關(guān)于裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

姚舜

中鐵建工集團(tuán)深圳分公司，中國·廣東 深圳 518000

1 引言

建筑行業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出繁榮之勢(shì)，對(duì)于促進(jìn)中國經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)起到了重要作用，也為社會(huì)生產(chǎn)生活提供了保障。傳統(tǒng)建筑施工方式不僅具有較長(zhǎng)的周期，而且會(huì)產(chǎn)生較多的建筑垃圾，對(duì)周圍環(huán)境造成污染和破壞，限制了建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。裝配式建筑具有良好的環(huán)保性特點(diǎn)，而且簡(jiǎn)化了施工的流程，有利于在保障施工質(zhì)量和安全的前提下，加快施工進(jìn)度，為建筑企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是裝配式建筑施工的首要前提，應(yīng)該確保各個(gè)結(jié)構(gòu)的合理性，增強(qiáng)整體布局效果，從而消除其中的質(zhì)量安全隱患，以促進(jìn)工程項(xiàng)目的快速實(shí)施。對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，需要制定有針對(duì)性設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)全過程的科學(xué)指導(dǎo)，以改善建筑結(jié)構(gòu)體系。

2 裝配式建筑及相關(guān)工藝

裝配式建筑結(jié)構(gòu)形式呈現(xiàn)出靈活多樣的特點(diǎn)，滿足了人們對(duì)建筑的多元化和個(gè)性化需求。由于是在工廠內(nèi)對(duì)各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行加工，可以大大節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)施工的時(shí)間，以更快的速度建設(shè)完成，同時(shí)確保建筑質(zhì)量達(dá)到國家和行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，在施工現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生過多的建筑垃圾和廢棄物等，符合當(dāng)前綠色建筑的發(fā)展要求，為建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了條件[1]。

多種結(jié)構(gòu)聯(lián)合的形式，也對(duì)結(jié)構(gòu)剛性提出了更高要求，必須對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面優(yōu)化，以增強(qiáng)其整體抗震性能。相較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要遵循“少規(guī)格、多組合”的基本特點(diǎn)，通過系列化設(shè)計(jì)使各個(gè)結(jié)構(gòu)組成一個(gè)有機(jī)整體，綜合考量預(yù)制構(gòu)件連接方式和受力特點(diǎn)等附件條件。在裝配式構(gòu)件的平面布置當(dāng)中，需要保障良好的均勻性、簡(jiǎn)單性和整體性，溫度伸縮縫的設(shè)置可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)性能，促進(jìn)整體抗扭轉(zhuǎn)能力的提升。

在現(xiàn)場(chǎng)施工中可以通過設(shè)置結(jié)構(gòu)拉縫來防止出現(xiàn)開裂問題，主要分為豎向縫和水平縫，在施工中避免對(duì)結(jié)構(gòu)剛度造成影響。可以將水平拉縫板設(shè)置在樓板面，在樓板混凝土初凝前將水平拉縫板壓入混凝土中。如圖1所示，裝配式建筑設(shè)計(jì)中可以保留為現(xiàn)澆架構(gòu)，無需預(yù)制結(jié)構(gòu)連板。相較現(xiàn)澆混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)而言，裝配式結(jié)構(gòu)具有靈活性和便捷性的特點(diǎn)，而且減少了施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境污染情況，有助于提高施工效率、加快施工進(jìn)度。

圖1 裝配式建筑

3 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

對(duì)裝配式建筑的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行全面優(yōu)化，了解不同設(shè)計(jì)階段的首要任務(wù)及控制要點(diǎn)，從而達(dá)到國家和行業(yè)要求。要對(duì)建筑的整體建設(shè)要求進(jìn)行分析，明確施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的全面優(yōu)化，以促進(jìn)工程項(xiàng)目的順利實(shí)施。做好前期勘察工作，并針對(duì)當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件、地質(zhì)狀況、水文條件等進(jìn)行記錄和分析，預(yù)估設(shè)計(jì)及施工中可能遇到的問題，并制定相應(yīng)的應(yīng)急處理方案[2]。了解建筑抗震等級(jí)要求，從技術(shù)性要素和經(jīng)濟(jì)性要素兩個(gè)方面進(jìn)行綜合考量和統(tǒng)籌規(guī)劃。

3.2 立體及平面設(shè)計(jì)

以“少規(guī)格、多組合”為原則開展裝配式建筑的平面設(shè)計(jì)工作，在確定組件功能特點(diǎn)和尺寸的過程中，應(yīng)該考慮到建筑規(guī)模及功能需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑空間的合理規(guī)劃和高效利用，體現(xiàn)裝配式建筑的空間屬性特點(diǎn)，以達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。外墻設(shè)計(jì)是裝配式建筑設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，通常采用系統(tǒng)化和模塊化設(shè)計(jì)方式，在保障質(zhì)量的前提下增強(qiáng)外墻美感[3]。對(duì)構(gòu)件尺寸進(jìn)行嚴(yán)格控制，防止出現(xiàn)較大的誤差，明確嵌套模塊的組合形式，使內(nèi)部空間布局更加合理。承重墻和管井設(shè)計(jì)的難度較大，應(yīng)該做好位置的確定，使每一個(gè)空間功能得到最大限度地發(fā)揮。采用拆分法對(duì)外立面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，比如陽臺(tái)和外部墻板等，以實(shí)現(xiàn)與平面設(shè)計(jì)的有效配合。

3.3 加強(qiáng)協(xié)同設(shè)計(jì)

協(xié)同設(shè)計(jì)可以最大限度增強(qiáng)各個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效果，增強(qiáng)裝配式建筑的整體性。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該增進(jìn)與安裝專家的溝通交流，對(duì)于設(shè)計(jì)和安裝中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行探討，以便實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。加強(qiáng)先進(jìn)設(shè)備和設(shè)施的引進(jìn)，從而確保各類設(shè)計(jì)參與及零件的精確性，尤其是要在設(shè)計(jì)中對(duì)管道埋設(shè)情況進(jìn)行綜合評(píng)估和分析，確保排水管、供暖設(shè)備、接地線、通風(fēng)設(shè)備和輸電線路等具有良好的布局結(jié)構(gòu)，防止管道設(shè)計(jì)不合理對(duì)建筑使用功能和安全造成威脅。增進(jìn)與其他設(shè)計(jì)人員的溝通，利用BIM技術(shù)實(shí)施管道的碰撞檢測(cè)，以減少管道的交叉和沖突問題[4]。

3.4 改善結(jié)構(gòu)體系

剪力墻結(jié)構(gòu)體系和框架結(jié)構(gòu)體系，是裝配式建筑的主要形式，在結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)各類參數(shù)的針對(duì)性控制，包括了承載力、穩(wěn)定性和剛度等，尤其是要關(guān)注抗傾覆性能，防止墻板水平接縫在外界作用力下出現(xiàn)破壞。在設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)時(shí)，除了應(yīng)該確保良好的剛度性能外，還應(yīng)該關(guān)注結(jié)構(gòu)的靈活性，既要避免靈活度不足造成的損壞問題，也要避免靈活度過高引起的變形狀況，防止出現(xiàn)安全事故。在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)該對(duì)當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)計(jì)要求和風(fēng)荷載情況進(jìn)行綜合考量，對(duì)稱樣式在高層裝配式建筑中的應(yīng)用較多[5]。對(duì)剪力墻的厚度進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，確保其達(dá)到當(dāng)?shù)乜拐鸬燃?jí)要求，防止在地震中出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞。端柱設(shè)置在剪力墻結(jié)構(gòu)的邊緣位置，有利于其抗震性能的改善，做好洞口兩側(cè)和端部的加強(qiáng)處理。

3.5 預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)時(shí)通常不考慮次梁，通過工藝拆分來加快施工的進(jìn)度。以標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化為首要原則，加強(qiáng)預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)，使多種模塊類型的數(shù)量得到控制，在建設(shè)過程中更具精準(zhǔn)性，同時(shí)降低了裝配式建筑的建設(shè)成本。對(duì)構(gòu)件橫截面尺寸的邊界條件進(jìn)行分析，防止對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)造成限制。

3.6 強(qiáng)化節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

嚴(yán)格計(jì)算裝配式建筑混凝土結(jié)構(gòu)的受力特征，也是設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容，可以根據(jù)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法獲得可靠的數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)疊合樓板、疊合梁和預(yù)制梁柱拼接等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制。根據(jù)預(yù)制構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)，對(duì)節(jié)點(diǎn)和接縫位置后澆混凝土強(qiáng)度進(jìn)行控制，同時(shí)確保接縫坐漿材料的質(zhì)量符合要求。螺栓連接、套筒灌漿連接和漿錨連接等，是節(jié)點(diǎn)連接的主要形式。在采用灌漿套筒連接形式時(shí)，可以改善結(jié)構(gòu)豎向和水平接縫位置的質(zhì)量效果，對(duì)灌漿材料的性能進(jìn)行嚴(yán)格檢查，確保其符合《鋼筋連接用套筒灌漿料》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，明確灌漿的時(shí)間[6]。在采用螺栓連接形式時(shí)，需要對(duì)高強(qiáng)度螺栓的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，確保其在彎矩、軸力和剪力傳遞中發(fā)揮良好的作用，使梁柱連接更加穩(wěn)固，增強(qiáng)預(yù)制樓梯的連接效果。

4 結(jié)語

裝配式建筑具有便捷性、綠色性、安全性和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，在當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)生活中得到廣泛應(yīng)用，加快了建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展。加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程的高度重視，是從根本上提升建筑整體質(zhì)量的關(guān)鍵途徑。在實(shí)踐工作中，應(yīng)該通過優(yōu)化設(shè)計(jì)流程、立體及平面設(shè)計(jì)、加強(qiáng)協(xié)同設(shè)計(jì)、改善結(jié)構(gòu)體系、預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)和強(qiáng)化節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等途徑，逐步構(gòu)建完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，根據(jù)過往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行歸納和反思，以確保裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。