預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板深化設(shè)計(jì)研究

謝 虎 張洪林 王成忠 胡 躍

隨著建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步與升級，預(yù)制裝配式建筑已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑的主流之一。其中，對預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板的深化設(shè)計(jì)研究具有重要的意義。

1 概念和特點(diǎn)

預(yù)制裝配式施工是一種現(xiàn)代化建筑施工方式，也被稱為工業(yè)化建筑施工。它是一種將建筑元件在工廠進(jìn)行預(yù)制、裝配，再將它們運(yùn)送到工地現(xiàn)場組裝的施工方法。

預(yù)制裝配式施工是一種更加先進(jìn)、高效、安全、環(huán)保的建筑施工方式，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。預(yù)制裝配式施工相較于傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工方式，具有以下特點(diǎn)：第1，施工周期短。由于預(yù)制構(gòu)件在工廠進(jìn)行生產(chǎn)和裝配，相較于傳統(tǒng)現(xiàn)場施工方式，預(yù)制裝配式施工可以大幅縮短施工周期。第2，精度高，浪費(fèi)少。由于預(yù)制構(gòu)件在工廠中進(jìn)行模板和模具的生產(chǎn)和制造，因此能夠保證構(gòu)件的精度。在生產(chǎn)過程中還能對原材料進(jìn)行優(yōu)選和裁剪，從而減少了浪費(fèi)。第3，安全。在工廠內(nèi)制造構(gòu)件，可以減少高空作業(yè)，減少意外事故發(fā)生的可能性，提高安全性。第4，環(huán)保。預(yù)制裝配式施工可以減少工地上的廢棄物和粉塵，因此可以更好地控制污染物的排放量。第5，協(xié)同效率高。預(yù)制裝配式施工需要提前對施工流程進(jìn)行規(guī)劃和預(yù)測，可以提高各參與方的協(xié)同效率，減少因?yàn)閰f(xié)作不當(dāng)導(dǎo)致的問題和誤差。

2 預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板深化設(shè)計(jì)流程

2.1 確定設(shè)計(jì)需求

東方壹品房地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目的總建筑面積為24.99 萬m2，分為2 個(gè)區(qū)塊。其中，一區(qū)共8 棟高層住宅，建筑面積約15.55 萬m2，均為地上26 層，地下室2 層。二區(qū)共4 棟高層住宅，建筑面積約9.45 萬m2，均為地上26 層，地下室2 層。

在預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板深化設(shè)計(jì)過程中，需要從使用功能、環(huán)境因素、建筑風(fēng)格及經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行考慮，以便明確設(shè)計(jì)需求。確定設(shè)計(jì)需求是設(shè)計(jì)工作的重要一步，可為后續(xù)設(shè)計(jì)工作提供方向和指導(dǎo)。

首先，需要明確這個(gè)預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板的使用功能。根據(jù)不同的使用功能，可以確定不同的設(shè)計(jì)需求和要求。

其次，環(huán)境因素對于設(shè)計(jì)需求也是一個(gè)重要的影響因素。比如施工項(xiàng)目所在的地理位置、氣候條件、風(fēng)向及降雨量等，都會對預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板的設(shè)計(jì)需求產(chǎn)生影響，需要根據(jù)實(shí)際情況考慮不同環(huán)境因素的影響，以便為設(shè)計(jì)提供更準(zhǔn)確的需求。

再次，建筑風(fēng)格也是一個(gè)重要的考慮因素。不同的建筑風(fēng)格需要不同的預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板設(shè)計(jì)。例如古典建筑風(fēng)格需要磚石或木質(zhì)材料的蓋板，現(xiàn)代建筑風(fēng)格則更傾向于鋼鐵材質(zhì)的蓋板。

最后，在確定設(shè)計(jì)需求時(shí)還需要考慮經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)預(yù)算和經(jīng)濟(jì)效益的要求，可以確定不同的設(shè)計(jì)需求和方案。

2.2 材料選擇

在預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板深化設(shè)計(jì)過程中，材料選擇是非常重要的一個(gè)步驟，應(yīng)該列出需要考慮的材料選項(xiàng)，確定需要考慮的因素。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要考慮的因素包括強(qiáng)度、硬度、重量、耐腐蝕性、耐候性及成本等。對于每種材料，輸入其對應(yīng)的特性值。例如對鋼材，可以輸入Q235 和Q345 等不同規(guī)格的強(qiáng)度和硬度數(shù)值；對鋁合金，可以輸入6061 和6063 等不同規(guī)格的材料型號；對玻璃鋼，可以輸入其重量、耐腐蝕性、耐候性等特性值。

對于每個(gè)因素，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和材料特性，分別對不同的材料進(jìn)行評分。評分方法可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求和材料特性確定。例如對強(qiáng)度因素，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對每種材料的強(qiáng)度進(jìn)行評分。根據(jù)評分結(jié)果選擇最優(yōu)材料，可以將每種材料的得分相加，得出總分。得分最高的材料即為最優(yōu)選項(xiàng)，材料選擇標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 材料選擇標(biāo)準(zhǔn)

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了降低施工難度、避免材料浪費(fèi)和減少施工成本，本工程原設(shè)計(jì)中的斜屋面采用了現(xiàn)澆混凝土斜板并鋪設(shè)瀝青瓦。然而，這種施工方式導(dǎo)致了木模、封閉空腔內(nèi)的支模架和模板無法拆除的問題，增加了施工成本。為解決此問題，將原設(shè)計(jì)中的現(xiàn)澆斜板改為預(yù)制斜板，并采用裝配式技術(shù)一次性完成施工。通過使用預(yù)制斜板，可以避免現(xiàn)場施工過程中使用木模和封閉空腔支模架，從而減少了材料的浪費(fèi)。同時(shí)，預(yù)制斜板的裝配式施工方式大大降低了施工的難度，節(jié)省了施工時(shí)間和人力成本。這種改進(jìn)方案不僅提高了施工效率，還降低了施工過程中的人為錯(cuò)誤和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

采用裝配式技術(shù)還可以提前進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工程的整體優(yōu)化和精確控制。通過將原設(shè)計(jì)中的現(xiàn)澆斜板改為預(yù)制斜板，并利用裝配式技術(shù)進(jìn)行施工，成功實(shí)現(xiàn)了降低施工難度、避免材料浪費(fèi)、減少施工成本的目標(biāo)。此改進(jìn)方案不僅在本工程中取得了顯著的效果，還為類似工程提供了可行的技術(shù)選擇和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

2.4 工藝流程

在制造和組裝過程中，要嚴(yán)格按照工藝流程和加工工藝進(jìn)行操作，保證質(zhì)量和安全性。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和材料選擇結(jié)果，確定預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板的工藝流程和加工工藝，如圖1 所示。

圖1 預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板工藝流程（來源：網(wǎng)絡(luò)）

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對所選材料進(jìn)行加工處理。例如，可對桁架材料進(jìn)行切割、焊接、打孔及噴漆等處理，對檁條材料進(jìn)行切割、榫接、拋光等處理。根據(jù)加工好的材料，對桁架、檁條等構(gòu)件進(jìn)行制造。將制造好的構(gòu)件進(jìn)行組裝和調(diào)試，包括桁架和檁條的安裝、支撐件的加固、覆蓋材料的安裝等。

在組裝和調(diào)試過程中，要保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。對組裝好的屋面挑檐蓋板進(jìn)行防腐處理，防止腐蝕和損壞。例如，可對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行鍍鋅或者噴漆處理，在木質(zhì)構(gòu)件上涂刷防腐劑等。對制造和組裝好的屋面挑檐蓋板進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)收，應(yīng)包括結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、材料的質(zhì)量、安裝的準(zhǔn)確性等方面。只有通過檢驗(yàn)和驗(yàn)收，才能交付給客戶使用[1]。

2.5 結(jié)果分析與討論

在預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板深化設(shè)計(jì)過程中，結(jié)果分析與討論是非常重要的一步，它可以幫助相關(guān)人員對設(shè)計(jì)方案的可行性和優(yōu)化空間進(jìn)行評估。需要綜合考慮各方面因素，確保結(jié)果準(zhǔn)確，并及時(shí)調(diào)整方案，以滿足設(shè)計(jì)要求和用戶需求。

通過有限元分析等方法，分析預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板的結(jié)構(gòu)性能，包括強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等方面。根據(jù)分析結(jié)果可以評估設(shè)計(jì)方案的合理性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行調(diào)整。分析預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板的經(jīng)濟(jì)性，包括生產(chǎn)成本、使用成本等方面。根據(jù)分析結(jié)果可以評估設(shè)計(jì)方案的可行性和優(yōu)化空間，為決策提供依據(jù)。分析預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板的環(huán)保性能，包括使用材料的環(huán)保性、能耗等方面。根據(jù)分析結(jié)果可以評估設(shè)計(jì)方案的環(huán)保性能，為可持續(xù)發(fā)展提供支持[2]。

2.6 完善設(shè)計(jì)方案

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和使用環(huán)境，選擇適當(dāng)?shù)牟牧希?yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行采購和檢驗(yàn)，確保材料的質(zhì)量。通過有限元分析、實(shí)驗(yàn)測試等手段，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，確保設(shè)計(jì)方案的可行性和穩(wěn)定性。比如，在預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板深化設(shè)計(jì)中，三維可視化技術(shù)是一種非常有用的工具，它可以幫助設(shè)計(jì)師和工程團(tuán)隊(duì)更清晰地理解挑檐蓋板的設(shè)計(jì)概念，提供全面的空間感知和視覺效果。

首先，利用三維可視化技術(shù)可以將挑檐蓋板的設(shè)計(jì)以逼真的三維模型形式展現(xiàn)出來。設(shè)計(jì)師可以使用專業(yè)的三維建模軟件，將挑檐蓋板的形狀、尺寸和細(xì)節(jié)進(jìn)行精確建模，并設(shè)置材質(zhì)和光影效果，使其更加真實(shí)和可視化。設(shè)計(jì)師可以通過旋轉(zhuǎn)、縮放、漫游等操作，全方位地觀察和評估設(shè)計(jì)方案，發(fā)現(xiàn)潛在的問題和改進(jìn)的空間。

其次，利用三維可視化技術(shù)可以將挑檐蓋板與整體建筑模型進(jìn)行集成和呈現(xiàn)。通過融合挑檐蓋板的三維模型與建筑模型，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以在統(tǒng)一的環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)，這有助于發(fā)現(xiàn)挑檐蓋板與建筑其他部分之間的空間關(guān)系和協(xié)調(diào)性，避免設(shè)計(jì)上的沖突和不一致。此外，利用三維可視化技術(shù)還可以模擬不同光照條件下的挑檐蓋板外觀效果。通過調(diào)整光源的位置、強(qiáng)度和顏色，可以模擬不同時(shí)間段和天氣條件下的光照效果，例如白天、陰天或夜晚。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以更準(zhǔn)確地評估挑檐蓋板的外觀，確保其與整體建筑風(fēng)格和氛圍的協(xié)調(diào)性。

最后，利用三維可視化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)交互式漫游和虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。設(shè)計(jì)師和利益相關(guān)者可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，如頭戴式顯示器或智能手機(jī)，親身體驗(yàn)挑檐蓋板的空間感和細(xì)節(jié)。他們可以自由移動、觀察和評估挑檐蓋板的各個(gè)方面，從而更加深入地理解設(shè)計(jì)方案并提供有價(jià)值的反饋。從中能夠看出，三維可視化技術(shù)在預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板深化設(shè)計(jì)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。它能夠提供直觀、真實(shí)和交互性的設(shè)計(jì)展示[3]。

2.7 生產(chǎn)制造

預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板的生產(chǎn)制造需要注重材料的選擇、加工的精度和工藝的規(guī)范，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命。根據(jù)設(shè)計(jì)方案確定所需材料種類、規(guī)格和數(shù)量，進(jìn)行材料的采購、檢驗(yàn)和入庫。材料主要包括鋼材、保溫材料、防水材料等。對采購的鋼材進(jìn)行切割、折彎、鉆孔等加工，制成需要的零部件。其中，折彎和鉆孔的精度要求較高，需要采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。對加工好的零部件進(jìn)行組裝，采用焊接、螺栓連接等方式進(jìn)行固定。其中，焊接工藝需要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，保證焊縫的質(zhì)量和強(qiáng)度。對挑檐蓋板進(jìn)行保溫和防水處理，以保證其在使用過程中的絕緣性能和防水性能[4]。

2.8 施工安裝

預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板的施工安裝需要按照設(shè)計(jì)圖紙和施工方案進(jìn)行操作，并且遵循安全可靠、按圖施工、質(zhì)量優(yōu)先的原則，確保施工質(zhì)量和工人的安全。搭建安全可靠的施工架或者腳手架，以確保工人的安全。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定挑檐蓋板的安裝位置和順序，然后將其搬運(yùn)到安裝位置。將挑檐蓋板逐一安裝，先固定一側(cè)的檐口，然后沿斜屋面方向進(jìn)行安裝，最后再固定另一側(cè)的檐口。調(diào)整挑檐蓋板，確保其水平度和垂直度，并使用螺栓或者焊接等方式將其固定。按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行挑檐蓋板的密封處理，以保證其防水性能[5]。

3 結(jié)語

通過對預(yù)制裝配式斜屋面挑檐蓋板的深化設(shè)計(jì)研究，本文提出一種新型的設(shè)計(jì)方案，具有實(shí)用性和美觀性，能滿足建筑的安全性和穩(wěn)定性要求。未來將進(jìn)一步完善并探索更多的設(shè)計(jì)思路，為行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。