基于裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

李亞楠

（濟(jì)寧市建筑設(shè)計研究院，山東 濟(jì)寧272100）

1 引言

當(dāng)前建筑形式日趨多樣化，裝配式建筑就是其中之一，這也是未來建筑發(fā)展的主要趨勢。但我國裝配式建筑起步較晚，各方面均存在較多限制和不足。要想改善此類問題，必須關(guān)注裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計，尤其是關(guān)注其結(jié)構(gòu)設(shè)計要點。

2 裝配式建筑概述

裝配式建筑是在構(gòu)件預(yù)制廠將梁、板、柱、墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)先生產(chǎn)，統(tǒng)一轉(zhuǎn)運至施工現(xiàn)場經(jīng)焊接、螺栓、澆筑等施工將這些預(yù)制構(gòu)件連接在一起形成一個整體性的建筑。我國在20 世紀(jì)50～80 年代開始發(fā)展裝配式建筑，其所具備的各類優(yōu)勢促使其成為未來建筑行業(yè)的重要趨勢。當(dāng)前，節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及人力資源成本的增加，推動了預(yù)制裝配式住宅在我國的推廣，裝配式建筑研究、應(yīng)用不斷增加，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面已與初期存在較多差異。但由于裝配式建筑產(chǎn)業(yè)體系不夠完善，其應(yīng)用受到一定阻礙，各地設(shè)計人員的裝配式建筑設(shè)計經(jīng)驗欠缺，裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員與生產(chǎn)廠家未能有效對接等問題，阻礙了裝配式建筑的應(yīng)用。因此，設(shè)計人員必須充分掌握裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點，并加強各方溝通，結(jié)合我國經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展需求形成能夠適應(yīng)當(dāng)前狀況的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及經(jīng)驗，為我國裝配式建筑推廣應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)【1】。

3 分析裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

3.1 設(shè)計流程要點

裝配式建筑設(shè)計需要對設(shè)計環(huán)節(jié)進(jìn)行深化，具體設(shè)計過程中，不僅要關(guān)注原有建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容，還要關(guān)注各類新增的設(shè)計需求。在裝配式建筑方案設(shè)計期間，設(shè)計人員要對工程規(guī)模、成本等充分掌握，根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、要求選擇有效的建筑結(jié)構(gòu)類型，對柱體、剪力墻等關(guān)鍵區(qū)域的連接方式、位置進(jìn)行控制，確保相關(guān)尺寸滿足預(yù)制構(gòu)件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

實際設(shè)計過程中，設(shè)計人員要與施工單位、生產(chǎn)單位進(jìn)行及時、有效的溝通，確定相關(guān)設(shè)計工作的施工方案及細(xì)節(jié)，為后續(xù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供合適的建議。針對施工圖設(shè)計工作，設(shè)計人員要充分了解裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)技術(shù)要求，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的受力情況選擇預(yù)制構(gòu)件類型，協(xié)調(diào)管線預(yù)埋設(shè)計工作。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計深化時，要積極與生產(chǎn)單位進(jìn)行聯(lián)系，共同確定構(gòu)件加工圖紙，必要情況下可以進(jìn)行構(gòu)件建模，并設(shè)置合理的吊運區(qū)域、配件。

3.2 構(gòu)件拆分設(shè)計

預(yù)制構(gòu)件設(shè)計期間要參考生產(chǎn)單位生產(chǎn)工藝水平，確立最為合理的尺寸，最大限度減少建筑結(jié)構(gòu)間的誤差，努力避免因尺寸問題而造成的質(zhì)量問題。同時，設(shè)計人員還要關(guān)注施工單位吊裝工作水平，合理選擇吊運方式、位置等細(xì)節(jié)。部分單位將構(gòu)建進(jìn)行拆分主要是為了降低工程建設(shè)成本和優(yōu)化施工流程，利于對各個現(xiàn)場施工節(jié)點進(jìn)行把控。另外，還要關(guān)注裝配式建筑結(jié)構(gòu)的安全性，確保建筑施工過程中具備良好的可靠性、安全性。而且，設(shè)計人員要考慮結(jié)構(gòu)安全性及構(gòu)件運輸、安裝等方面的問題，綜合多種環(huán)節(jié)的需求，不斷調(diào)整預(yù)制構(gòu)件拆分設(shè)計，才可以使設(shè)計更為合理【2】。

對于預(yù)制構(gòu)件的拆分需要以把握裝配式建筑主體結(jié)構(gòu)受力情況為前提，在掌握現(xiàn)澆與預(yù)制范圍時，明確構(gòu)件拆分位置，明確后澆區(qū)與預(yù)制構(gòu)件間的關(guān)聯(lián)。結(jié)構(gòu)拆分時還要根據(jù)實際情況減少構(gòu)件類型，確保建筑結(jié)構(gòu)總體的合理性，必須掌握相鄰構(gòu)件拆分情況，合理選擇構(gòu)件接縫位置。例如：剪力墻結(jié)構(gòu)拆分裝配設(shè)計時，要盡量選擇T 型剪力墻，避免拆解得較為分散；對于需要增加翼緣的剪力墻，要保證翼緣長度設(shè)計合理，減少邊緣構(gòu)件澆筑長度影響現(xiàn)場施工。

3.3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

剪力墻是裝配式建筑中主要承受風(fēng)荷載、地震荷載的結(jié)構(gòu)，具有防止結(jié)構(gòu)剪切破壞的重要作用。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計也是裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點，設(shè)計時需要把握以下幾點：全面考慮空間與結(jié)構(gòu)問題，對于裝配式建筑而言，其剪力墻施工方式為對稱樣式；避免單方向的剪力墻設(shè)置，在地震概率較高的區(qū)域，需要根據(jù)裝配式建筑的抗震性能確定剪力墻最有效的厚度；在設(shè)計縱墻時，應(yīng)結(jié)合實際計算結(jié)果進(jìn)行布置；注重剪力墻邊緣構(gòu)造設(shè)計，可在剪力墻邊緣配置端柱，進(jìn)而提高該部位的抗震能力，同時也要根據(jù)該部位實際受力情況加強端部與洞口兩側(cè)。

3.4 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

裝配式建筑框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用非常廣泛，特別是各類高層裝配式建筑當(dāng)中應(yīng)用更多。因此，必須重視裝配式建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。在開展框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要注意“剛?cè)岵?jì)”，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)太柔容易變形或結(jié)構(gòu)太剛?cè)菀拙植渴軗p的情況。設(shè)計時注意分清框架結(jié)構(gòu)主次，分清不同構(gòu)建部分的重要性及作用，確保重要構(gòu)件的穩(wěn)定性和可靠性【3】。

若裝配式建筑結(jié)構(gòu)布局存在問題，需要根據(jù)實際情況對布局進(jìn)行調(diào)整，同時關(guān)注框架體系結(jié)構(gòu)的調(diào)整情況；若建筑所在區(qū)域的地下水位偏高，應(yīng)注意在混凝土材料中添加一定比例的膨脹劑，若建筑框架結(jié)構(gòu)體系長度無法滿足伸縮縫間距標(biāo)準(zhǔn)時，需要提升配筋率或調(diào)節(jié)保溫措施，若裝配式建筑梁截面過大，設(shè)計過程中應(yīng)注意對配筋率、變形情況進(jìn)行分析、計算，必要情況下要采取有效的補強措施。對于入口位置的女兒墻需要考慮增加構(gòu)造柱，做好加密處理措施。

3.5 構(gòu)造節(jié)點設(shè)計

裝配式建筑防水性能較差的構(gòu)造節(jié)點要重點關(guān)注，做好構(gòu)造節(jié)點設(shè)計。在設(shè)計前充分掌握建筑所在區(qū)域的氣候、地理等條件，確保各個構(gòu)造節(jié)點滿足區(qū)域使用要求。還要掌握建筑所在區(qū)域的水文地質(zhì)條件，做好裝配式建筑的一般設(shè)計，重點考慮風(fēng)荷載的作用。一般情況下，建筑在風(fēng)荷載作用下，建筑結(jié)構(gòu)會處于彈性狀態(tài)，各個構(gòu)造節(jié)點設(shè)計需滿足內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)動作要求。

對于需要考慮較高抗震標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域，建筑結(jié)構(gòu)的主要荷載為地震荷載，若該荷載過大會造成建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性狀態(tài)，所以，必須針對這種情況關(guān)注特殊的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)構(gòu)造節(jié)點的極限承載力進(jìn)行設(shè)計，關(guān)注構(gòu)建塑性時的局部穩(wěn)定性，確保梁、柱環(huán)節(jié)的側(cè)向穩(wěn)定性。盡量避免梁、柱出現(xiàn)側(cè)向彎扭失穩(wěn)問題。在設(shè)計受彎構(gòu)件塑性區(qū)要保證相鄰支撐點間距、受壓翼緣寬度設(shè)置。在設(shè)計構(gòu)造節(jié)點要保證其構(gòu)造簡單，能夠以最快的速度就位、調(diào)整。設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造節(jié)點時要避免出現(xiàn)鋼板層狀撕裂的情況。對于構(gòu)造節(jié)點的接縫寬度而言，要綜合考慮風(fēng)荷載、地震荷載的影響，重點關(guān)注不同連接節(jié)點的受力情況和安全性，結(jié)合所獲取的資料選擇適當(dāng)?shù)倪B接方式和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)【4】。

4 結(jié)語

裝配式建筑相較于傳統(tǒng)建筑環(huán)保節(jié)能、建設(shè)周期短，具有很好的發(fā)展空間和前景，已經(jīng)得到了越來越多的推廣和應(yīng)用。但裝配式建筑設(shè)計、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)仍存在一些問題，各個環(huán)節(jié)之間的配合程度較差，甚至影響建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、合理性。因此，在針對裝配式建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，要充分掌握設(shè)計流程，了解其布局、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)等要點內(nèi)容，確保設(shè)計出來的建筑結(jié)構(gòu)滿足裝配式建筑結(jié)構(gòu)的使用要求。