張樹傳 匡子佑

(廈門合立道工程設計集團股份有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

最近幾年尤其是進入2016年以后，預制裝配式鋼筋混凝土結構(簡稱PC結構)在全國各地出現(xiàn)了快速發(fā)展的局面。預制裝配式建筑可以有效地節(jié)約資源和能源，提高材料在實現(xiàn)建筑節(jié)能和結構性能方面的效率，減少現(xiàn)場施工對場地和環(huán)境條件的需求，減少建筑垃圾和施工對環(huán)境的不良影響，提高建筑功能和結構性能，可以有效實現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)?！钡木G色發(fā)展要求，實現(xiàn)低能耗、低排放的建造過程，促進我國建筑業(yè)的整體發(fā)展，實現(xiàn)預定的節(jié)能減排目標。而裝配式建筑中設計環(huán)節(jié)是發(fā)展裝配式非常重要的一個環(huán)節(jié)，裝配式建筑設計要做到安全適用、技術先進、經(jīng)濟合理、質(zhì)量可靠?；诖?，本文從裝配式鋼筋混凝土結構設計的特點出發(fā)，結合福建省內(nèi)裝配式建筑設計管理相關規(guī)定，探討裝配式鋼筋混凝土結構設計流程。

1 PC結構“預制率”指標概述

在現(xiàn)階段，福建省的預制裝配式混凝土結構均離不開“預制率”這個指標。這個指標根據(jù)《福建省工業(yè)化建筑認定管理(試行)辦法》[1]定義為：“依據(jù)通過施工圖審查的設計文件(含拆分設計文件)，單體建筑的室外地坪以上主體結構和圍護結構中預制混凝土構件部分的體積與其混凝土用量總體積之比?！痹谠摴芾磙k法中，同時規(guī)定了“預制裝配式混凝土結構的單體建筑預制率應不低于15%”[1]。即要認定為工業(yè)化的建筑其預制率必須≥15%。同時，為了鼓勵工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修等，該管理辦法還制定了一些相應的預制率鼓勵措施，如表1所示。

表1 預制率鼓勵措施匯總表[1]

2 PC結構設計內(nèi)容概述

傳統(tǒng)常規(guī)建筑設計，一般可分為方案設計、初步設計和施工圖設計；預制裝配式鋼筋混凝土結構(PC結構)的設計，可分為方案設計、初步設計和深化設計，這3個階段的設計內(nèi)容主要有：

2.1 方案設計主要內(nèi)容

PC結構設計，最好是在建筑方案設計階段即能介入配合，就能充分考慮預制裝配式建筑的特點，做到少規(guī)格、多組合，盡量標準化、模數(shù)化，從設計源頭開始就體現(xiàn)出工業(yè)化優(yōu)勢和節(jié)省造價。

(1)平面分析：盡量統(tǒng)一柱網(wǎng)尺寸及大小，提高構件重復率可以大大減少模具成本，提高構件生產(chǎn)效率及現(xiàn)場施工效率，進一步縮短工程建設工期。

(2)立面分析：考慮到立面線條大樣及女兒墻屋頂構架的造型復雜對裝配式外周圈梁及預制外墻的影響以及采用預制外掛墻板的可能性，立面盡量簡潔，以減少預制難度或降低混凝土總量。

(3)預制方案確定：結合當?shù)貙︻A制率要求的相關規(guī)定，確定合適的預制方案。項目在預制混凝土構件的優(yōu)先順序為：預制樓板→預制樓梯→預制陽臺板→預制空調(diào)板→預制內(nèi)墻(輕質(zhì)隔墻)→預制梁→預制墻柱。同時，應結合表1中所列各種鼓勵預制率進行綜合考量，確定最優(yōu)預制方案。

2.2 初步設計主要內(nèi)容

裝配整體式混凝土結構等同普通鋼筋混凝土現(xiàn)澆結構，可采用與普通鋼筋混凝土現(xiàn)澆結構相同的方法進行結構分析。PC結構初步設計主要內(nèi)容有：

(1)確定連接方式：要確定預制構件與現(xiàn)澆構件以及預制構件與預制構件之間合適的連接方式。如預制疊合板之間是采用密拼方式，還是后澆連接方式；樓梯與梯梁之間是采用鉸接還是滑動連接；預制梁與預制梁之間是采用牛擔板連接，還是企口后澆連接(或是盡量避免預制梁與預制梁的連接，而采用預制梁與現(xiàn)澆梁的連接方式)；預制內(nèi)隔墻之間及其底和頂與主體結構的連接方式等。確定連接方式后，要根據(jù)連接方式對連接節(jié)點進行計算，以滿足相關規(guī)范要求。

(2)確定預制構件尺寸：結合主體結構計算，適當優(yōu)化調(diào)整平面布置，與預制構件設計合理匹配，并綜合考慮吊裝、運輸、堆放等要求，基本確定預制構件的尺寸，并進行平面拆分。

(3)確定預制率：根據(jù)確定的預制構件尺寸及主體和維護結構，計算確定預制率。

2.3 深化設計主要內(nèi)容

這是PC結構設計中最關鍵的環(huán)節(jié)，也是PC結構特有的設計階段。深化設計應結合建筑、結構和設備等專業(yè)的施工圖，以及構件制作、運輸、堆放、施工等各環(huán)節(jié)的要求進行深化設計，是一個全局的設計，是精細化設計。

在深化設計階段，要對預制構件尺寸進行精細的統(tǒng)一，要充分考慮各預制構件的邊界條件(如周邊結構構件情況、孔洞、設備預埋等)；同時，預制構件的配筋也不能簡單地采用現(xiàn)澆結構計算的結果，要考慮由于施工方式改變的影響，以及工廠預制脫模、翻轉(zhuǎn)、吊裝、運輸、堆放等工況引起的配筋加強。在深化設計階段，設計要全面考慮生產(chǎn)預制、堆放、運輸、吊裝各過程中的所有環(huán)節(jié)和要素，確保最終順利安裝施工。避免由于微小的失誤，引起同一批預制構件的不合格，造成損失。

(1)在PC結構深化設計階段主要設計內(nèi)容有：

①各層預制構件布置圖及數(shù)量統(tǒng)計；

②構件模板圖：應表示構件尺寸、預留洞及預埋件位置、尺寸，預埋件編號、必要的標高等；

③構件配筋圖：縱剖面表示鋼筋形式、箍筋直徑與間距，橫剖面注明斷面尺寸、鋼筋規(guī)格、位置、數(shù)量等；

(2)在PC結構深化設計階段應驗算以下內(nèi)容：

①預制構件脫模、翻轉(zhuǎn)、堆放、運輸、吊裝、吊運、安裝擱置、翻轉(zhuǎn)等驗算；

②疊合梁板施工階段承載力及支撐架驗算；

③疊合次梁企口和主梁挑耳、缺口驗算；

④疊合次梁牛擔板和主梁開槽驗算等。

2.4 其它

PC結構設計除了上述的方案設計、初步設計和深化設計外，圖紙校審和交底也是很關鍵的環(huán)節(jié)。

(1)圖紙校審

圖紙校審是控制圖紙質(zhì)量的最有效手段之一。針對裝配式結構預制構件深化圖及工藝圖量大內(nèi)容多的情況，一般可采取多種措施進行圖紙校審。

①使用BIM軟件建立三維模型，進行自動碰撞檢查；

②將常見的圖紙問題進行匯總，形成易錯問題清單，校審圖紙時逐條核對。

(2)圖紙交底

①裝配式設計思路及設計時考慮的安裝順序；

②預制構件制作與生產(chǎn)廠家相關工藝流程是否匹配契合；

③需注意的主要事項；

④機電埋件依據(jù)、鋁模穿孔、鋁模傳料孔等位置的核對。

3 PC結構設計流程

裝配式鋼筋混凝土結構設計流程與傳統(tǒng)常規(guī)建筑設計是相輔相成的，并不是割裂開來獨立的，PC結構設計是傳統(tǒng)常規(guī)建筑設計的延續(xù)。筆者認為，PC結構的設計流程可分為3個階段：常規(guī)設計階段、工業(yè)化認定階段、深化設計階段。

3.1 常規(guī)設計階段

常規(guī)設計階段，主要是針對傳統(tǒng)常規(guī)建筑設計而言。傳統(tǒng)常規(guī)建筑設計，一般從方案設計開始，經(jīng)過初步設計(一般工程可不需要初步設計)、施工圖設計、到施工圖審查通過結束。對于裝配式建筑，同樣需要經(jīng)過這些流程、需要配合送施工圖審查，直到審查通過。在本探討中，筆者將裝配式建筑從方案設計直到施工圖審查通過這一階段稱為“常規(guī)設計階段”。

在常規(guī)設計階段，PC結構設計的主要內(nèi)容是前述2.1節(jié)和2.2節(jié)內(nèi)容，為配合送審，在該階段需提供如下資料：

(1)結構平面拆分圖；

(2)裝配式連接節(jié)點圖；

(3)裝配式專項設計說明；

(4)計算書：裝配式主體結構計算書、預制率計算書、連接節(jié)點計算書等。

3.2 認定階段

根據(jù)《福建省工業(yè)化建筑認定管理(試行)辦法》[1]規(guī)定：“項目施工圖設計文件通過審圖機構審查合格后，建設單位可向項目所在地的設區(qū)市住房城鄉(xiāng)建設主管部門提交工業(yè)化建筑認定的申請材料?！O區(qū)市住房城鄉(xiāng)建設主管部門應當在15個工作日內(nèi)組織專家按照設計階段的認定條件進行復核，對符合認定條件的出具設計階段認定意見，同時抄送同級城鄉(xiāng)規(guī)劃主管部門和國土資源主管部門，抄報省住建廳?！备鶕?jù)該規(guī)定，裝配式建筑在施工圖審查合格后，需向設區(qū)市建設主管部門提交工業(yè)化建筑(設計階段)認定申請，提交的材料主要有(各地市規(guī)定可能有細微區(qū)別)：

(1)福建省工業(yè)化建筑認定申請報告(設計階段)；

(2)土地出讓合同(出讓方案)、用地規(guī)劃許可證；

(3)施工圖設計文件審查合格書、報告書；

(4)經(jīng)審查合格的施工圖設計文件；

(5)BIM一體化設計技術應用報告；

(6)預制率計算書；

(7)主體結構計算結果及預制構件相關驗算結果；

(8)相關承諾書；

(9)匯報PPT。

建設主管部門會在申請材料提交后組織專家進行工業(yè)化建筑認定評審會，最后出具認定意見書。

在工業(yè)化建筑設計認定階段，有幾個需注意的事項，需在申請認定前確認清楚：

(1)要求采用裝配式的建筑面積，各地市的要求目前不完全相同，可能為總面積的15%或者20%及以上。其中，總面積的概念各地市規(guī)定也不盡相同，有的規(guī)定為項目總面積(包含地上建筑及地下室面積)，有的為項目計容面積；而采用裝配式建造的面積則為單體上部計容面積，該面積應與工規(guī)面積一致。

(2)在混凝土用量的統(tǒng)計中，總體積量應包含主體結構梁、板、柱、墻、樓梯等構件體積，還需計入構造柱、圈梁、女兒墻等構件的體積。有的地市還需計入建筑裝飾大樣線條等混凝土體積，有的可不計入。

3.3 深化設計階段

在通過建設主管部門組織的工業(yè)化建筑(設計階段)認定評審會，即可按照通過專家認定的裝配式方案，按前述2.3節(jié)的要求進行預制構件深化設計，將相關預制構件深化設計圖提交給預制構件廠進行生產(chǎn)。

3.4 小結

裝配式鋼筋混凝土結構設計流程分為常規(guī)設計階段、工業(yè)化認定階段和深化設計階段這3個階段，這3個階段的主要設計內(nèi)容概述如表2所示。

表2 PC結構設計流程主要內(nèi)容

綜上所述，裝配式鋼筋混凝土結構設計流程如圖1所示。

圖1 PC結構設計流程圖

4 結語

本文從裝配式鋼筋混凝土結構設計的特點出發(fā)，結合福建省內(nèi)裝配式建筑設計管理[1]相關規(guī)定，以及相關設計經(jīng)驗，總結出裝配式鋼筋混凝土結構設計3階段設計流程、相應的工作內(nèi)容及質(zhì)量控制措施，可供從事裝配式建筑設計及相關從業(yè)人員參考借鑒。同時，在PC結構設計中要注意：

(1)裝配式建筑設計是全局的考量，包含建筑、結構、機電專業(yè)以及構件預制、運輸、現(xiàn)場吊裝、當?shù)丶夹g能力等因素結合的設計；

(2)裝配式深化設計為裝配式設計最關鍵的環(huán)節(jié)，需精細化設計，尤其需結合機電預埋，達到一次設計到位，一次預制到位，避免澆筑后改造。

本文結合現(xiàn)行《福建省工業(yè)化建筑認定管理(試行)辦法》[1]的規(guī)定，對PC結構設計流程進行了總結。該管理辦法[1]發(fā)布于2015年，至今已試運行了4年多，極大地推動了福建省裝配式建筑的發(fā)展。隨著《裝配式建筑評價標準》(GB/T 51129-2017)[2]的發(fā)布，福建省也在對該管理辦法[1]進行修訂，以更符合和更加促進目前工業(yè)化建筑的發(fā)展。隨著新的福建省工業(yè)化建筑認定管理辦法的出臺，前述的裝配式鋼筋混凝土結構設計流程可能將會有所變化，但主要流程和設計內(nèi)容仍具有很好的參考借鑒意義；同時，筆者也將在新的福建省工業(yè)化建筑認定管理辦法出臺后持續(xù)跟進研究。