預制裝配式建筑結構體系與設計探析
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[摘要]在我國的建筑工程領域中，房屋建筑通常采用的是現(xiàn)場澆筑的作業(yè)方法。但隨著城市建設速度的持續(xù)加快，人口密集度也在隨之提升，傳統(tǒng)類型的施工方式已經(jīng)不能夠很好地滿足城市居民的居住要求。針對此種情況，預制裝配式建筑應運而生，并得到了廣泛的應用，對預制裝配式建筑的結構體系展開研究。
[關鍵詞]預制裝配式；裝配式建筑；結構體系
最近幾年來，雖然我國的城市建設工作在持續(xù)推進，但隨著人口密集度的全面提高，各個地方都面臨著資源短缺和環(huán)境惡化的問題，這在無形當中為建筑行業(yè)提出了更高的要求標準，建筑企業(yè)也要積極創(chuàng)新原有的管理模式，引用新型的施工技術來提高建筑效率和施工質(zhì)量。預制裝配式建筑是一種新型的建筑形式，一經(jīng)出現(xiàn)則在整個行業(yè)內(nèi)獲得了廣泛的關注。預制裝配式建筑又稱為拼裝房，在建筑工程正式開展之前，在工廠內(nèi)將相關的建筑構件進行預制完成，并通過適當?shù)倪\輸方式將其運送到施工現(xiàn)場。預制裝配式建筑不僅可以簡化不必要的施工環(huán)節(jié)，保證施工進度，而且還能夠大幅度提升建筑工程項目的施工質(zhì)量，增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。
1.1概述
裝配式建筑的主要結構采用的是大板式，包括槽形板、屋面板以及圓孔板這幾種預制構件。傳統(tǒng)類型的裝配式建筑在連接和受力方面均存在一定的缺陷，在使用過程中可能會導致建筑結構發(fā)生問題，隨著整個行業(yè)的不斷發(fā)展以及施工技術的積極創(chuàng)新，其逐漸被行業(yè)淘汰。近年來，在我國的民用建筑中，預制裝配式建筑的應用范圍在逐步擴大，其不僅可以簡化施工流程，提高施工質(zhì)量，而且還能夠達到節(jié)能減排的發(fā)展目標。
1.2結構體系
從結構形式的角度加以分析，預制和現(xiàn)澆并不存在十分明顯的差異，但預制裝配式建筑對于構件之間的連接作業(yè)提出了非常高的要求，即使是結構布置處于完全一致的情況下，如果所采用的連接技術不符合要求，同樣也會產(chǎn)生完全不同的力學性質(zhì)，進而影響到建筑本身的抗震性能。這對設計人員的專業(yè)水平和工作經(jīng)驗提出了非常高的要求。隨著整個行業(yè)的積極發(fā)展，諸如IMS體系被廣泛應用，但由于在具體的安裝施工作業(yè)中，需要在施工現(xiàn)場布置一定數(shù)量的斜撐，因此仍然存在著一定程度的應用局限性。如果按照配化程度來對裝配式建筑的結構進行分類，那么大致可分為局部和全部這兩類。需要強調(diào)的是，裝配化程度本身并不會對建筑結構的剛度帶來影響，主要和節(jié)點與構件之間存在著密切的關聯(lián)性。相比較來看，干式節(jié)點不存在轉動剛度，因此主要被應用到需要承受豎向荷載力的建筑工程中（圖1）。
2.預制裝配式建筑結構體系設計
2.1設計思想
施工單位在正式接到建筑工程項目的施工要求之后，需要面向整個行業(yè)市場來選擇出設計能力優(yōu)且具備豐富經(jīng)驗的預制建筑結構設計單位，并將預制裝配式建筑的結構設計工作交給他們來全權負責。設計單位應當派遣設計人員提前深入到建筑工程項目的施工現(xiàn)場，全面掌握施工現(xiàn)場周邊的地形地貌以及地下水的活動情況，提前列舉出可能引發(fā)地質(zhì)自然災害以及相關安全事故的可能性。在這一過程中，設計人員需要將相關的信息數(shù)據(jù)收集到一起，并認真填寫調(diào)查結果，嚴格按照《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》中的相關要求來完成后續(xù)的設計工作。在對預配式建筑結構進行方案設計時，其中應當包含框架結構、剪力墻結構以及各項施工步驟等多個環(huán)節(jié)，同時還要從細節(jié)入手來完善各項設計內(nèi)容的可行性。在這一過程中，設計人員應當格外關注對于現(xiàn)澆剛性節(jié)點以及疊合技術的應用頻率，避免整個建筑工程項目的成本過高而影響到建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益。最后，為了能夠進一步提高設計方案的可行性與整體質(zhì)量，設計人員還需要認真研究不同形式下的設計要求，從結構力學特性的角度出發(fā)來完善設計工作。
2.2設計內(nèi)容
2.2.1框架結構體系設計。預制裝配式建筑的結構體系在進行組裝過程中，其中最為重要的核心要素即為預制疊合板與疊合梁。在上文中已經(jīng)初步了解了預制裝配式建筑的主要特點，其中所需要應用到的結構構件均由工廠進行生產(chǎn)，將其運送到施工現(xiàn)場后完成后續(xù)的澆筑和焊接作業(yè)。為了能夠進一步提高預制裝配式建筑的施工質(zhì)量，則需要認真考慮以下幾個方面的問題：首先，施工人員必須要保證預制裝配式建筑結構的規(guī)則性與平整性，嚴格按照施工設計方案中的具體要求來進行裝配式框架結構設計。尤其是針對其中的支撐構件，務必要保證其強度符合施工標準，提前檢查好相應構件的承載水平，核對好梁柱構件軸間的平衡性。其次，施工人員還要重點處理框架結構與梁柱之間的交接位置，不僅要確保框架的穩(wěn)定性，同時也要保證框架的剛性符合施工要求，在選擇混凝土材料時，應當考慮其強度需要達到C30以上。最后，在預制裝配式建筑的施工過程中，施工環(huán)境的變化同樣也會對建筑結構的承載力和穩(wěn)定性帶來一定程度的影響。因此，施工人員在對裝配式建筑的內(nèi)部構件進行焊接作業(yè)時，務必要提前準確計算出扭矩、彎矩以及剪力參數(shù)，以此來大幅度提高預制裝配式建筑的結構穩(wěn)定性，為后續(xù)的作業(yè)流程打好基礎。2.2.2剪力墻結構體系設計。在對預制裝配式建筑的剪力墻進行結構設計時，需要重點關注的是如下兩點要素：首先，對承重墻板進行設計。承重墻板是裝配式建筑的剪力墻結構中不可或缺的部分，同時也是整個受力體系中的核心部分。因此，設計人員務必要嚴格遵循建筑工程的承載墻內(nèi)力計算結果來進行合理設計。在這一過程中，設計人員在對結構的豎向抗測力進行設計時，必須要確保承重墻的水平及豎向的重要連接部位之間的緊密度，在此基礎上完善相應的抗震和連接設計方案，保證裝配式建筑的結構性能符合施工要求。其次，構件加工與現(xiàn)場拼裝。在對預制裝配式建筑的剪力墻結構體系進行設計時，所采用的是分塊式設計模式，因此設計人員務必要結合工程實際來合理確定建筑工程中相關構件的拼接位置。其中，針對豎向拼縫而言，設計人員則要將結構的受力面積控制在合理范圍內(nèi)，要保證所選擇的構件符合要求，為后續(xù)的構件加工以及構件拼接作業(yè)打好基礎。另外，在具體的設計過程中，設計人員還應當提前規(guī)劃出預制構件的運輸以及吊裝驗算工作，避免在這兩項環(huán)節(jié)中引發(fā)鋼筋變形或構件開裂等問題。如今，預制裝配式建筑結構已經(jīng)被廣泛運用到我國的建筑工程體系中，并逐漸成為一項不可或缺的關鍵性內(nèi)容。因此，設計人員同時還需要綜合考慮到不同施工區(qū)域內(nèi)對于建筑抗震能力的要求，在此基礎上全面提高預制裝配式建筑結構的穩(wěn)定性和適應性。在未來的發(fā)展歷程中，一方面要全面提高預制效率，另一方面則要在保證施工質(zhì)量的同時將建設成本控制在合理范圍內(nèi)。
2.3設計流程
我國政府已經(jīng)針對預制裝配式建筑的結構設計制定出了十分明確的要求規(guī)范。因此，在日后的施工中，需要嚴格遵循如下流程來完成設計工作：首先，設計人員需要針對預制裝配式建筑的相關特點進行全方位的了解，整合施工現(xiàn)場周邊的具體情況，在此基礎上全面提高建筑結構設計方案的標準性與可行性。在保證預制裝配式建筑基本功能的同時，嚴格遵循少規(guī)格、多組合的設計原則，進一步突出設計方案內(nèi)容的個性化和多元化特點。在這一過程中，設計人員還要根據(jù)建筑工程項目的具體要求來考慮是否要提前設計精裝修方案。其次，應當參考現(xiàn)澆結構體系來完成相關的計算工作，提高計算結果的準確性，在此基礎上對局部結構的參數(shù)作出適當調(diào)整，保證各專業(yè)之間的協(xié)同設計。此外，還要從客觀條件出發(fā)來評估預制構件的經(jīng)濟性和可靠性，并將可能對最終的施工質(zhì)量、施工進度以及施工成本帶來負面影響的因素進行深入分析，提前給出解決建議。最后，應當根據(jù)初步提供的設計方案，合理利用BIM技術建設數(shù)字模型，以此來檢驗設計方案內(nèi)容的可行性，并針對其中至關重要的連接節(jié)點進行內(nèi)容優(yōu)化。在這一過程中，設計人員需要與加工廠以及施工單位之間建立起密切的溝通關系，并提前做好技術交底工作，保證設計圖紙的完整性。
3.結語
預制裝配式建筑雖然在我國的應用時間尚短，但已經(jīng)取得了十分優(yōu)秀的建筑成果。相信在未來的發(fā)展歷程中，預制裝配式建筑將發(fā)揮出更多的優(yōu)勢，以此來有效解決我國現(xiàn)代化城市在建設過程中所遇到的環(huán)境保護問題以及人口密集問題，促進建筑行業(yè)的穩(wěn)定前行，為人們打造出更加舒適的居住環(huán)境。
作者:肖金敏 單位:長沙市建筑工程質(zhì)量安全監(jiān)督站