裝配式建筑結構體系設計發展趨勢

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【摘要】本文先簡要闡述了裝配式建筑結構，然后對裝配式建筑結構體系設計要點進行詳細分析，最后對裝配式建筑結構體系設計的發展趨勢進行了展望。

【關鍵詞】裝配式建筑；結構設計；發展趨勢

裝配式建筑是指把傳統建造方式中的大量現場作業工作轉移到工廠進行，在工廠加工制作好建筑用構件和配件（如樓板、墻板、樓梯、陽臺等），然后運輸到建筑施工現場，通過可靠的連接方式在現場裝配安裝而成的建筑。各地住建部門在國家綠色建筑理念的倡導下大力支持當地裝配式建筑發展。裝配式建筑開始進入程序化量產階段。掌握裝配式建筑結構設計要點是對建筑結構設計行業從業者提出的必然要求。

1裝配式建筑結構的概述

20世紀初，裝配式建筑的概念應運而生。但由于預制單元的形式很簡單，所以阻礙了裝配式建筑的推廣應用。隨著各種新技術和新材料的發展，極大地促進了預制結構形式的多樣化，并通過與現澆建筑之間的有效鏈接，導致行業內對裝配式建筑的研究和應用越來越多。裝配式建筑中的關鍵接頭和鋼筋的主要結構可等效于現澆，可以有效節約資源和能源，提高材料利用率，減少建筑垃圾對環境的影響，實現建筑節能的同時改善建筑功能和結構性能，從而降低現場施工要求，最終實現低能耗，低排放的建筑過程，促進我國建筑業的整體發展，達到節能減排的目標。通常裝配式建筑分為兩部分，即預制和組裝。組裝是將所有建筑構件都在工廠制造，然后將完成的建筑構件運輸到項目現場，根據結構設計實施構件裝配。裝配式建筑主要包括預制裝配式混凝土結構、鋼結構、現代木結構建筑等，因為采用標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、信息化管理、智能化應用，是現代工業化生產方式的代表。裝配式建筑已成為建筑業發展戰略的組成部分，對建筑業的綠色發展和人民生活質量的提高具有重要意義。裝配式建筑必將成為未來的重要趨勢。

2裝配式建筑結構體系設計要點

2.1明確設計流程

在對裝配式建筑設計的過程中，依照總體設計流程和標準，保障設計出內容能夠符合國家相關標準，符合建筑行業的各項規范指標。設計人員在進行裝配式建筑設計時，也要充分考慮該建筑的實際應用，結合具體的應用需求開展工程項目設計，防止出現問題和遺漏。這也可以保障建筑項目設計后續施工的順利開展。在設計裝配式建筑時要提前調查和分析施工現場以及周邊環境。這樣能明確在施工過程中可能會對施工質量造成影響的各項因素，從而讓建筑結構設計具有更高的可行性和科學性。參與設計的人員還要了解項目規模以及成本控制等方面的要求，以行業發展的視角，在裝配式建筑設計要點的基礎上，對建筑結構的設計作出進一步的完善和創新，確保所設計出的建筑方案能夠實現最佳的建設效果。

2.2剪力墻結構體系的設計

剪力墻主要承受風荷載與地震作用引起的水平荷載和豎向荷載，防止整體結構發生剪切破壞，對整個建筑結構起到穩固支撐的作用。剪力墻的設計需要把握以下幾點原則：一是控制寬度與高度。剪力墻的平面布置應結合建筑物空間的使用功能，針對受力要求及建筑材料特性分析，有效控制剪力墻的寬度和高度，避免剪力墻剛度和承載力發生突變，使其發揮更好的抗震性能和安全性能。二是控制剛度和延展性。剪力墻不與外梁結構產生搭接，因為剪力墻平面內的剛度和承載力較大，而平面外的剛度和承載力則較小。三是控制剪力系數。剪力墻的剪力系數控制應根據建筑結構的抗震需求進行，通過對剪力系數的合理設計來提高剪力墻的抗震能力和傾向剛度能力。通常在剪力墻結構的傾向剛度能力設計時，在內部增加傾覆力矩來達到剪力系數的控制效果。四是注重剪力墻邊緣構件及連梁的設計。剪力墻邊緣構件的設置對提高墻肢的承載力、增強墻肢的延性、加大墻肢的塑性耗能有非常明顯的作用。墻肢和連梁的設計應遵循強剪弱彎的原則，同時要求連梁的屈服要早于墻肢的屈服，保證墻肢和連梁具有良好的延性。

2.3提升預制構件設計的標準化和協調化

標準化的原則為簡化、統一、系統、通用。在裝配式建筑設計過程中，要確保預制構件可共用模板，達到節約成本的目的。傳統項目規劃中常見到互為鏡像式的樓棟相互拼接，但裝配式建筑項目運用最多的是平移式。借助組合化及模塊化對單一構件進行變化，借助一種構件或多種構件的巧妙排列組合使之呈現不同變化形式，并將其應用在建筑戶型、立面及使用上。運用BIM軟件繪制整合三維模型，能夠直觀觀察各構件的布局情況，并分析各構件間的位置關系。裝配式建筑工程的相關負責人員還可借助BIM的三維協同環境，提升設計、施工及機電安裝等各環節工作的協調性與高效性，并對裝配件及管線進行優化布置，提升其合理性及利用率。將BIM技術運用到建筑結構設計中能確保各設計人員集思廣益，共同完成設計任務，并整合匯總各項數據信息，提升建筑結構設計的整體協同性，并且通過建設數據庫將各項數據信息整合于同一數據處理平臺，實現信息共享。

2.4建筑的審核過程

對于建筑企業來說，一個合格的建筑不僅需要滿足住戶的要求，還要達到國家所要求的審核標準。雖然裝配式建筑比傳統的建筑具有更高的安全性和環保性，但建筑施工人員在施工過程中對建筑的安全性也不容忽視。一個合格的建筑需要通過抗震性的檢驗，并且室內的甲醛濃度不得超標。建筑企業在施工過程中最好嚴格把控每個施工環節，如果建筑沒有通過最終的審核過程，那么施工隊必須對建筑進行整改或翻修。進行二次整改不僅耽誤施工工期，影響住戶的入住，還在一定程度上浪費了人工和資金，降低了企業的經濟效益。

2.5建筑立面設計

相對于平面設計，立面設計更加具體，所以在開展立面設計時需要加強對每個細節的把控。首先，立面設計過程中要遵循標準化的原則，在堅持個性的前提下，內外墻的構件和裝飾面要按照統一的標準進行。比如在外墻的裝修中，可以利用帶紋理的裝飾面和材料，便于設計人員進行搭配和組合，然后再進行統一的設計。其次，要保證裝配式建筑具有立面多元化效果。針對內外墻所使用的空調板、門窗等構件，可以依據立面所構成的效果開展搭配和排列，以立體構成為視角，對空調板及門窗等進行調整，保證裝配式建筑所構成的立面更加大方得體，使裝飾效果更加多元化。

2.6施工作業設計

裝配式建筑需要對項目施工流程進行全面的考量和具體的分析，從而保證各工序間緊密連接，促進施工效率的提高。對各個構件運輸的具體路線開展全面設計，保證構件能夠運輸到有效的吊裝位置，提高吊裝作業效率。另外，還要對預制構件臨時存放的場地開展設計和規劃工作，并對塔吊的位置以及吊起的噸位進行全面管理，提高構件運輸流程的精準度，保證現場施工的安全有效。此外，要對項目的抗震情況進行設計。在進行預制構件設計時，主要原則是保證連接的簡單性以及組合施工的方便性。建筑承重墻、墻柱等呈現垂直狀態的構件要上下垂直，門窗洞要從上到下保持大小相同。裝配式建筑還要對公共區域內管井的分布進行考量，避免出現互相交叉的問題，為后續維修提供便利。在進行公共空間的設計時，要為排水、電氣以及暖通管道提供預設的位置和空間，設計人員要依據具體的生活習慣進行電箱、通風管道的規格設定，并保證暖通系統能夠循環運行，此外，還要為照明系統、插座、網絡接管口以及有線電視接口等預留位置。

2.7嚴格按照要求運輸和擺放建筑構件

裝配式建筑的施工流程一般分為生產和安裝兩個步驟，當工作人員完成建筑構建的生產工作以后，需要將建筑構建運輸到施工地點，然后由施工人員完成建筑施工工作。那么在這種情況下，建筑構件的運輸和擺放就需要格外注意，針對建筑構建的運輸，工作人員需要注意以下幾個要點：采用穩定性好的運輸設備，同時在運輸的過程中在建筑構件的外表做好包裹工作。當建筑構件到達施工地點時，工作人員需要按照擺放的要求合理擺放建筑構件。比如，工作人員需要使用立放或平放的方式擺放剪力墻板。同時，擺放建筑構件的地表需要進行硬化，以增強地表的結實度，防止地表出現軟化的情況。

2.8調整結構設計

不同構件的銜接是裝配式建筑的關鍵。因此，設計人員必須不斷提高自己的洞察力和設計能力，以確保在設計時將結構節點之間的銜接工作做好。目前，許多施工項目的節點銜接工作仍有提升的空間，如疊合梁預留筋在節點內鋼筋十分密集，造成施工難度極大。因此，施工單位必須不斷地改進應用材料，并在節點技術上進行創新，以確保高質量的裝配式結構節點設計。在結構設計之中應加強抗震縫設計，將此項設計中存在的不足之處進行整理，并結合實際問題提出有針對性的處理方案，最終完善設計方案。利用結構功能情況，可探究內部構造以及各種會對裝配式建筑結構功能會產生影響的相應因素，聯系所掌握的相關內容實現設計方案的優化，降低結構問題的產生。在設計中如果產生不規則情況，應探究連接性能方面的狀況，聯系結構設計需求進行科學調整，增強設計的可靠性、科學性。在結構設計中想要提升有效性，需要在多個角度著手，結合質量要求科學控制。在進行對地梁的設計中需要聯系其在結構方面的要求，對地梁結構產生負面影響的相關因素進行控制，提升設計工作質量。設計人員需要明確在設計中的相關要求，將框架結構設計調整，以有效控制措施的落實將結構的科學性提高，以免質量問題的產生。

3裝配式建筑結構體系設計的發展趨勢

相比于傳統建筑工程，裝配式建筑工程的施工建設具有明顯的節能、環保優勢，能夠緊密貼合綠色可持續的發展理念?，F階段，我國裝配式建筑工程的建設施工技術仍不成熟，整體還處于初期發展階段。要想推動此類建設施工模式在建筑行業內快速發展，還需加快完善政策法規，以及相應的市場管理規范，同時重視對規?；茝V工作的組織與開展，針對整個工程的設計與施工，做好專業化合理化的分工。一方面加強產業鏈各環節間的有效銜接，另一方面逐步構建并完善實質性紐帶。貼合圖紙設計、構件生產以及現場安裝等各個作業環節的實際需求，按照傳統的條塊分割方式合理布置各項工序，逐步推進裝配式建筑結構設計體系的成熟化發展，完善構建質量安全標準，助力建筑工程設計與施工邁向綠色可持續的發展道路，拓寬其在整個建筑市場內的發展空間。

4結語

在裝配式建筑結構設計中，保證結構設計的有效性具有重要意義，此項工作是裝配式建筑設計中不能忽視的重點。它不僅需要滿足當前裝配式建筑使用方面的功能要求，還要確保在結構上的合理性和安全性，同時要兼顧經濟、社會、環境等多方面效益。有效開展裝配式建筑結構設計管理，可以從多方面加強裝配式建筑質量，也能推動裝配式建筑行業的健康發展。

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作者：何聰利 黨智軍 邱豐實 單位：中國建筑第七工程局有限公司 遼寧省石油化工規劃設計院有限公司