裝配式建筑設計與應用分析

聶振輝

大連理工大學土木建筑設計研究院有限公司 遼寧大連 116000

裝配式建筑借助建筑生產制造工業的優勢，將提前生產的建筑構件在進場進行裝配，能夠在極短的工作周期內完成建筑施工，是建筑行業未來發展的主要趨勢。對裝配式建筑的發展與應用進行分析，相關人員能夠更好地掌握裝配式建筑技術，使我國的建筑行業能夠得到更加長遠的發展。

1 基本概述

在當前的建筑行業發展階段中，我國已經大力開展對裝配式建筑的倡導和推廣工作，使裝配式建筑能夠投入廣泛應用中，住宅小區、辦公建筑、商業建筑、工業建筑等建筑的施工可以采用裝配式建筑模式，使裝配式建筑能夠融入我國的建筑行業，與我國的建筑市場相融合，在推動裝配式建筑在國內發展的同時，也推動裝配式建筑技術的研究，實現裝配式建筑在我國建筑市場中實用性和技術性方面的共同提高。

裝配整體式框架結構作為裝配式混凝土結構的主要表現形式，具有預制和現澆相結合的模式，裝配整體式結構是我國裝配式建筑的主要發展方向，國內多家企業的裝配式技術應用也符合這個趨勢。例如，長沙遠大地產集團在對裝配式建筑技術進行應用研究時，就通過對日本工法的學習和實踐，結合我國的建筑市場情況，逐步發展為香港工法的實際應用，并且仍在不斷積累和發展，將更加體現出我國裝配式建筑的特點。其中日本工法也被稱為后安裝法，是在房屋主體結構全部完成的基礎之上，將預制的混凝土構件與主體結構進行安裝[1]。

2 裝配式建筑設計與應用要點

本文以某橡塑制品廠項目為例，該建筑為地上五層和地下一層的結構，其中地下一層為車庫，采用8.4m×8.4m 的標準柱網達到車位的合理設置，根據項目任務規定書中裝配率40% 的要求，通過模型計算后采用地下一層與地上一層現澆、地上二層到五層裝配的設計模式。其中以墻體、樓板、柱和梁等構件為可預制構件，具體是否采用預制構件的方式還需要根據實際的建筑情況進行充分分析。

2.1 預制結構梁設計與應用要點

預制結構梁主要包括交叉梁和單向梁兩種結構。其中交叉梁也被稱為十字梁、井字梁和格形梁，主要是在同一個平面內，由相互正交和斜交的梁所構成的結構構件，具有應力分布均勻的優勢，通常在中、大跨度的建筑設計中應用得最為廣泛[2]。單向梁就是單向放置的結構梁，由于只是在同一個方向受力，因此在應力分布方面具有較大的不均勻性，更適用于跨度較小的建筑設計。在該項目中采用了大量的8.4m柱網設計，具有大型跨度結構的特點，因此需要采用交叉梁結構，柱網可以拆分成均勻的四個部分，每個部分為4.2m×4.2m的尺寸，雖然這種拆分形式具有一定的合理性，但在實際的工程中會產生不利于施工的問題。例如，4.2m×4.2m的拆分板尺寸比普通貨運汽車2.0-2.5m的寬度大，進行運輸時就只能采用立在車廂內的方式，但在拆分板的兩端還有連接梁體的鋼筋部分，將拆分板立起來擺放時，就會造成鋼筋端受力過大的情況，容易造成鋼筋端的變形問題。因此出于運輸和裝配的實際考量，需要將拆分板的尺寸進一步縮小，比如將樓板拆分為2.1-4.2m的8塊，滿足安全運輸的要求。但由于拆分板的數量較多、尺寸較小，在進行預制構件的生產和安裝時，會增加經濟成本，影響工作效率。在對樓板進行深度分析后，可以采用單向梁的方式，只需要將樓板拆分為2.8-8.4m的3塊，同樣能夠滿足樓板的荷載需求，既滿足安全運輸的需求，又降低預制構件在生產和安裝方面的成本需求。因此，對于預制結構梁的設計分析，不僅要充分考慮樓板的承載力，還需要對拆分的合理性進行綜合考慮。

2.2 預制疊合樓板設計與應用要點

預制疊合樓板設計中包含下層預制板和上層現澆板兩個結構，在預制板結構中，需要設有凸出的連接筋部分，能夠與上層現澆板的部分進行很好的連接。在該項目中，樓板的厚度需求為120mm，根據裝飾規范中60mm的最小預制板厚度要求，可以將預制板和現澆板部分的厚度同時設置為60mm。但在與生產廠家實際的溝通過程中，在現澆板的60mm厚度部分還需要進行8mm厚度的雙向三級鋼和20mm直徑厚度的PVC電線管設置，導致現澆板的上下保護層厚度各剩12mm，無法達到結構設計規范中的20mm以上保護層厚度要求。經過進一步設計商討之后，將現澆板厚度調整為70mm，也就是采用預制板厚度60mm和現澆板厚度70mm的組合作為疊合樓板的結構設計，對于現澆板增加的10mm厚度，可以計算在建筑面層荷載中。在該項目中以50mm作為建筑面層預留厚度，以粘貼面磚作為面層設計，30mm為實際粘貼面磚的厚度，剩余的15mm正好可以作為現澆板結構增加的10mm厚度補充[3]。因此對于預制疊合樓板的設計分析，要充分考慮到澆筑樓板中鋼筋和設備管線的埋入厚度，以及保護層的厚度要求。

2.3 預制柱設計與應用要點

以多層建筑結構工程來講，需要充分考慮到柱子界面預應力承受的不同，采用下面大和上面小的方式進行柱子界面設計，也就是變截面設計，比如800mm×800mm為地下柱子截面設計尺寸，750mm×750mm為一層和二層柱子截面設計尺寸，700mm×700mm為三層柱子截面設計尺寸，650mm×650mm為五層柱子截面設計尺寸。但經過對廠家出具的深化拆分圖進行分析后能夠發現，柱子變截面過多，無法發揮出大批量生產的經濟和效率優勢，因此需要在滿足結構荷載需求的基礎上，減少柱子變截面，最終將地上二層至六層柱子的變截面尺寸設計減少為兩種。因此，預制柱的選擇不僅要滿足結構荷載的需求，還需要根據實際情況進行科學合理的設計和靈活多變的調整，減少柱子變截面的設計有利于工廠的批量生產，使裝配式建筑能夠有效降低經濟和效率等方面的成本[4-5]。

3 結語

綜上，裝配式建筑設計要充分利用裝配式的優勢，也要適當結合現澆等方式的優勢，通過靈活的設計促進裝配式建筑的發展和應用。同時，要不斷總結設計的優缺點，使裝配式建筑的應用和發展水平能夠不斷提高，在未來形成效率更高、成本更低的建筑模式。