鮑 楠 長春遠大裝配式建筑設(shè)計有限公司高級工程師

隨著我國近幾年節(jié)能減排策略的實施，碳達標、碳中和被提高到國家戰(zhàn)略高度。建筑業(yè)作為一個高污染、高耗能行業(yè)，如何順應(yīng)國家戰(zhàn)略和保護好我國的藍天、綠水、青山成為其必須要充分考量并深入研究的問題[1-3]。

1 裝配式建筑的概念與發(fā)展現(xiàn)狀

裝配式建筑是將大量的建筑制品在工廠加工預(yù)制，之后運輸至施工現(xiàn)場進行現(xiàn)場裝配的新型建筑建設(shè)方式。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土的建筑形式相比，具有節(jié)能環(huán)保、提高作業(yè)效率、節(jié)省材料等諸多優(yōu)點。近年來，在“綠色建筑行動”“建筑工業(yè)化和住宅產(chǎn)業(yè)化”政策和經(jīng)濟發(fā)展的驅(qū)動下，裝配式建筑已成為國內(nèi)研究和探索的熱點。但總體來看，我國裝配式建筑規(guī)模較小，存在技術(shù)集成度低、關(guān)鍵節(jié)點構(gòu)造及做法不先進、施工做法比較滯后、缺少相應(yīng)施工問題全面系統(tǒng)性的總結(jié)等現(xiàn)象。因此，需要剖析裝配式建筑在前期建筑功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)強度分析及安全保障方面的要求，同時結(jié)合本人長期的裝配式建筑施工及工程設(shè)計方面經(jīng)驗加以分析。筆者盡量挖掘裝配式建筑自身特點及其上下游間的相關(guān)性，提出行之有效的裝配式設(shè)計思路，從而為裝配式建筑裝配率的進一步提升和國家建筑行業(yè)的節(jié)能減排出一份力，同時為北方地區(qū)裝配式建筑的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供一些引導(dǎo)。

2 裝配式設(shè)計方案的常見問題及其設(shè)計要點

建筑結(jié)構(gòu)形式有很多類型。從使用功能方面來看，有住宅、商業(yè)、地下管廊、大型體育及綜合場館類型建筑、寺廟、教堂等。從結(jié)構(gòu)受力特性方面來看，有剪力墻、框架、框架剪力墻、框架核心筒、部分框支剪力墻以及板柱剪力墻等。針對不同的建筑，結(jié)構(gòu)形式有與之先天性相適宜的裝配式設(shè)計方案[4-7]。

2.1 普通住宅建筑

對于普通住宅建筑，通常會采用如圖1 所示的剪力墻結(jié)構(gòu)。使用此種方式的施工速度快，工藝流程比較成熟，裝配率在30%～50%，通過合理化設(shè)計均可以實現(xiàn)，且施工難度不大，操作性強。其主要預(yù)制構(gòu)件包括剪力墻、混凝土墻體（不含邊緣構(gòu)件部分）、內(nèi)隔墻及外隔墻，外墻保溫防水在工廠一體化完成。

圖1 剪力墻結(jié)構(gòu)的裝配式住宅

剪力墻作為主要的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件，其樓層處的連接強度得到有效保障是結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工廠家以及施工現(xiàn)場需要嚴格把控的重點和難點。裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的樓層梁、板與墻的連接節(jié)點如圖2 所示。

圖2 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的樓層梁以及板與墻的連接節(jié)點

2.2 普通商業(yè)建筑

普通商業(yè)建筑的傳統(tǒng)做法是采用混凝土框架結(jié)構(gòu)形式。如果想繼續(xù)采用傳統(tǒng)的混凝土框架形式，裝配率要達到一定程度且盡量減小造價。前期方案創(chuàng)作過程中盡量采用等跨柱網(wǎng)，做到功能對稱，隔墻布置統(tǒng)一對稱。如果柱網(wǎng)在樓板的受力方向可以控制在4.5 m 以內(nèi)，則可以采用預(yù)制混凝土樓板方式。如果柱網(wǎng)在4.5 m 以上，則盡量采用鋼桁架樓層板或直接采用鋼結(jié)構(gòu)形式進行裝配式施工。對于裝配率要求比較高且需要對框架柱進行裝配的工程，需嚴格保證連接處的連接強度。裝配式框架結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 裝配式框架結(jié)構(gòu)

2.3 地下管廊建筑

地下管廊建筑絕大多數(shù)是在地下空間，其工作環(huán)境常年存水，加之城市污染，北方地區(qū)冬季大量使用防凍鹽等情況，為避免其抗浮、抗腐等因素制約，不宜采用鋼結(jié)構(gòu)裝配式形式，適宜采用混凝土材料，通過設(shè)置標準斷面進行標準化裝配式設(shè)計及施工。裝配式管廊如圖4所示。

圖4 裝配式管廊

2.4 大型體育館及綜合場館

大型體育館及綜合場館類需要綜合考量其使用功能、政府規(guī)劃、城市面貌等方面，其立面造型效果要求與內(nèi)部使用功能要求復(fù)雜，因此此類建筑如有裝配率要求，則大多采用鋼結(jié)構(gòu)方式。需根據(jù)建筑特點及使用要求進行鋼結(jié)構(gòu)集中設(shè)計、深化廠家進一步加工、現(xiàn)場拼裝等一系列工藝流程。鳥巢是比較有代表性的裝配式建筑，如圖5 所示。在建筑前期設(shè)計過程中，首先要從國家整體預(yù)算方面進行把握，如果預(yù)算比較充足則可以在空間美觀和立意新穎等方面進行深入把握。如果預(yù)算并不十分充裕，則需要在把握整體觀感效果的前提下，盡量實現(xiàn)造型節(jié)點的外觀相似。內(nèi)部的主要效果及比較關(guān)鍵的節(jié)點方案需要與造價及結(jié)構(gòu)設(shè)計人員進行充分探討后做相應(yīng)的設(shè)計深化。

圖5 鋼結(jié)構(gòu)鳥巢

2.5 寺廟、教堂等建筑

寺廟、教堂等具有深厚文化底蘊及工藝要求的建筑，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計前期就應(yīng)該充分了解使用方的使用需求及一些特殊的使用要點。對于此類建筑，由于其莊嚴性、使用時間、重要性等方面的要求，應(yīng)合理設(shè)計，一般不推薦采用裝配式設(shè)計。如需有裝配式設(shè)計及施工要求，應(yīng)在保證其結(jié)構(gòu)安全性和實用性的前提下再確定其裝配率，而非一味地提高裝配率。

3 結(jié)語

裝配式建筑是未來建筑發(fā)展的一個必然方向，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中不應(yīng)排斥或放棄這種新的技術(shù)方式。對一個建筑物來說，不同的建筑功能需求與結(jié)構(gòu)設(shè)計方案具有千絲萬縷的聯(lián)系，在設(shè)計初期就應(yīng)該把握好這種內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從而起到事半功倍的效果。