預制裝配式建筑結構體系與設計分析

李 芳 泰安市建筑設計院有限責任公司

1 前言

作為國家基礎設施建設的支柱，建筑行業發展關系民生建設以及社會的和諧與穩定發展。但是在可持續發展戰略指導下，有效解決傳統建筑建設中的高耗能、重污染等弊端，堅定不移地走節能環保的綠色發展之路是現代建筑行業發展的必然趨勢。其中預制裝配式建筑本身具有施工便捷、可重復利用以及環保節能性突出等應用優勢，同綠色建筑設計與建設理念相契合，做好其科學設計研討顯得尤為重要。

2 預制裝配式建筑結構體系概述

2.1 預制裝配式建筑結構的概念與類別

預制裝配式建筑結構本質上是一種建筑結構形式，主要是建筑建設中所涉及到的構件全部需要在特定的預制構件加工廠中進行加工與制作，之后再通過運輸的方式運輸到施工現場開展拼接與組裝作業，借助這種方式就構成了預制裝配式建筑（圖1為裝配現場）。

圖1 裝配式建筑結構裝配現場

在現階段的建筑市場中，所用到的裝配式建筑結構主要包括如下三種類型：其一，鋼混結構類型結構，主要是采取工廠預制生產的方式進行柱子、梁與樓板等構件生產，并且提前預留出構件的頭部鋼筋，之后可以運輸到建筑工程施工現場進行再次澆筑。其二，鋼結構類型的構件，預制工廠提前結合建筑工程建設要求和需求，提前制作好鋼梁、鋼柱子等主體建筑結構構建，之后再將它們運輸到施工現場中采取螺栓連接或焊縫連接的方式開展拼接與組裝施工作業。其三，集裝箱式預制建筑，該種預制建筑結構本身的基本單元是集裝箱，通過有效組合不同種類的箱子可以滿足差異化的建筑結構功能。通過上述三種類型的預制結構構件運用，可以形成不同的建筑特色與風格。它們彼此各有各自的特色與優勢，所以實際的建筑工程設計中適宜采取差異化的結構形式。其中預制墻體和預制樓板等預制構件使用比較多，并且預制鋼結構主要在車站、橋梁以及其他公共建筑或者超高層建筑中得到了廣泛應用。而集裝箱式預制建筑則在現階段的建筑生產實踐中被應用于小品建筑或臨時建筑等中，實際的建設中需要結合實際情況來選擇恰當的類型，保證可以最大程度提升預制裝配式建筑結構設計效果。

2.2 預制裝配式建筑結構的特征

較于以往的建筑結構，預制裝配式建筑結構本身具有如下幾個突出的應用特征：其一，施工非常便捷。以往的建筑工程施工中會涉及到大量建筑結構與施工材料，但是預制裝配式建筑結構施工中卻可以直接采用預制的各種建筑構件，這樣可以節省許多建筑工程建設中的中間環節，可以簡化整個建筑結構施工流程，降低人力成本，提升整體施工的效率。其二，環保效益較高。鑒于預制裝配式建筑結構施工中不需要在現場用到過多施工材料，并且可以有效確保現場施工作業的安全性。通過該種建筑結構設計方式可以更好地滿足現階段可持續發展戰略下的綠色發展理念。比如，針對窗戶、水管等這些建筑構件都可以提前采取工廠預制的施工作業方式，有效提升整體施工的質量。與此同時，該種預制建筑結構本身的施工作業中不會產生過大噪音，也可以避免施工材料浪費問題的出現，所以整體工程建設的環保性更高。其三，鑒于預制裝配式建筑結構施工作業效率更高，所以建材價格不會受到過多市場變動的影響，并且可以有效控制施工的成本，所以可以獲取比常規建筑施工更大的效益。

3 預制裝配式建筑結構設計的要點

3.1 預制裝配式框架結構體系的設計要點

框架結構體系是現階段國內預制裝配式建筑設計中比較常用的一種結構體系類型。相較于剪力墻結構體系，框架結構體系本身的質量非常小，所以非常便于運輸各種預制建筑構件，同時該種預制框架結構本身也在低樓層建筑工程領域得到了廣泛應用，這符合可持續發展戰略下綠色建筑發展理念。在實際的施工中，預制裝配式框架結構施工中會提前在預制構件加工廠當中提前制作預制疊合梁或疊合板等構件。然后再統一將它們運輸到施工現場中對照固定節點來對各種預制構件進行焊接處理，使它們成為一個完整體。此外，在具體的建筑工程建設過程中會運用到一定數量的支撐柱，這時候也需要結合現場施工的實際情況來合理選擇和確定，保證可以有效提升預制裝配式框架結構設計效果。

在開展預制裝配式框架結構體系設計過程中，相應的設計要點主要包括如下幾個方面：其一，要做好建筑框架結構彼此之間連接構件的焊接設計工作，尤其是要對那些承擔受力與傳力的預埋件而言，必須要參考他們所承受的實際抗壓情況以及所處的具體位置來靈活地選擇適宜的焊接技術與方式，保證整體的構件之間保持緊密連接。與此同時，考慮到框架結構會受到剪力、軸力等多種類型荷載作用的影響，所以在實際的結構設計時間中可以應用分布計算手段來進行合理分析和科學設計。其二，在框架結構設計實踐中，要注意確保框架結構整體的平整性，并且要注意保證框架內部支撐柱本身的剛度與穩定性等可以滿足規定的設計要求和規定。但是需要特別注意的是，要保證梁柱本身的中心線可以控制在同一平面之內，并且需要使他們指向同一個方向，這樣方可更好地確保整體結構設計效果。其三，針對梁柱二者之間的交接部位，可以應用剛結點的處理方式來確保二者之間可以實現緊密連接，同時也要注意確保底部筑基安裝保持良好的穩固性，相應的混凝土等級不可小于C30，這樣才能更好地確保框架結構整體設計效果。

3.2 預制裝配式剪力墻結構體系設計要點

剪力墻結構也是預制裝配式建筑工程施工中比較多用的結構形式，主要受力構件為剪力墻、梁、柱等基本構件，或者可以應用預制墻板、疊合板和疊合梁等一些預制混凝土構件形成的裝配式建筑混凝土結構來構成整體的建筑主要受力結構。根據預制情況的不同，可以將預制剪力墻結構本身劃分成半預制與全預制兩種體系類型。在實際的結構體系設計過程中，設計人員必須要嚴格依據《高層建筑混凝土結構技術規程》、《建筑抗震設計規范》等一些基本的設計規范和標準等來開展結構設計，保證可以全面確保剪力墻結構體系的預制結構設計效果。在對預制裝配式剪力墻結構體系進行設計期間，要重點做好如下幾個方面的設計工作：

其一，要結合實際情況來合理地布設剪力墻結構的縱橫墻結構。比如，針對橫墻結構而言，在設計的時候一般適宜將預制承重墻板設置在兩側端部山墻位置處；在設置內墻的時候可以依據結構抗側力構件的需求以及實際內力計算的結果來科學設置預制輕質填充墻和承重墻板；在縱墻結構布設期間，可以依據結構抗側力構件的實際設計要求以及實際的結構內力計算結果來對內外縱墻結構進行科學設計，保證所設置的縱橫剪力墻結構可以有效地進行承載，這樣才能最大程度提升內外縱墻結構設計的效果。其二，針對結構豎向抗側力構件而言，可以應用豎向主要受力鋼筋漿錨、現澆連接帶等構成一個完整體。在開展建筑結構抗震設計過程中要重點驗證連接構造的整體可靠性與穩固性，保證其具有良好的承載性能。其三，在設計預制剪力墻構件的連接期間，要注意對構件本身的傳力明確性以及構造的可靠性進行仔細地分析。如果裝配式建筑本身在抗震性方面具有特殊規定和要求，那么還要保證相應的建筑結構的抗震性能。與此同時，要保證預制構件之間所采用的連接鋼筋的直徑與強度等級等均符合規定的設計要求，以此才能保證整體建筑結構連接的穩固性與可靠性。其四，在設計預制結構構件期間，可以采取分塊設計方式。在實際的構件設計中還需要綜合考慮各方面的影響因素，如房屋的進深、開間、拼縫位置以及施工現場的實際吊裝條件等等。在實際的設計過程中，針對墻板高度的設計可以依據單層或雙層的樓高高度進行科學設定，同時要保證豎向接縫本身所處位置要規避設定的暗柱位置，同時也要注意對構件型號及類型等進行縮減，這樣才能更好保證其整體的設計效果。其五，在設計預制構件配筋期間，除了需要保證其滿足《混凝土結構設計規范》等國家標準之外，還要注意結合現階段預制裝配式建筑工程施工的實際情況來仔細地校核它們的變形和受力情況，這樣才能更好地確保整體預制裝配式剪力墻結構體系設計效果。

3.3 其他預制裝配式結構體系的設計要點

除了上述兩種常用的預制裝配式結構體系的設計要點之外，為了全面提升預制裝配式結構體系的設計效果，還要注意重點做好如下幾個方面的設計工作：其一，要科學制定完善設計方案。在開展結構設計前，設計人員需要結合實際的設計需求來科學制定設計方案，期間要注意同建設人員進行密切溝通，彼此共同開展結構設計方案制作實踐，確保結構設計方案應用的可行性與有效性。其二，做好設計方案調研工作，具體就是要做好建筑工程項目所在地區的施工現場環境和條件等相關內容，并需要詳細地闡述結構設計理念與成本，有機整合構件設計方案與實際調研的結果，保證整體結構設計方案的準確性、合理性以及可操作性，這樣之后方可繼續開展結構設計工作。

總之，預制裝配式建筑是現代建筑工程設計中比較常見的一種類型，尤以框架式和剪力墻式最為常見。在實際的預制裝配式建筑結構體系設計中，除了需要針對框架式和剪力墻式等制定針對性的結構體系設計方案之外。為了全面確保整體結構體系設計效果，設計人員還要注意科學制定完善設計方案以及做好設計方案調研工作，確保夯實結構體系設計的基礎，保證設計工作有可靠的數據與資料支持，這樣才能全面確保預制裝配式建筑結構體系設計效果。