裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化路徑研究

熊海濱

（深圳市人才安居集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000）

基于不斷推進(jìn)的城市化進(jìn)程，建筑工程的發(fā)展方向朝著輕型化、高層化、發(fā)展，在順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)的同時(shí)也需符合綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)，滿足建筑行業(yè)持續(xù)性發(fā)展的需求。裝配式建筑近些年的數(shù)量與規(guī)模逐漸增大。關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，始終是建筑工程建設(shè)的關(guān)鍵，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，針對(duì)縮短工期、提高施工質(zhì)量以及減少成本等均具備重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 簡(jiǎn)析裝配式建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)涵

所謂裝配式建筑，就是建筑所需的部品部件提前通過工廠化預(yù)制生產(chǎn)，然后再運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配而成的建筑結(jié)構(gòu)形式。具體的講就是提前把建筑施工過程中需要應(yīng)用到的部分梁、板、柱體、墻板等結(jié)構(gòu)部件，在預(yù)制工廠提前按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)尺寸加工好，然后再運(yùn)輸?shù)绞┕?chǎng)地，通過與螺栓預(yù)埋件的焊接、局部混凝土現(xiàn)澆等方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裝配，進(jìn)而組裝形成構(gòu)件［1］。從整體上講，可以把裝配式建筑的整個(gè)施工過程看著是從生產(chǎn)到組裝。基于我國(guó)建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展以及不斷提高技術(shù)水平，在一定程度上讓裝配式建筑變得十分多樣與靈活。

2 簡(jiǎn)析裝配式建筑結(jié)構(gòu)主要優(yōu)勢(shì)

1）提高施工、設(shè)計(jì)緊密度。裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工所涉及的預(yù)制板、工程鋼構(gòu)件在廠家直接生產(chǎn)，施工與設(shè)計(jì)之間緊密相連，通過合理使用裝配式建筑結(jié)構(gòu)，可以強(qiáng)化兩者彼此間的聯(lián)系，確保各個(gè)施工環(huán)節(jié)緊密地連接，這樣可以將工程施工周期有效壓縮。

2）提高建筑施工工業(yè)化程度。基于相應(yīng)技術(shù)的日益成熟和不斷發(fā)展，工廠化生產(chǎn)工藝水平高、精度高，無(wú)論是生產(chǎn)還是安裝預(yù)制構(gòu)件均會(huì)十分方便，直接使用焊接螺栓能在較短時(shí)間完成安裝。這在一定程度上有利于落實(shí)建筑施工的工業(yè)化模式，給建筑行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展開辟一條新路。

3）提升工程設(shè)計(jì)水平與效率。提高相關(guān)軟件和構(gòu)件內(nèi)力，可以快速修改裝配式建筑結(jié)構(gòu)件，以此提升建筑設(shè)計(jì)效率。尤其是在前期生產(chǎn)階段，可通過數(shù)控機(jī)床以及三維模型技術(shù)的合理應(yīng)用，大大提升加工精度和生產(chǎn)效率。

3 優(yōu)化裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)路徑分析

1）制定規(guī)范的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程。在具體進(jìn)行裝配式建筑設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)流程需要展開規(guī)范管理，不然會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)論無(wú)法和具體操作產(chǎn)生相聯(lián)系，針對(duì)后期施工造成巨大影響而拉低施工進(jìn)度。因此，在設(shè)計(jì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，需要設(shè)計(jì)者可以不斷進(jìn)行創(chuàng)新，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)擁有且維持大局觀展開設(shè)計(jì)，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中需充分考慮可以遇到的各類問題，而且這些問題需要在工程施工前制定相應(yīng)的解決方案［2］。在設(shè)計(jì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)，若是構(gòu)件設(shè)計(jì)成本過高，會(huì)導(dǎo)致施工預(yù)算超標(biāo)，嚴(yán)重影響施工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益所得。所以，在設(shè)計(jì)過程中，要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的生產(chǎn)工藝相對(duì)復(fù)雜，且難以批量地加工制作，同樣會(huì)對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度造成影響，從而大幅度提高工程施工成本。因此，規(guī)范管理針對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程尤為重要，在施工中一方面發(fā)揮著承上啟下的作用，另一方面還可以在保證安全可靠的基礎(chǔ)上，高效建設(shè)建筑工程。

2）確保標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)構(gòu)件類型。在進(jìn)行裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要重視拆分方案的優(yōu)化，盡可能的多出標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，這樣可以減少模板類型與用量，大大提高生產(chǎn)效率。目前我們尚處于初級(jí)發(fā)展階段，缺少完善的施工工藝，一些重點(diǎn)結(jié)構(gòu)件尚不能實(shí)現(xiàn)預(yù)制化生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)裝配。現(xiàn)階段的裝配式建筑主要是結(jié)合現(xiàn)澆與裝配技術(shù)這兩種工藝。在實(shí)際進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，整體化設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)空間，由此滿足建筑各方面要求。

①進(jìn)一步提高標(biāo)準(zhǔn)化程度，對(duì)于多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元可以通過拼合復(fù)制的方式去組成標(biāo)準(zhǔn)層平面；②還要提前根據(jù)交通核模塊和具體戶型等模塊，進(jìn)一步規(guī)范空間結(jié)構(gòu)的設(shè)置；設(shè)計(jì)戶型模塊時(shí)，通過依據(jù)室內(nèi)空間結(jié)構(gòu)，對(duì)臥室、以及客廳開間進(jìn)行合理的布置；針對(duì)設(shè)置交通核模塊，需合理布置走道、樓梯以及電梯井等；③為迎合目前人們對(duì)建筑空間格局的個(gè)性化需求，在具體設(shè)計(jì)時(shí)還需關(guān)注到業(yè)主的個(gè)性需求，要靈活使用不同類型的平面組合方式。但這些都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制生產(chǎn)產(chǎn)生一定的影響和難度。此外，在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)關(guān)注以下幾個(gè)關(guān)鍵問題：確保門窗洞口可以上下對(duì)齊，保證豎向構(gòu)件是連續(xù)的；集中標(biāo)準(zhǔn)布置衛(wèi)生間，這有利于統(tǒng)一設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)沉箱構(gòu)件。

3）建筑平面科學(xué)合理布局。因?yàn)楫?dāng)前我國(guó)建筑行業(yè)受到高容積率的影響，導(dǎo)致很多建筑在規(guī)劃布局方面遭受很多限制，特別是裝配式建筑結(jié)構(gòu)，一方面應(yīng)關(guān)注規(guī)劃布局，另一方面還應(yīng)考慮建筑整個(gè)工藝流程。比如預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸?shù)男熊嚶肪€、塔吊布置位置等方面的布局，均是需要考慮的重點(diǎn)。關(guān)于布局設(shè)計(jì)需保證有助于吊裝裝配，這樣在對(duì)施工流程優(yōu)化的同時(shí)，降低工程作業(yè)難度。

4）建立與完善結(jié)構(gòu)技術(shù)體系。所謂“結(jié)構(gòu)技術(shù)體系”，它應(yīng)該是泛指與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的全部技術(shù)內(nèi)容，并且形成體系。結(jié)構(gòu)技術(shù)體系在裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中屬于十分重要的一個(gè)問題，而且也是整個(gè)設(shè)計(jì)工作中非常重要的一個(gè)技術(shù)把控點(diǎn)。是否擁有一個(gè)科學(xué)的、完善的機(jī)構(gòu)技術(shù)體系，是反應(yīng)裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力和成效的關(guān)鍵所在。所以，一定要積極吸取國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用新的技術(shù)手段和裝備，對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)的整個(gè)技術(shù)體系進(jìn)行不斷的優(yōu)化升級(jí)，只有這樣才能在設(shè)計(jì)上去滿足人們更多的個(gè)性化需求。從我們的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，目前主要采用的結(jié)構(gòu)技術(shù)體系有以下幾種常用類型：①疊合剪力墻結(jié)構(gòu)；②裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)；③整體框架結(jié)構(gòu)［3］。實(shí)際設(shè)計(jì)中，要先進(jìn)行實(shí)地考察，根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際高程，相應(yīng)的抗震級(jí)別等條件，嚴(yán)格依據(jù)技術(shù)規(guī)程選擇結(jié)構(gòu)形式，這樣才能保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性與合理性。

5）嚴(yán)格控制裝配式結(jié)構(gòu)成本。在設(shè)計(jì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)時(shí)需要關(guān)注成本問題，要是沒有對(duì)成本有效控制，會(huì)直接影響到產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展進(jìn)步，針對(duì)推廣與使用裝配式建筑十分不利。對(duì)此，應(yīng)嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)資金投入，不僅要進(jìn)行工業(yè)創(chuàng)新還需優(yōu)化設(shè)計(jì)施工操作，從而在真正意義上積極促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)打下基礎(chǔ)。同時(shí)，國(guó)家政府應(yīng)和有關(guān)部門聯(lián)合制定相應(yīng)的幫扶政策，縱深發(fā)展裝配式建筑技術(shù)，讓從事裝配式建筑設(shè)計(jì)工作的企業(yè)與具備施工資質(zhì)的公司得到理想的產(chǎn)業(yè)利益，這樣有助于創(chuàng)新改革裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，促進(jìn)國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。

6）科學(xué)設(shè)計(jì)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)。在具體設(shè)計(jì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，要注意對(duì)構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，確保裝配式建筑與建筑要求相符，盡可能的提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震延性，這有利于提高整體建筑的安全性。從以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)上存在有一些不完善的地方，盡管可以符合基本的傳接力要求，但卻不能完全滿足工程施工標(biāo)準(zhǔn)的要求。從整體角度來(lái)看，在建筑節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，通過先進(jìn)的科技手段加以完善和創(chuàng)新是尤為關(guān)鍵的，有效提高工程實(shí)際安全質(zhì)量，進(jìn)一步完善其傳力性，也能保證節(jié)點(diǎn)自身的可靠安全性，整體提高建筑安全性。基于此，一定要認(rèn)真研究材料科學(xué)，并借助結(jié)構(gòu)分析技術(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷的創(chuàng)新和優(yōu)化，才能讓結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)滿足不斷提升的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

7）使用BIM技術(shù)。中期階段的裝配式建筑工程，使用BIM技術(shù)顯得十分重要。以該項(xiàng)技術(shù)建立的建筑結(jié)構(gòu)模型，可以為中期執(zhí)行提供相應(yīng)的信息參考。在實(shí)際的中期執(zhí)行過程中會(huì)涉及許多類型的專業(yè)信息和技術(shù)，可是針對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，構(gòu)件是對(duì)裝配式建筑整體結(jié)構(gòu)造成影響的一個(gè)關(guān)鍵因素。所以，應(yīng)該通過BIM技術(shù)針對(duì)構(gòu)建預(yù)先進(jìn)行模擬制定，之后建立嚴(yán)謹(jǐn)清楚的參數(shù)化模型，再通過BIM技術(shù)把相對(duì)分散的構(gòu)件連接成一個(gè)相對(duì)完整的結(jié)構(gòu)，以此作為建筑工程的重要參考。有關(guān)鋼筋布置，所涉及的裝配式建筑設(shè)計(jì)對(duì)梁構(gòu)造預(yù)制環(huán)節(jié)，相關(guān)工作人員首先依據(jù)要求將縱筋斷開，設(shè)置長(zhǎng)度合適的后澆段，讓產(chǎn)品可以和套筒尺寸標(biāo)準(zhǔn)相符。然后在規(guī)定的梁端范圍內(nèi)，以最大值作為箍筋加密區(qū)的劃分，這樣就得到箍筋的準(zhǔn)確數(shù)目，以及間隔、斷開箍筋位置的有關(guān)數(shù)據(jù)。通過BIM技術(shù)有關(guān)應(yīng)用程序調(diào)用數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在模型中布置縱筋與箍筋。針對(duì)當(dāng)前的裝配式建筑工程，最為關(guān)鍵的一個(gè)階段就是后期配套控制，有關(guān)工程人員一定要提高對(duì)這一環(huán)節(jié)質(zhì)量的重視，通過科學(xué)的施工技術(shù)及有效地管理方案強(qiáng)化工程質(zhì)量。基于此，建筑行業(yè)一般會(huì)將BIM技術(shù)應(yīng)用在裝配式建筑后期控制階段。把這一技術(shù)使用于設(shè)計(jì)和加工構(gòu)件、拼接和配套模型等。在對(duì)模型進(jìn)行拼接和配套時(shí)，應(yīng)用BIM技術(shù)更有助于數(shù)據(jù)模型的準(zhǔn)確建立。在進(jìn)行工程實(shí)際施工時(shí)，依據(jù)這一數(shù)據(jù)信息模型，可以在將施工時(shí)間進(jìn)一步縮短的基礎(chǔ)上，在一定程度上減少工程成本投入。

4 結(jié)語(yǔ)

裝配式建筑具有低碳、環(huán)保、節(jié)能、施工效率高的特征，和傳統(tǒng)建筑模式相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景廣闊。因?yàn)槲覈?guó)起步較晚，目前處在初級(jí)發(fā)展階段，在裝配式建筑生產(chǎn)、設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)依然存在著許多問題，如每個(gè)環(huán)節(jié)缺少密切配合，缺乏科學(xué)合理的優(yōu)化，對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)質(zhì)量都會(huì)帶來(lái)影響。