協同建筑外觀的裝配式異形預制空調板一體化設計

劉津成 王黎 黃澤

(華南理工大學建筑設計研究院有限公司)

裝配式建筑從2016 年國務院辦公廳印發《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》以來，發展勢頭高漲，應用范圍也越來越廣泛[1-2]。廣東省政府要求在2025 年年底之前，裝配式建筑占新建建筑面積比例達到30%以上，其中政府投資工程裝配式建筑面積占比需達到50%以上；另外從2020 年起廣州市要求在政府投資大中型建筑工程中全面實施裝配式建筑。

在裝配式建筑不斷發展的進程中，裝配式設計需與不同的建筑方案及結構方案產生更高的協同性。通過分析實際項目中應用的裝配式異形預制空調板，總結設計過程中各專業協同設計的難點，為同類型的項目提供參考。

1 工程概況

本項目位于廣東省廣州市。總用地面積約45209m2，總建筑面積52010m2（計容面積42096.73m2，地下室面積9913.27m2）。本項目教學實驗樓采用裝配式混凝土結構建造方式，根據《裝配式建筑評價標準》（GB/T51129-2017），本項目裝配率＞50%，認定為基本級裝配式建筑，并符合標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理的工業化建筑基本特征。

2 裝配式建筑方案設計的關鍵節點

由于本項目裝配式要求為廣東省省標的基本級，所以裝配率只需滿足50%即可。根據本項目的基本特點，水平構件采用預制疊合板+預制空調板兩種構件。

2.1 原始結構設計

由于建筑造型的需求，本項目大部分墻身需采用雙層飄板設計，按照結構專業的設計要求，采用圖2 節點進行設計。如按傳統項目中設計節點的做法實施，由于施工支模的局限性，設計節點中雙層飄板需要分批澆筑：首先進行下部的飄板施工，待混凝土具有足夠的強度后，對上層的飄板進行支模施工及構件澆筑。待混凝土分部分項完成后才能進行施工工序的第三項分項，砌筑中部的砌體，最終達到建筑的造型要求。

傳統現澆結構設計節點做法受限于復雜的造型要求，導致該節點施工工序繁多。各種交錯施工工藝依次施工嚴重限制著施工主體的施工速度。因此在項目設計過程中，結構及裝配式專業經過多次碰撞與溝通，將該節點做成預制混凝土結構節點。采用預制的形式將工序繁多的問題進行集中處理，把影響項目施工過程中的困難因素轉化在預制工廠中預制實施，保證項目現場的施工速度，有效保證了施工工期。

2.2 裝配式異形預制空調板的拆分設計

現階段的裝配式項目，預制空調板的拆分設計一般采用《預制鋼筋混凝土陽臺板、空調板及女兒墻》（15G 368-1）中的做法，將雙層空調板拆分成單片的預制空調板構件。但該做法存在施工工序上的困難，上層預制空調板的支撐需要在下層空調板完成安裝后方可施工。因此主體結構的施工工期會有所增加，同時預制構件的數量也較多，不符合裝配式建筑設計工業化、標準化、集成化的初衷。

本項目將上下兩部分的空調板以及中間因建筑造型要求而砌筑的砌體三者合并，組成一種協同建筑外觀的裝配式異形預制空調板。該構件在建筑專業中可滿足建筑專業對主體外觀的要求；而在結構以及裝配式專業中，將三個分部的施工工序組合成一個預制構件。該做法充分發揮裝配式建筑的技術優勢，減少施工工序，加快了施工速度，同時降低了建造成本。

⑴剖面節點拆分。預制構件的拆分設計過程中特別要注意構件之間的鋼筋碰撞問題。本項目預制空調板在水平連接節點設計中，預制構件上部采用鋼筋直錨，下部采用單層鋼筋彎錨設計。預制構件上部采用直錨的主要原因是需要避讓現澆梁的受力縱筋，預制構件下部飄板在飄板上層采用單層鋼筋彎錨設計，可以避讓現澆梁的受力底筋。該做法保證了預制構件在吊裝階段到安裝固定后的階段均可合理與現澆梁鋼筋進行避讓，并合理發揮連接作用。圖1 為裝配式異形預制空調板三維模型示意圖。

圖1 裝配式異形預制空調板三維模型示意圖

⑵標準化平面拆分及水平連接節點做法。裝配式異形預制空調板合理的拆分區間長度可按3～4m 設計，拆分時綜合考慮項目施工現場塔吊布置位置以及塔吊型號，從而保證預制構件的吊裝可行性。本項目采用的標準構件拆分長度為3m，標準預制構件體積為0.486m3，預制構件質量為1.27t。

預制構件的水平連接節點參考預制疊合板整體式連接節點，預制構件之間采用300mm 的后澆帶后澆連接[3]，同時伸出鋼筋滿足規范及圖集相關要求，保證成型后的構件的連續性。圖2 為裝配式異形預制空調板平面連接模型圖。

圖2 裝配式異形預制空調板平面連接模型

3 裝配式異形預制空調板的吊裝受力分析

3.1 預制空調板吊點布置

本項目預制構件采用四個吊點布置，對于長軸方向吊點計算，在構件產生的正彎矩和負彎矩相等時，構件的受力先對相對較均勻，構件配置的鋼筋也最為經濟[4]。

3.2 預制空調板有限元受力分析

本項目構件采用有限元分析程式Abaqus 軟件對預制構件進行仿真模擬分析，得到構件在吊裝過程中構件內部應力分布情況，以此檢核吊點分布設計的合理性。經模擬分析，本項目構件的4 個吊點分布位置分布較為合理，構件受力可滿足吊裝要求。

圖3 裝配式異形預制空調板有限元受力分析

4 裝配式異形預制空調板的吊裝施工

4.1 裝配式異形預制空調板的施工輔助措施

由于預制構件中部為空腔設計主要功能有兩個：一是建筑專業僅需外部的凸線造型，所以中部無需進行填實處理，可以為結構專業減少荷載；二是節省材料用量，降低造價成本。

在原結構設計節點中，該區域做法需分三部工序施工，工序繁瑣。優化后的預制裝配式節點需在預制構件內側放置用于隔擋梁構件混凝土的模板。預制構件完成生產后，需要在構件的空腔內側以及構件的端部預先安裝部分施工輔助模板：主要包括空腔內側與梁連接的模板以及預制構件之間的連接節點的模板。這兩部分的模板均應在施工吊裝作業之前完成安裝，并進行質量驗收，驗收合格后方案用于吊裝施工。裝配式異形預制空調板施工輔助布置如圖4 所示。

圖4 裝配式異形預制空調板施工輔助布置

4.2 裝配式異形預制空調板的吊裝施工

異形預制空調板吊裝施工工序安排在現澆梁鋼筋籠綁扎完成之后。本項目預制空調板構件需在底部布設滿足施工荷載要求的支模體系。同時由于預制空調板存在偏心，所以采用專用的平衡架對構件進行起吊。

預制構件施工吊裝按施工實施方案的順序依次吊裝，安裝固定前一個預制構件之后，方可吊裝后一個預制構件，相鄰位置的前后兩個預制構件之間的連接部位中預留的模板需要對齊兩側的預制構件，調整完成之后進行填縫處理，防止澆筑時出現漏漿問題。

預制構件完成吊裝后，在預制構件之間的連接節點部位外側進行封模，最后對主體結構進行整體澆筑。裝配式異形預制空調板施工安裝示意圖如圖5 所示。

圖5 配式異形預制空調板施工安裝

5 結語

裝配式建筑發展的重要意義之一就是通過標準化、集成化的設計及高效化的施工實現提升建筑施工速度及質量的目標。本項目采用協同建筑外觀的裝配式異形預制空調板一體化設計，優化了設計及施工過程的復雜繁瑣工序，系統性地把原本需要三項分部施工的工序，優化為一項施工工序，加快施工速度的同時降低施工難度，真正做到利用裝配式建筑技術推進建筑工程的正向發展，提高了生產及環境效益。