裝配式混凝土住宅建筑結構設計分析

康樂

（山西晉設拓凡建筑設計咨詢有限公司，山西太原 030013）

依托政策支持與科技支撐，裝配式建筑近年來在我國得到了迅速發展，與裝配式建筑相關的研究、實踐也不斷增多。裝配式混凝土住宅是采用裝配式混凝土結構體系的住宅，相較于傳統住宅，裝配式混凝土住宅有著施工周期短、現場施工簡便、質量可靠、節能環保等諸多優勢。

1 裝配式建筑

1.1 特征

裝配式建筑指的是在工廠內預制構件、現場對預制構件進行裝配、安裝的一類建筑。裝配式建筑做到部品生產工業化、建筑設計標準化、現場施工裝配化、過程管理信息化、結構裝修一體化，這也是裝配式建筑的主要特征。具體來說：

（1）在設計階段，裝配式建筑注重一體化、標準化設計，同時與信息化技術協同設計，倡導設計與施工的緊密結合。普通建筑不強調一體化設計，設計與施工存在明顯的脫節現象。

（2）在施工階段，裝配式建筑注重設計施工一體化、施工隊伍專業化、構件生產工廠化、現場施工裝配化。普通建筑現場施工多為手工操作、濕作業較多，工人整體素質不高。

（3）在管理階段，裝配式建筑通常采取總承包模式，全過程開展信息化管理，可促進效益的最大化。普通建筑通常是以包代管，依賴勞務市場分包，專業化協同較弱，設計與施工各自為政。

（4）在裝修階段，裝配式建筑注重建筑設計與裝修同步，主體結構與裝修一體化。普通建筑通主要是毛坯房，需要進行二次裝修。

（5）在驗收階段，裝配式建筑采取的是全過程質量檢驗、驗收。普通建筑為竣工分部、分項抽檢。

1.2 優勢

裝配式建筑的數量近年來不斷增多，究其原因在于裝配式建筑有著諸多普通建筑不具備的優勢。主要表現在以下幾個方面：

（1）普通建筑需要現場測量下料，材料消耗量、耗損量均比較大。裝配式建筑實現了部品生產工業化，有效減少材料使用量的同時材料的耗損量也比較低，可有效降低材料成本，還可以避免不必要的建材資源浪費。

（2）普通建筑需要現場測量下料，設置滿堂模板、腳手架，外加到頂，模板工程量較大，因此施工周期較長，同時用工量較大，據調查普通建筑每標準層的用工量約為185.5 工日。裝配式建筑在工廠內預制各種配件，不需要現場下料，僅需設置2 層腳手架，減少了現場的施工量，因此可以有效縮短施工周期，還可以減少施工現場的用工量，據調查裝配式建筑每標準層的用工量約為125 工日。

（3）普通建筑現場施工中濕作業、切割作業較多，會出現多種污染。裝配式建筑在施工現場僅需對預制構件進行安裝，現場施工更加簡便，無須現場進行切割作業，因此污染較小，符合環保、綠色的要求。

（4）普通建筑存在多種質量問題。裝配式建筑基本消除了傳統施工方式下的各種質量通病。

2 裝配式混凝土住宅建筑結構設計要點

2.1 結構體系選擇

在裝配式混凝土住宅建筑結構設計中，結構體系選擇是一項要點內容，必須根據裝配式混凝土住宅的實際情況，對結構體系進行合理選擇。裝配式混凝土住宅的結構體系主要包括以下幾種類型：

（1）裝配整體式混凝土剪力墻結構體系。這一結構體系是住宅類建筑現階段普遍采用的一種結構體系，具有安全性以及抗震性能較好的優勢。該結構的主要受力構件是梁、板、剪力墻，主要是疊合板，部分為疊合梁以及預制混凝土墻板。針對裝配整體式混凝土剪力墻結構體系，在進行設計的時候，應對預制剪力墻的橫縱布置進行科學設計，從現場裝配施工以及外墻保溫、裝飾一體化等方面考慮，應當優先選擇外圍護預制剪力墻結構。

（2）裝配整體式混凝土框架結構體系。這一結構體系與預制剪力墻相比，預制梁、柱、板的質量更小、更加便于運輸，所以目前裝配整體式混凝土框架結構在裝配式混凝土住宅領域得到了越來越多的應用。預制梁、柱、板是在工廠內生產完成，對疊合層的鋼筋進行預留，為保障結構的整體性，在現場裝配施工的時候，應確保疊合板、疊合梁的中軸線處于同一水平，盡可能地控制偏差。此外，應確保裝配整體式混凝土框架結構支撐系統的支撐能力可以滿足施工中承載能力的要求。

（3）裝配整體式疊合剪力墻結構體系。這一結構是采取部分現澆、部分預制工藝制作而成的鋼筋混凝土剪力墻，可分為單面保溫疊合剪力墻、雙面疊合剪力墻兩種類型。該結構的優勢包括構件質量較小、防水性能較好、容錯性較強以及對運輸設備、起吊設備的要求不高。但裝配整體式疊合剪力墻結構也有一定的缺點，即與其他兩種結構體系相比，裝配整體式疊合剪力墻結構的用鋼量較大，因此成本較高。

2.2 預制構件設計

裝配式混凝土住宅建筑結構設計中，應遵循模塊化、多組合、少規格的原則，全面考慮預制裝配率、結構體系、建筑實際情況等因素，對預制構件進行科學選擇。同時，應盡量提高預制構件的重復利用率，以實現工程成本的降低。在預制構件設計中，應根據建筑使用功能、主體結構形式等，選擇便于重復生產、適合裝配施工、模數協調的部位，如樓板、墻板、空調板、樓梯板、陽臺板、框架梁和柱等為預制構件。上述部品部件易于標準化設計、工業化生產，也可以減少腳手架、模板的使用量，有利于提高施工效率、縮短施工周期、降低后期維護成本。

2.3 預制構件拆分

建筑設計標準化是裝配式建筑的一個主要特征，其核心在于科學拆分預制構件。通常情況下，可根據主體結構受力情況，對構件拆分部位進行科學確定，按照模數協調原則，拆分預制構件。在對構件進行拆分的過程中，應遵循便于構件標準化的原則，盡可能地減少構件的種類，對構件的規格進行統一，以實現構件重復使用率的提高，降低整體成本。在拆分預制構件的時候，應堅持工廠便于生產預制構件、運輸預制構件、預制構件吊裝及現場安裝的原則。尤其是混凝土構件，不僅要容易堆放，還要節省空間，應做到不超高、不超寬、不超重，以便于運輸、吊裝。此外，在預制構件截面尺寸相同的情況下，鋼筋數量、間距應當盡可能一致，以防邊模過于多樣化而給生產效率帶來的不利影響、避免吊裝時出錯。對預制構件的拆分方案進行合理確定，實現標準化設計，盡量提高預制構件的通用性、重復使用率，實現成本的降低，充分發揮裝配式建筑的優勢。

2.4 結構布置

應結合裝配化，對裝配式混凝土住宅的結構布置進行優化設計，不接按現澆設計再進行拆分。裝配式混凝土住宅的結構布置主要包括現澆和裝配部分。通常來說，樓板應當使用疊合樓板，開間較大或者是平面復雜的樓層、結構的轉換層、作為上部結構嵌固部位的地下室樓層，應當采用現澆樓板；地下室部分、框架結構首層柱、剪力墻結構底部加強部位的剪力墻、電梯井筒等部分，應當采用現澆；樓板與墻體、樓板與樓板之間的接縫，應確保結構安全。豎向構件如承重預制外墻等應當上下連續，截面應當規則、簡單，同時沿兩個方向進行布置；預制墻的門窗洞口應當成列布置、上下對齊，不應使用轉角窗，且平面位置、尺寸應滿足預制構件設計、結構受力的要求。易出現剛度突變、豎向承載力的位置，可以局部使用現澆結構。

2.5 結構計算

計算工作在裝配式混凝土住宅建筑結構設計中占據著重要的地位，必須給予高度重視。計算工作的內容主要包括接縫承載力驗算、結構主體受力計算以及施工階段脫模起吊、運輸、堆放等的驗算。在結構主體計算的過程中，應當使用現澆建筑的計算方法，但需要適當放大現澆墻肢地震力，同時合理調整位移比、周期比。在計算預制墻板水平接縫的受剪承載力時，應對墻板受拉時的折減進行重點考慮，并要復核底部加強區預制墻板接縫的承載力。有必要的情況下，應進行補充計算，例如構件裝配施工中需要對吊點、重心進行驗算，結構使用階段應對預制墻、柱水平接縫以及預制梁豎向接縫進行驗算，并要計算連接節點。在開展計算工作的過程中，應高度重視窗洞口下墻體剛度對結構整體剛度的影響，按照在樓層頂面標高處設縫的雙連梁進行設計。預制墻板長度較長的情況下，可以在其中部設置結構洞，以減小結構剛度，確保結構剛度的合理性，同時將聚苯板填充在洞中，可以實現墻板質量的減輕。但如果結構計算的過程中只考慮結構洞口，未考慮聚苯板，則會導致結構剛度計算與實際存在較大的差距。

3 結語

綜上所述，與普通建筑相比，裝配式建筑有明顯的優勢，因此在我國建筑行業有良好的應用前景。裝配式混凝土住宅建筑結構設計中，應充分考慮建筑的實際情況，把握好結構體系選擇、預制構件設計、預制構件拆分、結構布置、結構計算等要點，確保建筑結構設計的合理性，從而為實現裝配式混凝土住宅建設質量的提高奠定良好基礎。