裝配式混凝土建筑預制構件深化設計要點分析

劉書鵬

（廣東省建筑設計研究院有限公司深圳分公司，深圳 518063）

1 預制構件類型

1.1 各階段設計要點

裝配式混凝土建筑在不同設計階段所涉及的內(nèi)容各不一樣，但又環(huán)環(huán)相扣。為實現(xiàn)部品部件及構件標準化，項目的實施需要建筑、結構、機電等專業(yè)在方案設計階段進行前期策劃，項目設計的優(yōu)劣在很大程度上決定了裝配式混凝土建筑的安全性、經(jīng)濟性、合理性以及現(xiàn)場構件安裝的可實施性。因此，做好方案設計階段的裝配式建筑策劃是核心，在方案階段中應當考慮技術前置、管理前移、協(xié)同設計，需要從方案階段開始引入裝配式建筑的協(xié)同設計以及標準化設計理念[1]。

初步設計階段主要以滿足裝配式評價指標的相關要求，進行構件平面布置及拆分設計，以滿足施工圖設計文件的需要，并在施工圖設計完成之前，編制裝配率計算書以及裝配式建筑實施方案。初步設計中應包含裝配式混凝土建筑的專篇設計內(nèi)容，需要進行抗震設防專項審查的裝配式混凝土建筑，超限審查報告中應包含裝配式建筑專篇。

施工圖設計階段應滿足施工及設備材料采購，非標準設備制作的需要，以及滿足預制構件深化設計的需要，準確表達預制構件與現(xiàn)澆構件的相互關系，各項評價指標得分項均應在各專業(yè)施工圖中逐項落實。

深化設計階段主要為滿足構件招投標、模具深化、構件生產(chǎn)、運輸、安裝的需要，并與主體施工圖設計的結構安全、建筑性能等要求一致，主要內(nèi)容包括構件外形尺寸模板圖、安裝連接圖以及構件配筋圖。

1.2 類型概述

根據(jù)國家標準《裝配式建筑評價標準》（GB/T51129-2017）[2]和廣東省裝配式建筑評價標準《裝配式建筑評價標準》（DBJ/T15-163-2019）[3]中的裝配率要求，預制構件按施工部位分為主體結構，圍護墻和內(nèi)隔墻。其中主體結構又分為豎向構件和水平構件，圍護墻需要滿足與保溫、隔熱、裝飾集成一體化等要求，主要預制構件類型分析表詳見表1。

表1 裝配式混凝土建筑預制構件類型分析表

根據(jù)相關工程的統(tǒng)計和工程經(jīng)驗，各類預制構件的拆分與預制率有密切關聯(lián)，同時需要考慮運輸和安裝條件對預制構件的限制，包括：重量、高度、寬度、長度以及場地存放等要求[4]。

1.3 適用分析

住宅項目主要以疊合樓板、預制樓梯、外掛墻板等構件為主，其特點在于布置規(guī)則、利于生產(chǎn)、吊裝方便。辦公樓主要以鋼筋桁架樓承板為水平構件，豎向構件采用單元式玻璃幕墻或者外掛墻板。工業(yè)廠房項目，為適應大跨度和承受較大荷載的特殊要求，水平構件通常采用預應力帶肋疊合樓板或者鋼管桁架預應力混凝土疊合板，外墻通常采用輕型墻板，便于現(xiàn)場安裝調(diào)節(jié)。

不同類型的建筑所采用的構件適用分析，還需要考慮構件的尺寸規(guī)格，以及所采用的材料。例如層高較大的公共建筑，采用豎向構件需要考慮構件最大高度及安裝時支撐的設置要求，如果采用高度大于5m 的預制柱或預制剪力墻，應考慮構件運輸是否存在困難，現(xiàn)場施工起重機械最大起重量是否滿足要求，以及臨時固定斜撐應增設一道加以防護。

2 預制構件深化設計

2.1 設計內(nèi)容

構件深化設計階段主要內(nèi)容有：預制構件明細表，各類預制構件深化圖（模板圖、安裝圖、配筋圖），裝配式建筑安裝、連接節(jié)點大樣，裝配式建筑設計總說明，以及預制構件在各工況作用下的受力分析。

根據(jù)構件位置，所采用的連接方式各不一樣，外掛墻板需要考慮水平、豎向鋼筋的連接方式以及防滲漏水措施。疊合樓板需要考慮后澆拼縫的連接鋼筋碰撞以及支座鋼筋與梁柱縱向受力鋼筋的干涉。預制剪力墻，預制柱需要采用灌漿套筒連接方式，保持豎向受力鋼筋連續(xù)并且起到有效傳力的作用。在連接方式上，有向明[5]列舉了螺栓和焊接等連接方式的使用范圍。

2.2 關鍵連接節(jié)點

因工程實際項目中所涉及的優(yōu)化措施，本文主要論述的關鍵連接節(jié)點為預制凸窗水平連接節(jié)點。分別有三種不同的連接方法：封閉箍筋連接如圖1 所示，開口箍筋連接如圖2 所示，弱連接如圖3 所示。三種不同的連接節(jié)點的優(yōu)缺點分析，詳見表2。

圖1 封閉箍筋連接

圖2 開口箍筋連接

圖3 弱連接

表2 預制凸窗水平鋼筋連接節(jié)點優(yōu)缺點分析表

存在的主要問題如下：

（1）開口箍筋現(xiàn)場施工常見質(zhì)量缺陷表現(xiàn)為露筋，如圖4 所示。主要成因在于現(xiàn)場施工安裝人員隨意彎折外伸鋼筋，如圖5 所示，導致鋼筋位置無法按設計圖紙正常落位，同時改變結構受力形式，存在一定的安全隱患。

圖4 露筋質(zhì)量缺陷

圖5 水平鋼筋隨意彎折

（2）封閉箍筋連接主要存在的問題在于豎向主體鋼筋定位綁扎困難，如圖6 所示。封閉箍筋會增加現(xiàn)場施工難度，影響施工進度。

圖6 豎向主體鋼筋定位綁扎困難

三種不同連接方式分析總結：

（1）根據(jù)項目實際情況，若單個標準層預制凸窗數(shù)量較多，為保證工期要求，采用“弱連接”方式較好；

（2）若需要受力牢固，并且不產(chǎn)生豎向裂縫導致滲水風險，采用“封閉箍筋連接”的方式較好。

（3）如果預制凸窗數(shù)量較多，安裝影響進度，在保證安裝過程中鋼筋正確搭接的前提下，采用“開口箍筋連接”的方式較好。

優(yōu)化建議：采用組合封閉箍的方法，施工現(xiàn)場綁扎形式，由開口箍轉(zhuǎn)變?yōu)榉忾]箍，如圖7 所示。

圖7 組合封閉箍

3 設計質(zhì)量風險劃分及防控

3.1 風險等級劃分

在構件深化設計和現(xiàn)場施工過程中，存在若干風險，主要的風險等級和所含種類詳見表3。

表3 預制構件風險等級分析表

在關于裝配式建筑構件深化設計中存在的問題分析中，王紹龍[7]所列舉的三種不同位置的連接情況，主要為梁柱、梁梁之間的鋼筋碰撞檢查，墻板之間、墻板和柱之間缺乏連接鋼筋，預制層與現(xiàn)澆層連接不合理，從而影響到吊裝效率。

3.2 風險防控

從設計的角度上考慮，避免構件深化圖紙質(zhì)量問題的措施主要在于：前期做好風險分析，逐一列舉項目中可能存在或可能發(fā)生的質(zhì)量事故，提前防控，主動出擊。運用好相關BIM 模型軟件，模擬現(xiàn)場施工吊裝，以及構件尺寸復核確認，鋼筋碰撞等常規(guī)性檢查。

從構件生產(chǎn)的角度上考慮，應對常見的質(zhì)量缺陷，形成標準的操作流程，對工人進行崗前教育培訓和技術交底，規(guī)避人為因素導致的鋼筋定位偏差或預留管線定位不準等其他一般風險。針對特大風險，主要在于構件出廠前應復核混凝土強度是否達到規(guī)定的設計強度，以及對吊釘進行拉拔試驗檢測，滿足相關技術規(guī)范標準要求。

從現(xiàn)場施工角度上考慮，總包單位需要組織編制預制構件專項施工方案，從構件進場運輸堆放，到吊裝連接施工，分別具有安全控制措施和質(zhì)量控制措施，對構件定位和鋼筋連接進行符合性檢查，以及灌漿套筒連接是否按施工標準執(zhí)行。同時建立裝配式建筑施工安全風險識別方法[8]，并確定風險控制步驟，明確對象，分析原因，為安全措施提供一定依據(jù)。

4 總結

裝配式混凝土建筑預制構件深化設計是一項系統(tǒng)性的工作，需要項目各參與方工程技術人員地共同努力下，才能夠保質(zhì)保量完成。其中設計人員應具備十分扎實的理論知識作為技術支撐，以及自身較高的責任心和愛崗敬業(yè)的工作態(tài)度。隨著科技的不斷進步和人們對高品質(zhì)生活的向往和追求，作為參與裝配式建筑中的每一位工程技術人員應當緊跟時代步伐，憑借自身的專業(yè)優(yōu)勢，更加有效地服務于工程建設當中。