關于預制裝配式建筑結構體系與設計

文/盛賢為 湘潭市建筑設計院 湖南湘潭 411100

綠色、低碳、環保、節能和生態等一系列新理念的提出對我國建筑事業帶來了很大的影響，使建筑向工業化的方向快速發展，其重要表現形式即預制裝配式建筑，它從根本上打破不同專業的設計與施工都各自為戰的落后局面，使建筑產業達到高度協同。

1、預制裝配式建筑結構體系

1.1 概述

七十年代開始使用的裝配式建筑，其結構以大板式為主，主要試用以下幾種預制構件：槽型板、圓孔板及屋面板。因在受力分析、連接等很多方面都存在一些問題，使結構可能存在缺陷，所以在之后被逐步淘汰。

目前在民用建筑當中，可使用很多不同的預制結構。伴隨經濟水平不斷提高，以及對環境保護與節能減排的不斷重視，此類結構開始成為城市建設主要趨勢之一。由于受到成本的影響與限制，使很多開發商將目光放在裝配式[1]。

1.2 結構體系

在結構型式上，預制與現澆沒有太大區別，但預制對構件之間的連接有很高要求，即便結構布置完全相同，當所用連接技術不同時，會有不同力學性質與抗震性能；另外，如果在力學性質及抗震性能大致相同時采用不同方法進行連接，則能使結構具有不同經濟等性能。可見，對設計人員，往往很難準確把控，對其推廣應用造成一定程度的影響。雖然在此之后有IMS體系等提出，但由于在安裝施工中均需布置一定數量的斜撐來形成一個穩定的整體體系，所以可能并不會其他類型的結構體系更便于施工。

對于裝配式結構，若按裝配化程度進行分類，還可分成全部與局部兩類。裝配化程度并不會對結構剛度造成影響，僅僅和節點及構件存在一定關聯。其中，節點可分為如圖1、2所示的干式與濕式、柔性幾種[2]。其中，干式沒有轉動剛度，適用于只主要承受豎向荷載的實際情況；濕式節點的轉動剛度與現澆梁柱的節點基本相同，所以有著與現澆結構相似的性能；而柔性節點則處在以上兩種節點之間。

圖1 干式節點

圖2 濕式節點

通過上述分析可以看出，不同節點由不同性能與剛度，所以當結構所用連接節點不同時，其性能將有很大差別，特別是裝配式結構能選擇的節點類型有很多，對于一種結構，選擇哪一種節點，確定不同節點對應的使用比例，是設計的關鍵問題之一。

2、預制裝配式建筑設計

（1）在方案設計中，需要對不同參與方之間的相互關系進行協調，對包含平面與立面等在內的所有內容進行有針對性的優化，并對技術做科研分析與經濟技術對比，輔以整體策劃，確定最佳的施工方案。嚴格把控構件的具體部位與拆分，比如確定每個項目對應的構件類型，哪些構件需要進行拆分等。在建筑中，首先要充分考慮水平方向上的構件進行預制，如陽臺、梁板與樓梯，這樣能減少在施工中腳手架等體系的搭設，起到降低造價的作用；其次在外墻上應盡量使裝飾與保溫充分結合，以此降低施工的復雜度；再次，對內墻預制予以充分考慮，包括承重與非承重兩種[3]。不同地方可能有不同的要求，設計前必須明確相關要求；另外，其它專業也應予以高度配合和足夠的支持，對各方面提出明確要求，同時對構件的制作與運輸作出準確預測。

（2）初步設計過程中，對包含基礎型式、結構體系與材料等在內的多方面內容實施綜合論證，確定最佳施工方案，以此對工程造價進行有效控制，使裝配式結構得到合理應用。

（3）在施工圖設計過程中，應在確實滿足使用功能要求的基礎上，使基本單元定型達到標準化，使構配件得到充分利用。需要特別注意，在裝配式結構當中，構件之間的連接處宜布置在受力相對較小的部位，同時它的形狀與尺寸都應符合相關要求。對預制構件進行深化設計時，需要一同完成不同工種及專業的所有預留孔洞，以免后續切割與修造，對構件造成損壞。

（4）如前所述，裝配式結構有很多不同類型，它的適用高度與高度和寬度之比，均需根據現行技術規范來確定。構件與節點需要做好極限狀態設計，確定適宜的極限狀態，確定適宜的彈性方法，同時滿足規范及標準相關要求。

在沒有特殊要求的情況下，對于裝配式結構，它的設計可使用和現澆結構一致的方法。如果在同一層中，同時存在現澆和預制兩種構件，則在抗震設計過程中需要對現澆構件受地震作用后的彎矩及剪力實施放大。對于現澆和預制樓蓋，都能認為其平面中的剛性為無限，剛度系數一般為1.3-2.0[4]。

對裝配式結構進行連接計算時，如果從接縫中穿過的鋼筋數量大于或等于構件中的鋼筋，同時構造可以達到規范要求，則接縫和節點處受彎、受拉及受壓不能比構件低。對于后澆混凝土，其抗剪強度通常比構件自身低，在這種情況下，接縫應根據規范的相關要求做好承載力設計與計算。

充分考慮樓板自身整體性和預埋管線等影響因素，同時充分考慮構件施工、吊裝及運輸方面的因素，對于預制板與現澆層的厚度，都應達到60mm以上。預制板以接縫的方式及長寬比為依據，應采用不同的計算方式。構件在進行制作與安裝時，其受力狀態與基數按的模式都不相同。構件在此時沒有滿足設計要求的強度，需要在短時間內的承載力進行分析和驗算，對每一個生產與施工過程都進行深入的分析。

（5）采用裝配式結構的建筑，其構造、體型與平面布置都要滿足抗震基本原則與相關設計要求。為了達到工業化具體要求，對預制構件進行設計時，應保證受力的合理性、構件間連接的便利性、施工的便利性，構件的重量與尺寸應科學合理，便于日后的加工及運輸，保證工程的施工質量，并實現對工程造價的有效控制。

（6）對于裝配式建筑的豎向構件，如柱、墻等，應做到上、下連續，預留的門窗洞口需要做到完全對齊，盡量成列排布，一般不建議設置轉角窗。另外，洞口處尺寸及所在位置都要滿足結構體系實際受力要求[5]。

（7）對裝配式建筑進行裝飾裝修設計時，需要嚴格遵循一體化基本原則，各種部品體系要符合相關標準具體要求，滿足環保、節能和安全等方面的要求。在條件允許的情況下，可利用接口技術、參數優化等實現構件的通用性及互換性。在裝飾裝修設計過程中，需要對不同設施、材料及機械設計年限進行綜合考慮，使用的部品應具有良好適應性及可變性，此外還要能為施工、維護及改造創造便利。

結語：

綜上所述，預制裝配式建筑是現在建筑行業的主要發展趨勢，在技術快速發展推動下，預制裝配式建筑的結構體系類型越來越多，在設計中除了要根據實際情況選擇合理可行的結構體系類型，還要做好構件連接、平面立面和構造節點等的設計。