裝配式建筑設計探討

1、裝配式建筑設計探討近年來，無論是國家相關部門還是地方政府，都對建筑工業(yè)化給予了重視， 一批大型建筑企業(yè)開始從轉型升級中尋求建筑工業(yè)化的發(fā)展， 并已取得了階段性 的成果。在中共中央、國務院印發(fā)的關于加快推進生態(tài)文明建設的意見 、國 務院出臺的 新型城鎮(zhèn)化發(fā)展規(guī)劃 等一系列文件中都提出要大力推進建筑工業(yè) 化發(fā)展。此前不久，國務院辦公廳關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見 （ 國辦 發(fā) 201671 號） 也明確提出，發(fā)展裝配式建筑是建造方式的重大變革，是 推進供給側結構性改革和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要舉措， 有利于節(jié)約資源能源、 減 少施工污染、 提升勞動生產(chǎn)效率和質(zhì)量安全水平， 有利于促進建筑業(yè)與信息化

2、工 業(yè)化深度融合、培育新產(chǎn)業(yè)新動能和推動化解過剩產(chǎn)能。一、國內(nèi)外技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢西方發(fā)達國家的裝配式住宅已經(jīng)發(fā)展到了相對成熟、 完善的階段。 日本、美 國、澳大利亞、法國、瑞典、丹麥是最具典型性的國家。國外全面和系統(tǒng)的研究 了預制混凝土結構，在工程設計中，制定了相關的設計規(guī)范，如日本的“ JASS14 混凝土幕墻”和“ JASS10 預制混凝土工程”，歐洲的預制混凝土工程標準和應 用手冊以及北美的預制混凝土結構抗震設計 。發(fā)達國家和地區(qū)裝配式住宅 發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段： 第一階段是工業(yè)化形成的初期階段， 重點建立工業(yè)化 生產(chǎn)建造體系； 第二階段是工業(yè)化的發(fā)展期， 逐步提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性價比

3、； 第 三階段是工業(yè)化發(fā)展的成熟期， 進一步降低物耗和環(huán)境負荷， 發(fā)展資源循環(huán)型建 筑。發(fā)達國家的實踐證明， 利用工業(yè)化的生產(chǎn)手段是實現(xiàn)建設低能耗、 低污染建 筑，達到資源節(jié)約、提高品質(zhì)和效率的根本途徑。在大力推動轉變經(jīng)濟發(fā)展方式， 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構和大力推動節(jié)能減排工作的背 景下，北京、上海、沈陽、深圳、濟南、合肥等城市地方政府以保障性住房建設 為抓手，陸續(xù)出臺支持建筑工業(yè)化發(fā)展的地方政策。 國內(nèi)的大型房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)、 總承包企業(yè)和預制構件生產(chǎn)企業(yè)也紛紛行動起來， 加大建筑工業(yè)化投入。 從全國 來看，以新型預制混凝土裝配式結構快速發(fā)展為代表的建筑工業(yè)化進入了新一輪 的高速發(fā)展期。 這個時期是我國

4、住宅產(chǎn)業(yè)真正進入全面推進的時期， 工業(yè)化進程 也在逐漸加快推進，但是總體來看與發(fā)達國家相比差距還很大。建筑工業(yè)化是世界性的大潮流和大趨勢， 同時也是我國改革和發(fā)展的迫切要 求。在我國， 建材工業(yè)和建筑業(yè)已列為國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)。 裝配式 建筑的發(fā)展將促進建筑領域生產(chǎn)方式的巨大變革。 在這樣一個大形勢下， 我國作 為發(fā)展中國家， 建筑業(yè)正處在一系列加快發(fā)展的大好機遇期， 降低能耗、 抗震減 災、保護生態(tài)與環(huán)境， 提高人們工作與生活質(zhì)量是當前最熱門的話題。 使用新材 料、應用新工藝，提高工程質(zhì)量、提高工效，減少污染和浪費、減少現(xiàn)場作業(yè)， 實現(xiàn)文明施工是當前技術進步的重要標志，加強關鍵技術

5、創(chuàng)新和系統(tǒng)體系集成， 實現(xiàn)房屋建筑的產(chǎn)業(yè)化、多樣化、工業(yè)化，將是新世紀建筑業(yè)的發(fā)展趨勢。二、目的和必要性 相較傳統(tǒng)建筑，裝配式建筑有著如下突出優(yōu)勢：( 1) 保證工程質(zhì)量傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工受限于工人素質(zhì)參差不齊， 質(zhì)量事故時有發(fā)生而裝配式建筑 構件在預制工廠生產(chǎn)， 生產(chǎn)過程中可對溫度濕度等條件進行控制， 構件的質(zhì)量更 容易得到保證。( 2) 降低安全隱患傳統(tǒng)施工大部分是在露天作業(yè)、 高空作業(yè)， 存在極大的安全隱患， 裝配式建 筑的構件運輸?shù)浆F(xiàn)場后， 由專業(yè)安裝隊伍嚴格遵循流程進行裝配， 大大提高了工 程質(zhì)量并降低了安全隱患。( 3) 提高生產(chǎn)效率 裝配式建筑的構件由預制工廠批量采用鋼模生產(chǎn)，減少腳

6、手架和模板數(shù)量， 因此生產(chǎn)成本相對較低， 尤其是生產(chǎn)形式較復雜的構件時， 優(yōu)勢更為明顯 ; 同時 省掉了相應的施工流程，大大提高了時間利用率。( 4) 降低人力成本目前我國建筑行業(yè)勞動力不足、 技術人員缺乏、 工人整體年齡偏大、 成本攀 升，導致傳統(tǒng)施工方式難以為繼。 裝配式建筑由于采用預制工廠施工， 現(xiàn)場裝配 施工， 機械化程度高， 減少現(xiàn)場施工及管理人員數(shù)量 10 倍，節(jié)省了可觀的人工 費，提高了勞動生產(chǎn)率。( 5) 節(jié)能環(huán)保，減少污染裝配式建筑循環(huán)經(jīng)濟特征顯著， 由于采用的鋼模板可循環(huán)使用， 節(jié)省了大量 腳手架和模板作業(yè)，節(jié)約了木材資源。此外，由于構件在工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場濕作業(yè) 少，大大減少

7、了噪音和煙塵，對環(huán)境影響較小。( 6) 模數(shù)化設計，延長建筑壽命裝配式建筑進行建筑設計時， 首先對戶型進行優(yōu)選， 在選定戶型的基礎上進 行模數(shù)化設計和生產(chǎn)， 這種設計方式大大提高生產(chǎn)效率， 對大規(guī)模標準化建設尤 為適合。此外，由于采用靈活的結構形式，住宅內(nèi)部空間可進一步改造，延長了 住宅使用壽命。三、裝配式建筑結構設計思路 裝配式混凝土結構是由預制混凝土構件通過可靠的連接方式裝配而成的混 凝土結構，包括裝配整體式混凝土結構、 全裝配混凝土結構等。 基本設計概念為： 采用可靠的連接方式的基礎上， 通過合理的構造措施， 提高裝配式結構的整體性， 實現(xiàn)裝配式結構與現(xiàn)澆混凝土結構基本等同的要求。 下面

8、從設計階段來分析該結 構設計應注意的問題：1. 在方案階段，應協(xié)調(diào)建設、設計、制作、施工各方之間的關系，共同對 建筑平面、 立面根據(jù)標準化原則進行優(yōu)化， 對應用預制構件的技術可行性和經(jīng)濟 性進行論證，共同進行整體策劃，提出最佳方案。應把控預制構件部位及拆分， 一個項目應該采取哪些構件預制， 哪些構件拆分，應根據(jù)項目特點、預制裝配率、 選定的結構體系等來確定。 對裝配式住宅，首先應考慮水平構件采用預制技術 (預 制疊合梁、疊合板、樓梯、陽臺) ，避免樓面施工時滿堂模板和腳手架搭設，可 節(jié)省造價；其次，考慮保溫裝飾一體的外墻，減少外墻腳手架的使用，再次，考 慮承重和非承重內(nèi)墻的預制。 有地方規(guī)定，

9、 應滿足地方規(guī)定對預制率和預制不問 的要求。與此同時，建筑、結構、裝修、設備等各專業(yè)也應密切配合，對預制構 件的尺寸、形狀、節(jié)點構造提出具體技術要求，并對制作、運輸安裝和施工全過 程的可行性以及造價等作出預測。 此項工作對結構布置的合理性， 以及對工程造 價都會產(chǎn)生很大的影響，是十分重要的。2. 在初步設計階段，通過對結構體系、結構布置、建筑材料、設計參數(shù)、 基礎型式等內(nèi)容的多方案技術經(jīng)濟性比較和論證， 選出最優(yōu)方案， 整體控制土建 造價。3. 在施工圖階段，在滿足建筑功能的前提下， 實現(xiàn)基本單元的標準化定型， 提高建筑構配件的重復使用率。 通過標準化的配筋原則、 精確的計算把控、 細致 的模

10、型調(diào)整，精細化的施工圖內(nèi)審及優(yōu)化，降低土建造價。應特別注意的是，裝 配式結構中， 預制構件的連接部位應設置在受力較小的部位， 其尺寸和形狀應滿 足建筑使用功能、模數(shù)、標準化的要求，并應進行優(yōu)化設計；應根據(jù)構件的功能 和安裝部位、 加工制作和施工精度等要求確定合理公差； 并滿足制作對方安裝及 質(zhì)量控制要求。在預制構件深化設計階段， 應將各專業(yè)、各工種所需的預留孔洞、 預埋件一并完成，避免后鑿、切割等傷及構件，影響質(zhì)量和觀感。四、裝配式建筑結構構件設計1. 關于材料實現(xiàn)建筑工業(yè)化的目的之一， 是提高產(chǎn)品質(zhì)量。 預制構件工廠生產(chǎn)， 易于控 制質(zhì)量，對采用混凝土的最低強度要求要高于現(xiàn)澆混凝土。 混凝土

11、、 鋼筋和鋼材 指標參數(shù)及耐久性應滿足混凝土結構設計規(guī)范GB5OO10鋼結構設計規(guī)范GB50017和裝配式混凝土結構設計規(guī)程 JGJ1-2014的要求。2. 結構分析裝配式混凝土結構分為裝配整體式框架結構、 裝配整體式剪力墻結構、 裝配 整體式現(xiàn)澆剪力墻結構、 裝配整體式部分框支剪力墻結構。 其最大適用高度、 高 寬比、抗震等級、規(guī)則性按裝配式混凝土結構設計規(guī)程JGJ1-2014、建筑抗震設計規(guī)范GB50011相關條文確定。地下室、底部加強部位剪力墻、框架結構 底層柱及頂層樓蓋宜現(xiàn)澆， 框支剪力墻結構框支層及其上層、 其他結構轉換構件 宜現(xiàn)澆；平面復雜、 有較大開洞的樓層宜采用現(xiàn)澆。 構件及節(jié)

12、點應進行承載能力 極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計， 分析可采用彈性方法，并滿足相關規(guī)范規(guī)定。 節(jié)點接縫處砼等級及座漿等級應大于相應構件砼強度等級。在各種設計狀況下，裝配整體式結構可采用與現(xiàn)澆混凝土結構相同的方法進 行結構分析。 同一層內(nèi)既有預制又有現(xiàn)澆抗側力構件時， 地震設計狀況下宜對現(xiàn) 澆抗側力構件在地震作用下的剪力和彎矩進行適當放大。 現(xiàn)澆樓蓋及疊合樓蓋均 可假定結構平面內(nèi)無限剛性，樓面梁剛度系數(shù)考慮 1.32.0.裝配式結構的連接計算， 預制構件連接， 穿過接縫的鋼筋不少于構件內(nèi)鋼筋 并且構造滿足規(guī)范要求時， 節(jié)點及接縫的受拉、 受壓和受彎一般不低于構件， 可 不必進行承載力驗算。 后澆

13、混凝土、 灌漿料或座漿材料與預制構件結合面的粘接 抗剪強度往往低于預制構件本身混凝土的抗剪強度。 因此，預制構件的接縫需要 按規(guī)范要求進行受剪承載力計算?？紤]樓板整體性要求以及預埋管線、 面筋埋設、 施工誤差等因素， 并考慮脫 模、吊裝、運輸、施工等因素，預制板厚度不小于60mm現(xiàn)澆層厚度不小于60mm 預制板根據(jù)長寬比和接縫方式不同，其計算也不同。在制作、安裝施工狀態(tài)下的受力狀態(tài)和計算模式與使用狀況不同； 預制構件 在此階段未達到設計強度， 應特別注意其在短暫設計狀況下承載能力驗算， 對預 制構件脫模、翻轉、起吊、運輸、堆放、安裝等生產(chǎn)和施工過程中的安全性進行 分析?？傊?，預制裝配式建筑體型、 平面布置及構造應符合抗震設計的原則和要求， 為滿足工業(yè)化建設的要求， 預制構件設計應遵循受力合理、 連接簡單、施工方便、 少規(guī)格、多組合的原則，選擇適宜的預制構件尺寸和重量，方便加工運輸，提高 工程質(zhì)量，控制建設成本，承重墻、柱宜上下連續(xù)，門窗洞宜上下對齊，成列布 置，不宜采用轉角窗。 門窗洞口的平面布置和尺寸應滿足結構受力及預制構件設 計要求。五、展望近幾十年高速發(fā)展的建筑業(yè)已經(jīng)逐漸從房地產(chǎn)開發(fā)的熱潮中冷卻下來， 更趨 于理性。在這個過程中，我們應開