裝配式建筑的結構設計優(yōu)化探析

陳培霞 張梅 王躍興

【摘要】裝配式建筑是由預制部品部件在工地裝配而成的建筑，因其施工方法綠色環(huán)保，建造速度快，生產(chǎn)成本較低被世界各地廣泛推廣，目前國內(nèi)的裝配式建筑的發(fā)展還比較滯后，很多建筑企業(yè)對裝配式建筑物的理解還存在一定的誤區(qū)，對建筑結構設計，抗震功能的設計都缺乏經(jīng)驗，本文從裝配式建筑的優(yōu)勢特點、問題分析、設計優(yōu)化策略的探析三個方面進行簡要論述。

【關鍵詞】建筑工程；裝配式建筑；結構設計

1、裝配式建筑的優(yōu)勢特點

（1）機械化的生產(chǎn)大大減少了人力成本，解放了人工勞動力，提高了建房效率。

（2）提高了建筑材料的質(zhì)量，將裝修與建房一起設計完成，減少了裝修成本，也可以通過構件拆分進行適當?shù)氖覂?nèi)結構空間調(diào)整，滿足人們的住房需求。

（3）施工過程節(jié)能環(huán)保，適應當今時代對生態(tài)環(huán)境的綠色可持續(xù)要求。

（4）裝配式建筑的結構設計過程精細，易實施性高，通過數(shù)據(jù)可測控安全系數(shù)，可控住房安全。

（5）可以通過結構設計體系，根據(jù)客戶的需求滿足對室內(nèi)設計的獨特要求，根據(jù)設計進行適當?shù)慕Y構調(diào)整。

2、裝配式建筑的結構設計優(yōu)化策略探析

2.1嚴格裝配式建筑的設計工作流程。

（1）在工程造價階段，承包商要根據(jù)建筑材料的市場價格，客戶的室內(nèi)需求構造，建筑工程的施工安裝費用，構件和墻體等的生產(chǎn)價格，成品運輸?shù)膬r格等進行預測估算根據(jù)上層管理者商量決定作為自己的投標低價與競爭對手進行投標競爭，這個階段可以通過計算機軟件進行盡可能準確的成本預算，在職工程造價的人員要熟練各種工程造價軟件的使用，能夠有較強的工程量運算技能，清晰的思維邏輯，嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，有一定的數(shù)據(jù)資料管理能力。

（2）在設計階段，建立標準的結構體系，實地調(diào)查地基情況，對客戶的戶型需求和室內(nèi)設計進行詳細記錄，通過記錄的數(shù)據(jù)進行建筑材料的選擇，設計師根據(jù)客戶要求和實地考察數(shù)據(jù)資料進行圖紙設計，設計過程要考慮綠色環(huán)保，防震抗壓。對設計的建筑框架結構，剪力墻設計，水平構件的預制，構件節(jié)點的設計等過程都進行詳細思考規(guī)劃，圖紙作品要合理可實施，用計算機軟件進行動態(tài)模擬。

（3）在生產(chǎn)階段，對設計師的圖紙進行智能模擬后，得到客戶的認可，即可開始生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中采用BIM云技術生產(chǎn)廠商就不需要對設計師的作品進行精準分析，就能將誤差縮小到最低，并生產(chǎn)出質(zhì)量較高的產(chǎn)品。使用BIM技術，設計人員就能夠?qū)⒏鞣N預制構件的設計規(guī)格信息在BIM模型上與廠家共享，通過機器掃描二維碼或條形碼讀取相應的構件設計數(shù)據(jù)的具體參數(shù)信息。實現(xiàn)真正的自動化生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中要嚴禁偷工減料。對技術人員的職業(yè)素養(yǎng)嚴格要求，操作過程要嚴謹認真。對于墻面和節(jié)點的生產(chǎn)過程要嚴格重視，對構件批量生產(chǎn)進行id編號，便于之后的施工安裝。構件的設計也是是整個工程的重點，它關聯(lián)著整個建筑的安全系數(shù)。盡量采用整體式混凝土結構設計現(xiàn)場澆灌，提高安全質(zhì)量。構件的生產(chǎn)過程要考慮拆分和節(jié)點構造等重要因素。保證生產(chǎn)的質(zhì)量和精準度。

（4）在安裝施工階段，盡量用大型機器進行協(xié)助工作，大大提高建筑施工效率，對于建筑的空間結構也可以通過客戶的要求進行適當?shù)恼{(diào)整，對于樓梯，走道的安裝過程要規(guī)范，注意各種構件的節(jié)點連接，根據(jù)客戶的需求，地形的考察，根據(jù)企業(yè)設計的獨特方式會有不同的構件設計，特別注意其節(jié)點的連接一定要精細，保證建筑的安全指數(shù)。在安裝階段也要注意電梯，下水管道的修建設計要安全合理。為了完成配裝式建筑工程的高效率任務在安裝實施過程前，可以通過機械設備對安裝的過程進行模擬，預測安裝過程中的問題，避免實際裝配過程出現(xiàn)的誤差，減少因誤差造成的成本增加和資源浪費。

（5）在后期的維修階段，采用BIM技術，可以對整個裝配式建筑的設計都有準確的數(shù)據(jù)記載和性能了解，發(fā)生漏水，火災之類的情況維修工人就能根據(jù)BIM信息管理系統(tǒng)對建筑內(nèi)的受災位置進行準確定位，進行及時處理，在維修時，根據(jù)系統(tǒng)管理庫中的數(shù)據(jù)提取相應的所需構件信息提供給廠家，使其進行快速再造工作，重新安裝配制即可完成后期的維修工作。在拆裝完的廢棄材料中，可以根據(jù)BIM信息管理庫找到受損材料的具體數(shù)據(jù)信息，發(fā)送到廠家即可進行二次回收加工，實現(xiàn)資源再利用，提高資源的節(jié)約利用率。在維修過程中使用BIM技術，還有一大特色優(yōu)勢，可以通過數(shù)據(jù)記錄進行責任歸屬，一旦發(fā)生后期的安全問題，就可進行安全責任的準確定位。

2.2防震安全策略的優(yōu)化設計

（1）采用預制結構強節(jié)點連接，能夠使得裝配時建筑抗震性能高于現(xiàn)澆。

（2）采用電梯防震感應進行防震控制：電梯設有防震感應系統(tǒng)，當監(jiān)測到先行到達的地震縱波時，電梯防震感應系統(tǒng)就會即刻啟動，使正在行駛的轎廂將停在就近的樓層，并開門停止運行。

（3）設置門框變形空間，當?shù)卣鹗归T框變形，人也可以逃離出去。

（4）高層建筑盡量采用框架結構代替剪力墻，在樓層的設計中加入減震柱的使用。

2.3采用BIM技術對預制構件進行科學化標準的優(yōu)化設計

（1）在預制構件的設計階段，要減少預制構件的類型，在有效降低施工工程造價的同時，符合構件設計精準化，數(shù)?；脑O計原則，在墻面的構件設計中注意保溫板的設計，一般盡量設計在室內(nèi)，在樓板的預制構件進行線區(qū)設計，一般采用以色彩id標志進行線區(qū)區(qū)分，在衛(wèi)生間的構件中設計排水管的隔音處理等。采用BIM技術對預制梁構件預留的機電穿線洞口的尺寸大小；預制墻構件的鋼筋構架的內(nèi)徑，鋼筋之間的距離，截面尺寸；預制樓梯構件的設計角度，預制門構件的大小，預制衛(wèi)生間構件的排水管設計等參數(shù)數(shù)據(jù)進行準確的規(guī)格設計，優(yōu)化構件整體性能，提高構件設計的安全性能。

（2）預制構件的節(jié)點設計階段，構件節(jié)點的設計要考慮建筑的物理性能，滿足綠色節(jié)能，防水耐熱的精準要求。預制構件的節(jié)點設計還需要對實地的氣候特點，地質(zhì)特點等進行研究統(tǒng)計，采用BIM技術，按照國家標準《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010構件的相應規(guī)定進行計算，設計最優(yōu)的寬度接縫。通過BIM技術進行節(jié)點接縫的預設模擬，通過5D動畫視圖準確分析預測構件節(jié)點的安全性，通過BIM模型技術的碰撞檢測特性檢測預制構件之間的安裝配制沖突，縮小設計誤差，實現(xiàn)預制構件節(jié)點的準確定位設計，盡最大能力實現(xiàn)資源節(jié)約，成本最優(yōu)的設計目的。

結語：

總而言之，為了改善民生，滿足人民安全住房需求，房屋建筑工程需要不斷的迎接挑戰(zhàn)，敢于創(chuàng)新，用新思想開拓新思路，用新技術打開新市場，優(yōu)化裝配式建筑的結構設計，積極應對配裝式建筑發(fā)展緩慢的現(xiàn)狀，加強各個流程的管理，降低施工運費成本，健全部件產(chǎn)品的標準，提高工程質(zhì)量，讓配裝式建筑產(chǎn)業(yè)越趨結構化，經(jīng)濟化。

參考文獻：

[1]劉道華.淺談裝配式建筑的結構設計優(yōu)化[J].江西建材，2016 （16）.

[2]賈金城.裝配式建筑的結構設計優(yōu)化[J].建材發(fā)展導向，2017（03）.

作者簡介：

陳培霞，山東大衛(wèi)國際建筑設計有限公司；

張梅，山東大衛(wèi)國際建筑設計有限公司；

王躍興，山東大衛(wèi)國際建筑設計有限公司。