陳 溥

(華林中創(chuàng)建筑規(guī)劃設(shè)計有限公司，山西 太原 030027)

伴隨著建筑市場長期的粗放式發(fā)展，以現(xiàn)澆為主的傳統(tǒng)房屋建筑方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代社會對建筑功能、品質(zhì)以及節(jié)能環(huán)保等方面的要求。而裝配式建筑相對于傳統(tǒng)建筑在節(jié)約資源和能源、減少污染、提高勞動生產(chǎn)效率及工程質(zhì)量等方面都有很多積極的作用。但裝配式建筑又有其獨(dú)有的特點(diǎn)和設(shè)計方法，故如何進(jìn)行合理的裝配式建筑設(shè)計，則對裝配式建筑的健康發(fā)展有著非常重要的作用。

1 裝配式建筑的概念

裝配式建筑是指結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)的主要部分采用預(yù)制部品部件集成的建筑。從材料類別上來說分為三大類：裝配式木結(jié)構(gòu)建筑、裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑、裝配式混凝土建筑。目前我國建造的建筑類型以剪力墻住宅為主，而剪力墻住宅建筑材料又以鋼筋混凝土為主，故本文所闡述的裝配式建筑主要是指裝配式混凝土建筑。

裝配式混凝土建筑是指建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由混凝土部件(預(yù)制構(gòu)件)通過可靠的連接方式裝配而成的建筑。與國內(nèi)傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑相比較而言，裝配式混凝土建筑的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用工廠預(yù)制而成，具有以下幾方面的特點(diǎn)：1)設(shè)計精細(xì)化程度要求比較高，專業(yè)協(xié)同要求比較高，嚴(yán)禁后鑿后開孔現(xiàn)象，構(gòu)件一旦生產(chǎn)出來就難以再修改；2)工廠化生產(chǎn)能夠提高混凝土產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)；3)施工人員的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及技術(shù)水平、管理能力要求更高，安裝誤差以毫米為單位；4)要求建筑全裝修，相比較現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，裝配式混凝土建筑的后期隨意裝修造成的結(jié)構(gòu)破壞更容易引起重大質(zhì)量事故；5)信息化程度較高，結(jié)合BIM技術(shù)，集成了建筑全壽命周期的重要信息。裝配式建筑的特殊性使其能夠?qū)⒃O(shè)計、生產(chǎn)、施工、裝修、管理等建造環(huán)節(jié)全部打通，從而實(shí)現(xiàn)對建筑全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)調(diào)整合。

2 裝配式建筑的設(shè)計

2.1 裝配式建筑設(shè)計的總原則和技術(shù)

裝配式混凝土建筑設(shè)計以其對建筑模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的要求，按照少規(guī)格、多組合的設(shè)計原則，使建筑戶型以及部品部件等能達(dá)到系列化和多樣化的建筑目標(biāo)。當(dāng)裝配整體式混凝土剪力墻建筑的設(shè)計做到了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修和信息化管理后，住宅建筑的質(zhì)量品質(zhì)就能得到較大的提升，也可以降低房屋建造的成本和將來使用的圍護(hù)成本。

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要結(jié)構(gòu)技術(shù)是等同現(xiàn)澆。所謂等同現(xiàn)澆技術(shù)，其工作機(jī)理是鋼筋之間通過可靠有效的連接方式(主要指鋼筋機(jī)械連接、漿錨搭接連接、套筒灌漿連接等)，將混凝土構(gòu)件的預(yù)制部分與現(xiàn)澆部分有效連接起來,使裝配式結(jié)構(gòu)具有與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相同的整體性能，以保證建筑結(jié)構(gòu)安全可靠。

2.2 裝配式建筑設(shè)計的流程及各設(shè)計階段的關(guān)鍵點(diǎn)

從裝配式建筑設(shè)計流程參考圖(如圖1所示)可以看出裝配式建筑的設(shè)計與傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)多了幾個重要的階段，技術(shù)策劃、內(nèi)裝修設(shè)計以及構(gòu)件加工設(shè)計生產(chǎn)三個階段，并且對各參建單位的協(xié)同工作提出了更多更高的要求。

首先，必須重視技術(shù)策劃階段，這一階段的關(guān)鍵點(diǎn)是明確裝配率(裝配率指單體建筑室外地坪以上的主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻，裝修和設(shè)備管線等采用預(yù)制部品部件的綜合比例)。裝配率既是評價裝配式建筑的重要指標(biāo)，也是各地政府制定裝配式扶持政策的主要依據(jù)，更是裝配式技術(shù)路徑實(shí)行的重要參考。例如當(dāng)裝配率設(shè)定在15%的時候，可以僅對水平樓蓋采用裝配式樓蓋就可以滿足裝配目標(biāo)；當(dāng)裝配率設(shè)定在30%的時候，僅對水平樓蓋采用裝配式樓蓋就比較難滿足了，還必須考慮一定比例的非砌筑隔墻，外圍護(hù)墻以及干式地面做法、全裝修等其他內(nèi)容；當(dāng)裝配率設(shè)定在40%以上的時候，則一般必須要考慮豎向構(gòu)件采用裝配式構(gòu)件。由此可見裝配率的確定對整個項(xiàng)目裝配式技術(shù)路線的制定以及后期項(xiàng)目設(shè)計的順利進(jìn)行有著十分重要的作用。

第二，在方案設(shè)計階段則需要根據(jù)在技術(shù)策劃階段制定的裝配式技術(shù)路線進(jìn)行合理的平立面設(shè)計，這一階段的關(guān)鍵點(diǎn)是“少規(guī)格、多組合”。通過對住宅套型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化與系列化的設(shè)計，使建筑物不但滿足建筑功能的需求，還可以提高工廠的生產(chǎn)效率，達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的裝配目標(biāo)。

第三，初步設(shè)計階段的關(guān)鍵點(diǎn)是協(xié)同。在這一階段內(nèi)，就需要在前期技術(shù)方案的指導(dǎo)下，再結(jié)合各專業(yè)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計，結(jié)構(gòu)專業(yè)需要依據(jù)方案策劃以及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)制定出裝配式構(gòu)件具體采用的部位以及結(jié)構(gòu)類型、連接方式等，設(shè)備專業(yè)則配合制定出管線在預(yù)制構(gòu)件中的敷設(shè)方式及處理原則以及安裝時需要預(yù)埋預(yù)留的位置，構(gòu)件生產(chǎn)單位和施工單位則可以提出自己方面的一些需求，例如構(gòu)件生產(chǎn)單位是否只可以生產(chǎn)二維構(gòu)件，施工單位的安裝塔吊規(guī)格是否存在一定限制等。通過各專業(yè)的協(xié)同工作，制定出既經(jīng)濟(jì)又合理的裝配式技術(shù)措施。

第四，施工圖設(shè)計階段的關(guān)鍵點(diǎn)是裝配式構(gòu)件的拆分。在這一階段內(nèi)，根據(jù)初步設(shè)計階段制定的裝配式技術(shù)措施，將既定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件拆分成工廠可以生產(chǎn)，公路可以運(yùn)輸，施工可以安裝，協(xié)同了各專業(yè)技術(shù)的裝配式構(gòu)件則體現(xiàn)著設(shè)計人員對裝配式建筑設(shè)計的了解程度。拆分設(shè)計的總原則要考慮以下幾個方面：1)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化，少規(guī)格多組合；2)工廠生產(chǎn)的限制條件；3)公路運(yùn)輸?shù)南拗茥l件；4)施工起吊設(shè)備的限制條件；5)結(jié)構(gòu)受力是否合理。

第五，構(gòu)件施工圖設(shè)計階段的關(guān)鍵點(diǎn)是審核。構(gòu)件施工圖是最終的構(gòu)件生產(chǎn)圖，它決定著最終構(gòu)件是否能達(dá)到既定的設(shè)計目標(biāo)。但繪制構(gòu)件施工圖的往往不是建筑設(shè)計單位的設(shè)計人員，而是由工藝生產(chǎn)單位的設(shè)計人員，這些設(shè)計人員又大多都不是結(jié)構(gòu)專業(yè)出身，根本不了解結(jié)構(gòu)，僅僅能起到繪圖員的職責(zé)，這就需要原建筑設(shè)計單位對構(gòu)件施工圖進(jìn)行嚴(yán)格的審核校對，審核合格后才能形成最后的構(gòu)件加工圖，從而進(jìn)行生產(chǎn)施工，以避免出現(xiàn)較大的質(zhì)量事故。

3 裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項(xiàng)

1)結(jié)構(gòu)整體分析計算時，由于采用了等同現(xiàn)澆的結(jié)構(gòu)技術(shù)，設(shè)計計算時可以按照現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的計算分析進(jìn)行。需要注意的是由于裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)后澆段拼縫的存在，故對現(xiàn)澆剪力墻墻段部分地震工況下的內(nèi)力放大1.1倍；另外，注意查看在規(guī)定水平力作用下底部預(yù)制墻段的剪力占總剪力的比值，當(dāng)這個比值超過50%時，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度需要適當(dāng)降低。

2)在高層剪力墻結(jié)構(gòu)拆分設(shè)計時，不應(yīng)選擇底部加強(qiáng)區(qū)的墻體。因?yàn)榈撞考訌?qiáng)區(qū)的抗震能力要求較高，設(shè)置了約束邊緣構(gòu)件，配筋也比較大；在底部加強(qiáng)區(qū)以上的部位，往往就到了標(biāo)準(zhǔn)層階段，墻體的構(gòu)造配筋較小且比較統(tǒng)一，可選擇這些部位作為進(jìn)行預(yù)制墻體的拆分。此時，尚應(yīng)注意優(yōu)先選擇剪力墻外墻進(jìn)行拆分，可以結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)保溫一體化設(shè)計，減少施工期間火災(zāi)的發(fā)生。另外預(yù)制外墻安裝時可以采用簡易構(gòu)件安裝支架即可，避免大型施工爬架或整體腳手架的應(yīng)用，從而達(dá)到很好的經(jīng)濟(jì)效果。在拆分帶洞口預(yù)制剪力墻時，洞口兩側(cè)的墻體寬度不應(yīng)小于200 mm，并且當(dāng)洞口為門洞時，則需要設(shè)置臨時型鋼安裝件進(jìn)行固定，保證墻體在脫模、運(yùn)輸、吊裝過程中的安全穩(wěn)定；雖然一般結(jié)構(gòu)軟件可以對預(yù)制墻體水平接縫的承載力進(jìn)行計算，但因?yàn)樵O(shè)計師在實(shí)際配筋時可能會進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，此時設(shè)計師應(yīng)按規(guī)范進(jìn)行手算校核，以避免出現(xiàn)設(shè)計結(jié)果與軟件不符的情況，影響結(jié)構(gòu)安全。

3)在鋼筋混凝土樓板拆分設(shè)計時，建議設(shè)置施工臨時支撐，在此狀況下考慮施工階段預(yù)制底板的受力計算(同時需要進(jìn)行脫模、吊裝等環(huán)節(jié)的驗(yàn)算)，以及使用階段作為疊合樓板的整體受力分析。現(xiàn)行裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范主要采用的是鋼筋桁架混凝土疊合樓板，接縫形式主要有密拼式分離接縫和整體式接縫兩種。采用整體式接縫拆分的樓板周邊有很多的胡子筋伸出，生產(chǎn)和安裝的效率都相對較低，而分離式接縫的樓板僅兩側(cè)有鋼筋伸出，大大提高了生產(chǎn)和安裝的效率。我國的住宅建筑大多層高較低，沒有吊頂，故采用整體式接縫，房屋頂部相對分離式接縫觀感質(zhì)量較好，用戶滿意度相對較高；對于工業(yè)建筑、辦公樓等建筑則可以采用密拼式分離接縫，雖然有一定的觀感質(zhì)量略差，但可以大幅提高裝配式建筑構(gòu)件廠的生產(chǎn)效率和施工現(xiàn)場的安裝速度，充分發(fā)揮裝配式建筑的工業(yè)化優(yōu)勢。

4 結(jié)語

裝配式建筑是實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的主要途徑，合理的裝配式建筑設(shè)計則可以促進(jìn)裝配式建筑的健康發(fā)展。本文對裝配式建筑的特點(diǎn)、設(shè)計思路以及各設(shè)計階段的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了簡要的闡述，對裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計及拆分中的注意事項(xiàng)進(jìn)行了總結(jié)，對裝配式建筑的合理設(shè)計起到了一定的指導(dǎo)作用。