蔡杞芝

湖南格瑞工程建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410000

當(dāng)前建筑技術(shù)逐漸向輕建筑系統(tǒng)發(fā)展，且將其應(yīng)用于多層建筑。裝配式建筑結(jié)構(gòu)符合“綠色建筑”要求，也順應(yīng)了建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展需求。結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑項目建設(shè)的重要內(nèi)容，在設(shè)計階段需對項目要求、周邊地質(zhì)、結(jié)構(gòu)性能等進(jìn)行綜合考量，并建立相應(yīng)的建筑模型，繪制圖紙，為后續(xù)施工提供依據(jù)。文章基于裝配式建筑結(jié)構(gòu)特征對具體設(shè)計方法進(jìn)行說明。

1 裝配式建筑結(jié)構(gòu)概述

裝配式建筑建筑指集合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、外墻圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備綜合管線與內(nèi)裝系統(tǒng)等部件的預(yù)制式建筑形式，其為系統(tǒng)性工程，主要是通過提前預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，在現(xiàn)場組裝成一體化建筑[1]。裝配式建筑適用于非抗震設(shè)計與抗?jié)B設(shè)防烈度為6～8度的乙類及以下民用建筑，主要結(jié)構(gòu)體系包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-現(xiàn)澆核心筒結(jié)構(gòu)等。此類建筑的主要特點如下：采用標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)模式，構(gòu)件尺寸更為精準(zhǔn)；生產(chǎn)效率高，現(xiàn)場拼裝構(gòu)件，工期縮短；減少工地濕作業(yè)，節(jié)約資源，污染較少；設(shè)計、生產(chǎn)與施工協(xié)同發(fā)展，應(yīng)用BIM技術(shù)等，設(shè)計方案更為科學(xué)合理。

2 裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計要點

2.1 設(shè)計流程

（1）方案階段。方案設(shè)計階段必須通知所有工程參與方組織會議，明確各自職權(quán)范圍，對建筑平面設(shè)計方案、立面設(shè)計方案與戶型等進(jìn)行研討并敲定，對廚房、衛(wèi)生間等功能空間區(qū)域尺寸進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，確定開窗等模數(shù)。對于預(yù)制構(gòu)件，必須經(jīng)過經(jīng)濟(jì)性與可行性方案論證，確保工程建設(shè)質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益。同時，生產(chǎn)廠家按照設(shè)計方案中提出的構(gòu)件尺寸與節(jié)點構(gòu)造參數(shù)等進(jìn)行生產(chǎn)，對制作、運輸與施工方案的經(jīng)濟(jì)性與可行性進(jìn)行論證，確保結(jié)構(gòu)布設(shè)的科學(xué)合理，節(jié)約成本。

（2）初步設(shè)計階段。對戶型中剪力墻體的位置進(jìn)行調(diào)整，確定無異形樓板與墻板的空間位置關(guān)系。各專業(yè)部門必須共享信息，相互配合，對暖通工程管線、電力工程管線等布置方案進(jìn)行模擬分析，目的是減少施工沖突。

（3）施工圖階段。采用計算機(jī)技術(shù)與BIM工程軟件對施工圖設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化，以預(yù)制構(gòu)件拼裝為例，可創(chuàng)建相關(guān)模型，對構(gòu)件連接方式等進(jìn)行科學(xué)處理，如預(yù)制構(gòu)件連接部位的處理方式等，如圖1所示。深化設(shè)計階段，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠家需提前做好孔洞預(yù)留、預(yù)埋件等工作，確保施工構(gòu)件完整且美觀。

圖1 裝配式預(yù)制件拼接顯示模型

2.2 結(jié)構(gòu)體系選擇

當(dāng)前裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系主要分為裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)、疊合剪力墻結(jié)構(gòu)與整體框架結(jié)構(gòu)[2]。設(shè)計過程中需對工程現(xiàn)場進(jìn)行全面考察，確定建筑高程、抗震級別與風(fēng)荷載水平，后基于現(xiàn)行規(guī)范合理選擇結(jié)構(gòu)形式。

2.3 構(gòu)造節(jié)點設(shè)計

對于門窗等防水性能較差的位置，需細(xì)化構(gòu)造節(jié)點設(shè)計方案，根據(jù)工程所處區(qū)域的氣候特征與地質(zhì)條件等進(jìn)行設(shè)計。若忽略抗震性設(shè)計，結(jié)構(gòu)主體荷載為風(fēng)荷載，則構(gòu)件節(jié)點設(shè)計需滿足內(nèi)力要求。若考慮抗震性能設(shè)計，主體荷載為地震荷載，地震荷載過大建筑結(jié)構(gòu)可能呈塑性狀態(tài)，則需基于極限狀態(tài)應(yīng)力特征進(jìn)行承載力設(shè)計。

3 實例分析

某科技產(chǎn)業(yè)園綜合樓建筑總面積為6346m2，地上6層樓，集辦公、會議等于一體，為多功能建筑類型。經(jīng)方案比選，最終選用預(yù)制裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)，裝配率高達(dá)91.3%，為地區(qū)綠色建筑重點示范工程。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

（1）平面標(biāo)準(zhǔn)化。項目平面規(guī)整，模數(shù)為2000mm，柱網(wǎng)尺寸分別為8000mm×8600mm、8000mm×6000mm。平面設(shè)計需對相同戶型實行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，減少構(gòu)件數(shù)量。綜合樓2～5層為宿舍與部分辦公室，采用規(guī)格相同的開窗與分板。設(shè)計單位經(jīng)模擬計算與比較分析確定了遮陽板尺寸，符合“少規(guī)格、多組合”設(shè)計要求。

（2）立面標(biāo)準(zhǔn)化。因該項目樓層中空間功能多樣，立面設(shè)計難度較大。為實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)目標(biāo)，確保裝配工作的有序進(jìn)行，構(gòu)件生產(chǎn)必須符合施工工藝特征與現(xiàn)場作業(yè)規(guī)范流程。該工程主跨位置裝有2塊外掛墻板，墻板開窗形式與窗口參數(shù)相同。按照當(dāng)前綠色建筑相關(guān)規(guī)范與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，需對預(yù)制外墻掛板進(jìn)行合理設(shè)置，改善立面設(shè)計效果。預(yù)制外墻掛板與遮陽系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)統(tǒng)一，建筑立面的秩序感較強(qiáng)，但外觀也略顯單調(diào)。為此，加設(shè)6組大窗，突出虛實對比，充分展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)線性輪廓，豐富立面效果。

（3）模數(shù)化。該項目設(shè)計嚴(yán)格遵循建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計算分析確定，各構(gòu)件模數(shù)如下：平面柱網(wǎng)模數(shù)為8m，預(yù)制外墻掛板模數(shù)為4m，預(yù)制遮陽板模數(shù)為1m。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

該項目中預(yù)制率為91.3%，預(yù)制構(gòu)件主要包括預(yù)制柱、預(yù)制疊合梁、預(yù)制疊合板、預(yù)制復(fù)合外掛板、預(yù)制內(nèi)墻板、預(yù)制樓梯板與預(yù)制女兒墻等[3]。工程基礎(chǔ)采用錘擊高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)，地基設(shè)計等級設(shè)置為乙級。

預(yù)制柱尺寸為600mm×600mm，端頭局部加設(shè)了尺寸為600mm×700mm的預(yù)制柱，有效提高了結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度，上下層柱間采用單孔套筒灌漿連接方式；框架梁選用疊合梁，疊合層厚度為150mm，尺寸包括400mm×600mm、400mm×700mm兩類，梁柱節(jié)點均采用梁主筋插入式進(jìn)行處理；樓板均采用厚度為80mm的疊合板，要求四側(cè)邊不能出筋；外墻板為無機(jī)保溫微孔混凝土復(fù)合板，厚度為250mm，復(fù)合板與上層梁疊合位置采用濕式連接法進(jìn)行處理。

3.3 構(gòu)造節(jié)點設(shè)計

該建筑預(yù)制外墻板水平縫、垂直縫、十字縫等接縫及門窗洞口等部位均選用耐久性強(qiáng)、力學(xué)性能突出且具有裝飾性的材料。工程中選用的防水材料主要為發(fā)泡聚乙烯棒與密封膠，采用企口縫對建筑水平縫進(jìn)行處理，垂直縫則采用綜合處理模式，聯(lián)合應(yīng)用結(jié)構(gòu)自防水、材料防水與構(gòu)造防水措施。建筑中的所有門窗均采用先裝法，這種防水構(gòu)造形式能夠提高建筑主體的防水性能，避免滲漏問題。

3.4 信息化協(xié)同管理

（1）方案階段。根據(jù)工程前期現(xiàn)場勘察結(jié)果進(jìn)行方案設(shè)計，采用適宜的技術(shù)類型有效避免設(shè)計、生產(chǎn)、施工及裝修等環(huán)節(jié)的設(shè)計問題。例如該工程基于已提出的裝配式技術(shù)路線與產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，遵循構(gòu)件拆分原則進(jìn)行方案設(shè)計。對于尺寸、類型不同的預(yù)制構(gòu)件，將實際構(gòu)件尺寸、材料特性與位置等相關(guān)信息作為參考標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建基本的預(yù)制構(gòu)件族，后依此建立Revit模型。對其中單個模型族的幾何屬性進(jìn)行可視化分析，確定構(gòu)件的數(shù)量與類型。

（2）施工圖、深化圖階段。該工程應(yīng)用BIM軟件對預(yù)制構(gòu)件的幾何形狀、物理參數(shù)等進(jìn)行分析，為工程構(gòu)件優(yōu)化提供依據(jù)，確定最終構(gòu)件的類型、數(shù)量?；贐IM技術(shù)對工程管線進(jìn)行合理布設(shè)，協(xié)同土建與暖通工程等，在BIM平臺上進(jìn)行碰撞檢測，明確預(yù)制構(gòu)件、鋼筋與預(yù)埋件等布設(shè)沖突，及時修改設(shè)計方案，就已確定的材料用量方案提出整改意見，以達(dá)到BIM技術(shù)在裝配式建筑中的專業(yè)協(xié)同設(shè)計目的。該項目聯(lián)合應(yīng)用BIM技術(shù)與Revit模型進(jìn)行協(xié)同設(shè)計，對“錯、漏、碰、缺”進(jìn)行細(xì)致檢查。該工程中樓板、梁柱等構(gòu)件的現(xiàn)場安裝較為復(fù)雜，需預(yù)留孔洞，因此對原有結(jié)構(gòu)設(shè)計方案提出了較高要求。為此，該工程將深化的BIM模型導(dǎo)入Navisworks軟件，對每個節(jié)點進(jìn)行智能化碰撞檢查，然后將建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電模型等均導(dǎo)入Navisworks軟件，進(jìn)行碰撞檢查，避免了管線與土建的碰撞問題。

4 結(jié)束語

綜上所述，裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑形式相較優(yōu)勢突出，表現(xiàn)為施工效率高、施工進(jìn)度快、設(shè)計參數(shù)準(zhǔn)確、綠色環(huán)保，具有較大的技術(shù)研究空間與發(fā)展?jié)摿?。在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，可充分應(yīng)用BIM信息技術(shù)對預(yù)制構(gòu)件、結(jié)構(gòu)布局等進(jìn)行優(yōu)化，確定平面模數(shù)、結(jié)構(gòu)體系、預(yù)制構(gòu)件節(jié)點等，確保裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系符合設(shè)計要求，建筑防水、防滲性能理想。