整體裝配式建筑結構研究

李剛

（太原理工大學建筑設計研究院有限公司，山西太原030024）

裝配式建筑具有施工便捷，現場施工量相對較少的特點，因此其建設效率較快而且建設成本顯著降低，在這種情況下整體裝配式建筑曾經風靡一時。但從彼時建設質量上來看，其整體質量水平比較差，究其原因主要包含三個方面：①設計水平有限，因此預制件達不到設計要求；②預制件加工生產質量不高，因此預制件生產精度也不高，直接影響建設質量；③由于裝配式建筑施工水平不高，在施工過程中往往存在連接方面的問題。不過，隨著我國整體建筑技術的不斷發展，具有顯著建設優勢的裝配式建筑重新受到重視，裝配式建筑因其結構特點具備高質、高效、高度環保等建設優勢，本文將以整體裝配式建筑特點入手，分析該類建筑結構設計思路以及設計要點。

1 整體裝配式建筑的特點分析

1.1 節約建設材料

相比傳統建筑工程的形式，整體裝配式建筑在建設過程中節約了大量建設材料，這主要是因為傳統建筑工程企業工程量主要集中于施工階段，而在這一過程中整體管控難度相對較大，很多施工材料在施工過程中沒有得到充分利用，加上各種余料無法進行有效利用，導致在施工過程中浪費材料的情況比較嚴重。而裝配式建筑工程，其主要構件均在工廠內進行加工，設計精度和加工精度都相對較高，在進行預制件生產過程中能夠很好地把控材料消耗量，所以整體裝配式建筑工程具有節約建設材料、降低整體建設成本的重要優勢[1]。

1.2 施工便捷

相比傳統建筑工程，整體裝配式建筑工程在施工建設過程中便捷性更高，因為裝配式建筑工程大量使用預制構件，相應的材料部件在工廠中加工生產，通過運輸車輛直接將成型的預制構件送至施工現場，在施工現場主要進行預制構件的連接和組合工作，其余施工量相對較少。在這樣的施工特性下，施工效率必然大大提升，而且在裝配式建筑工程施工過程中，其施工管理更加便捷，管理人員遵照裝配式建筑工程施工流程和相關技術，可有效把控施工步驟以及施工質量，而施工工人在進行施工作業時，由于施工步驟相對較少，工程量也相對較少，因此更能專注于質量把控，施工難度也大大降低，因此裝配式建筑工程更具施工便捷性[2]。

1.3 環保性強

整體裝配式建筑工程環保性強的特點主要取決于以下幾個方面：①在進行施工作業的過程中，大量使用預制構件，因此大大減少施工現場進行加工作業的工程量，這有效降低了施工現場的聲光以及揚塵污染；②裝配式建筑工程，節約大量建筑材料，降低了建筑工程的整體資源消耗，這也凸顯了其在環保的特性；③裝配式建筑工程不僅施工便捷，建設效率高，而且在面臨建筑物拆除的過程中，相比傳統一體式建筑，裝配式建筑工程拆除更方便，資源回收也更加便捷。這些都凸顯了裝配式建筑工程在環保方面的重要優勢。

2 整體裝配式建筑設計思路

整體裝配式建筑工程在設計過程中應注意以下幾點內容：首先是凹凸槽連接和螺栓連接兩種裝配式建筑工程最為重要的連接方式。在預制構件裝配連接上，凹凸槽連接主要負責墻體上下的連接工作，利用凹槽和凸槽相扣合的形式來保障其水平方向的穩固性，其抗震性能以及抗剪力性能都相對較好[3]。而螺栓連接主要采用高強螺栓，在連接的過程中不僅可以起到水平方向的連接作用，同時也可根據實際需求，通過打孔入栓的形式來進行豎直方向的螺栓連接。目前雙墻連接和單墻連接都比較常見，二者之間的差異在于凹凸槽的數量，雙墻連接需要雙凹凸槽進行結合；而單墻連接，則采取單凹凸槽連接的方式，當然二者之間在預埋鐵件和高強螺栓長度以及剛性選擇上也有較大差異。在結構設計過程當中還要考慮每片預制墻板能夠在建筑整體中提供的結構剛性。一般來講即使是相同的預制墻體，其在裝配完成后，在整體結構中的剛性提供能力也不盡相同，因此需要在設計之中更加重視墻體剛性提供能力的分析，保障建筑整體剛性，通常在計算過程中采取剪力墻體系進行分析設計，如圖1所示。

圖1 預制件類型繁多具有一定設計難度

3 整體裝配式建筑結構設計要點

3.1 立面以及平面設計

整體裝配式建筑工程在設計過程中立面和平面設計都是其主要設計內容，而這其中平面設計是整體設計的基礎，因而在設計過程中要綜合考慮空間及功能等相關因素，先做好平面設計工作、設計功能以及實際需求、平衡構件尺寸以及空間大小。不同建筑工程及內部空間設計要采取不同原則，科學平衡建筑內各空間結構大小。在設計過程中采用數字化可視設計系統進行平面及立面設計。在設計過程中遵照標準化和系統化的原則動態上傳設計信息并形成平面模型及三維模型[4]。設計過程中還要考慮合理的建筑平面布局方式，設計之初就要詳細分析場地施工技術等相關情況，保障相關設計之下預制件生產質量能夠達標。平面及立面設計過程中，既要考慮實際建設需求，同時也要通過良好的設計思維來降低施工作業難度。

3.2 標準化構件

在進行裝配式建筑工程設計過程中，通過預制構件標準化來提升預制構件的生產質量。在設計過程中所有預制構件均應遵循一定的設計標準，在實際應用過程中降低整體生產難度，尤其要注意盡量減少復雜構件的應用量。根據當前我國裝配式建筑工程預制構件生產質量來看，部分預制構件仍不能保障其精度，在這種情況下就要考慮施工過程中可能存在裝配施工和現澆施工相結合的情況，在設計過程中，應考慮到不同施工方式的接合性。而且在進行設計的過程中，除注意預制構件標準化之外，還要注意保障構件上的功能點能夠很好地滿足業主設計需求，采取個性化設計原則來進一步提升設計水平。最后要注意在設計中保持門窗、洞口、樓梯口等相關開口部位工整，豎直方向要對齊。

3.3 裝配式結構節點

結構節點是不同預制構件連接之處，也是裝配式建筑工程整體建設水平的重要影響因素，在進行這一部分的設計時，一定要注意明確建筑所處區域的地質情況以及建筑功能等相關因素，在結構節點設計過程中分析此處的承重以及剪力情況。注意應力傳遞能力是否滿足整體受力狀態，如果存在參數方面的異常問題，則一定要注意根據國標要求重新進行結構節點設計。在連接形式方面采取增多高強螺栓等形式滿足應力傳遞要求，從多角度提升工程整體剛性同時注意結構節點的延展能力。要在設計過程中保障結構節點的技術內容能夠在實際施工中切實落實，這樣才能有效提升整體建設質量[5]。

3.4 結構技術體系

在設計過程中明確具體的結構體系是設計的基礎。從目前裝配式建筑工程結構設計體系上來看，比較常見的體系分為以下三類：①剪力墻結構，這也是最常見的一種裝配式建筑工程結構體系，部分工程雖然不完全是剪力墻結構但是從整體上來看，剪力墻結構比重大，因此依然屬于剪力墻結構范疇。當前裝配式建筑工程中采用平面式剪力墻結構進行設計的不在少數；②疊合剪力墻，這是一種采用兩層桁架鋼筋作為預制墻板的結構體系，在預制件生產過程中兩層墻板之間有鋼筋網支撐，后續向中間澆筑混凝土。該結構體系具有設計難度低、生產效率高、整體性強、結構剛性良好的優勢；③整體框架結構，這種結構體系在設計過程中要注意結構強度，如圖2所示。

圖2 疊合剪力墻結構

4 結語

整體裝配式建筑工程在現代化建筑技術發展過程中占據重要地位，其整體優勢恰好符合當前我國建筑業發展方向，因此應更加重視該類型的建筑工程技術研討，進一步提升我國整體建筑設計質量。