(cè)向剛度的改善，建筑結(jié)構(gòu)體系側(cè)向位移量的缺陷被有效彌補(bǔ)，豎向荷載由框架承受，水平荷載由剪力墻分擔(dān)，因而建筑承載能力顯著提高，目前高層建筑大多使用該結(jié)構(gòu)體系。

（2）鋼框架結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)體系中建筑的承重構(gòu)件以及抗側(cè)剪力構(gòu)件主要為設(shè)置在建筑橫向、縱向的梁柱，鋼梁、鋼柱的抗彎載能力直接決定了建筑的抗側(cè)剛度。鋼框架結(jié)構(gòu)為柔性結(jié)構(gòu)，因而其靈活性較高，且結(jié)構(gòu)體系中的受力、傳力較為明確，在多層建筑及抗震要求低的建筑中較為適用。

（3）鋼框架—支撐結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)力能力較高，這是由于其為雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，為增加框架柱之間的水平荷載支撐力，會(huì)設(shè)置橫向鋼支撐，且橫向鋼支撐不會(huì)對(duì)豎向荷載造成影響。因而該結(jié)構(gòu)體系具有較高的穩(wěn)定性，且建筑結(jié)構(gòu)的梁柱截面面積有效減少，但是由于體系機(jī)構(gòu)復(fù)雜，因而靈活性較差。

常用的預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑常用的樓屋面板形式包括現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板、壓型鋼板—混凝土組合樓板、鋼筋桁架混凝土組合樓板等。

4.設(shè)計(jì)特征及設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

4.1設(shè)計(jì)特征

與采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)建筑的建設(shè)流程相比，預(yù)制裝配式建筑的設(shè)計(jì)工作呈現(xiàn)5個(gè)方面的特征：

（1）流程精細(xì)化：從施工流程方面分析，預(yù)制裝配建筑綜合性更強(qiáng)，且精細(xì)化程度、整體化程度更高，相較于傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)，其流程增加了前期技術(shù)策劃和預(yù)制構(gòu)件加工圖設(shè)計(jì)兩個(gè)設(shè)計(jì)階段。

（2）設(shè)計(jì)模數(shù)化：模數(shù)化是建筑工業(yè)化的基礎(chǔ)，通過(guò)建筑模數(shù)的控制可以實(shí)現(xiàn)建筑、構(gòu)件、部品之間的統(tǒng)一，從模數(shù)化協(xié)調(diào)到模塊化組合，進(jìn)而使預(yù)制裝配式建筑邁向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

（3）配合一體化：在預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)階段，應(yīng)與各專業(yè)和構(gòu)配件廠家充分配合，做到主體結(jié)構(gòu)、預(yù)制構(gòu)件、設(shè)備管線、裝修部品和施工組織的一體化協(xié)作，優(yōu)化設(shè)計(jì)成果；

（4）成本精準(zhǔn)化：預(yù)制件的生產(chǎn)加工以預(yù)制裝配建筑設(shè)計(jì)為依據(jù)，因而建筑設(shè)計(jì)直接決定了預(yù)制件的相關(guān)參數(shù)。除此之外，在裝配率條件相同的基礎(chǔ)下，投資成本會(huì)受到拆分方案的影響，因此設(shè)計(jì)也是影響成本的直接因素之一。

（5）技術(shù)信息化：BIM是利用數(shù)字技術(shù)表達(dá)建筑項(xiàng)目幾何、物理和功能信息以支持項(xiàng)目全生命期決策、管理、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)的技術(shù)和方法。建筑設(shè)計(jì)可采用BIM技術(shù)，提高預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)完成度與精確度。在預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，可將設(shè)計(jì)工作環(huán)節(jié)細(xì)分為以下5個(gè)階段：技術(shù)策劃階段、方案設(shè)計(jì)階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工圖設(shè)計(jì)階段以及構(gòu)件加工圖設(shè)計(jì)階段。

4.2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）規(guī)劃設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)規(guī)劃中，預(yù)制裝配建筑應(yīng)當(dāng)首先滿足建筑的采光、通風(fēng)、退線等基礎(chǔ)性要求，在經(jīng)濟(jì)合理、安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上選擇套型模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的組織流程及工序銜接予以考量，保證施工質(zhì)量和施工效率。

（2）預(yù)制件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

預(yù)制構(gòu)架是預(yù)制裝配建筑的基本要件，在預(yù)制件的設(shè)計(jì)中必須嚴(yán)格遵循模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化要求。以簡(jiǎn)潔規(guī)整為出發(fā)點(diǎn)，減少構(gòu)件類型，從而降低建筑造價(jià)。此外在設(shè)計(jì)預(yù)制件過(guò)程中需要充分考慮預(yù)制件生產(chǎn)的可行性，以便捷生產(chǎn)為目的，提高預(yù)制件的可靠性，并便于后期預(yù)制件的保護(hù)。

（3）構(gòu)造節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)也是決定預(yù)制裝配建筑質(zhì)量的關(guān)鍵，由于預(yù)制件需要在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配，各個(gè)預(yù)制件之間的節(jié)點(diǎn)也需要預(yù)先進(jìn)行設(shè)計(jì)，尤其在預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)住宅施工中。各類接縫、節(jié)點(diǎn)都影響著建筑整體質(zhì)量。因而設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)依照施工所在地氣候條件、實(shí)際情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以滿足建筑的防水要求，提高建筑的節(jié)能性。

（4）專業(yè)配合設(shè)計(jì)要點(diǎn)

預(yù)制裝配式建筑各專業(yè)應(yīng)協(xié)同。預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)遵循受力合理、連接簡(jiǎn)單、施工方便、少規(guī)格、多組合的原則，提高工程質(zhì)量，控制建設(shè)成本。給排水專業(yè)協(xié)同應(yīng)考慮公共空間豎向管井位置、尺寸及共用的可能性，豎向管線的設(shè)置宜相對(duì)集中，水平管線的排布應(yīng)減少交叉。

5.成本分析

工程造價(jià)是指進(jìn)行某項(xiàng)工程建設(shè)花費(fèi)的全部費(fèi)用，指項(xiàng)目從前期策劃開始到可行性研究，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)招標(biāo)、工程招標(biāo)。具體來(lái)說(shuō)，影響最大的是在投資決策階段，影響力為70%～95%；其次是設(shè)計(jì)階段，影響力為30%～70%；再次是施工階段，影響力是5%～30%，影響最小的是竣工階段。影響力為0～5%。

在施工時(shí)，構(gòu)件運(yùn)輸距離直接影響造價(jià)，特別是構(gòu)件的二次搬運(yùn)，必定造成建設(shè)成本的增加，所以，應(yīng)該確定離工地較近的廠家。其中外掛墻板的成本與材料種類和實(shí)際的施工存在必然關(guān)系，在造價(jià)控制中應(yīng)以二者作為重點(diǎn)對(duì)象。在預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系中，人工費(fèi)降低了40%，加上施工工期縮短，使成本大幅度降低。同時(shí)，腳手架用量大量減少，模板的規(guī)范統(tǒng)一可顯著降低成本。

6.造價(jià)控制建議

結(jié)構(gòu)選型是控制預(yù)制裝配鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)的關(guān)鍵。因而在進(jìn)行預(yù)制裝配建筑的設(shè)計(jì)時(shí)需要明確建筑的功能，并以建筑功能作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)形式予以明確，從經(jīng)濟(jì)適用、安全穩(wěn)定角度出發(fā)，依照建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)梁柱截面進(jìn)行優(yōu)化，降低結(jié)構(gòu)中鋼的使用量。同時(shí)預(yù)制混凝土外掛墻板，盡量降低模具種類，對(duì)構(gòu)件結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)范，增加模具的使用率，從而降低施工成本。現(xiàn)場(chǎng)施工安裝構(gòu)件時(shí)，可以采用分段式操作，以流水施工的方式同時(shí)進(jìn)行多道工序的操作，從而縮短施工周期，提高效率；另外選擇PK預(yù)應(yīng)力疊合樓板作為屋面板，以提高建筑的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)造價(jià)進(jìn)行控制。

結(jié)語(yǔ)

經(jīng)濟(jì)性是預(yù)制裝配鋼構(gòu)建筑最主要的優(yōu)勢(shì)，并且在實(shí)踐應(yīng)用中該結(jié)構(gòu)體系諸多優(yōu)勢(shì)不斷顯現(xiàn)，得到了建筑領(lǐng)域的一致認(rèn)可，因而在未來(lái)發(fā)展空間廣闊，但是人們對(duì)于該結(jié)構(gòu)體系還并未了解，因此無(wú)法真正看到該結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢(shì)。基于這一點(diǎn)，在未來(lái)的發(fā)展中，應(yīng)當(dāng)加大預(yù)制裝配鋼結(jié)構(gòu)體系的推廣，令其逐步成為建筑行業(yè)的主力軍，更好地推進(jìn)我國(guó)建筑工業(yè)化進(jìn)程。

[1]王福江.工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程造價(jià)關(guān)系分析[J].河南科技，2012（6）：59-61.

[2]殷壽成.基于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程造價(jià)控制[J].信息化建設(shè)，2013（2）：113-114,118.

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