探析装配式建筑结构的设计要点

                          2020.7.2号写作  不付款

    摘要：现代工程建筑行业发展依赖于工程建筑结构模式的创新。装配式建筑的高效率和高质量特点使得其在工程建筑设计中应用广泛。然而，装配式建筑结构自身的复杂性特点使得其工程施工面临较大的挑战。只有加强其设计要点分析，结合工程实际需求和施工环境进行方案设计。因此，本文拟通过深入探究当前预制装配式建筑的发展状况，总结装配式建筑结构的设计流程，并从预制构建的深化设计、连接设计、构造设计及防水设计这四个要点进行装配式建筑结构的设计要点分析，最后通过分析总结构建特点和应用效果来为整个工程设计及工程建筑行业结构模式创新提供参考。
关键词：装配式建筑；结构设计； 预制构件；设计要点
引言
工程建筑行业在社会经济迅速发展的大前提下迅速崛起，其工程建筑结构的设计及模式创新成为当前建筑行业发展的突破口。当前传统的工程建筑结构模式的粗放性特点使得企业成本资源配置利用不合理，工程施工过程中所带来的环境污染和能源浪费等问题也使得工程建筑行业发展受阻。此外，人民生活水平的提升使得工程建筑产品质量及工程建筑安全保障无法满足人民的需求。因此，加强预制装配式建筑结构的应用进而实现工程建筑结构体系的创新完善对于助推建筑工业化具有重要价值。
1 装配式建筑的相关概念
预制混凝土结构是指由各种结构构件经过一系列现场施工流程实现连接进而形成的结构体系。结构构件大多为墙板及柱等，结构构件通过焊接和现浇混凝土等过程形成具有特色的建筑结构。装配率是指装配式混凝土建筑室外楼板上部主结构和围护结构中装配式构件数量和相应构件总量的体积比。
2 预制装配式建筑的发展
2.1 预制装配式建筑的发展背景
2013年我国出台了关于绿色建筑行动的政策方案，并明确规定了建筑体系设计应以满足工业化生产需求为基础，加强建筑工程的预制和装配水准提升重要战略指导地位， 打造符合市场需求的预制混凝土建筑体系，进而为实现工业化发展创造有利条件。建筑产业化的基本要求为基于工业预制工艺来设计科学可行的可装配结构体系。只有切实保障预制工艺的精确性和标准性，结合施工现场实际情况进行预制件的组装，从而为重要构件的预制质量提供充分保障。与传统的现场浇灌施工方式相比，预制件组装的工程大规模生产模式的产品质量和工作效率较高，更加满足当前工业化改革及工程建筑行业发展的需求。大规模生产模式可以实现对所有构件的工业化生产及制作。此外，预制与装配技术在构件组装生产和制作加工过程中具有重要应用价值，其结构性能的提升可以为建筑产业化发展及工程建筑质量提升提供重要保障。
2.2 预制装配式建筑的使用情况
当前建筑结构构件的生产能力及水平的缺乏导致预制与装配技术体系在工程建筑施工过程中的应用面临较大的挑战。许多地区的楼板建筑设计有采用预制产品的相关构件，但是传统的现浇方式仍然为其主要建筑结构模式。相关工程建筑设计研究人员并没有充分意识到装配式结构建筑的重要应用价值，导致预制装配式建筑结构体系发展及实际施工应用发展面临许多难题。此外，设计人员对预制装配式结构体系的不认可导致其市场及受众人群较少。
2.3 预制装配式建筑的优势
和传统的现浇模式相比较，预制装配式结构具有以下几方面的特征：
(1）预制装配式结构中所应用的墙板采用的是较为轻便的构件材料，对于实现房间空间自由布局及使用效率提升具有明显优势。
(2）预制装配式结构对于工程总量降低和工程施工部门的建筑工作有序展开，创造了有利条件，其结构构件在材料成本管理及生态环保问题上占据明显优势，有效落实绿色建筑行动的相关政策方案。
(3）预制装配式结构的应用有效提升了工程建筑的施工效率，施工时间的缩短可以为企业的经济效益提升提供充分保障。
(4）预制装配式结构下的工程建筑产品生产效率及产品质量得到了一定的保障，对于材料成本的控制管理更是坚持以生态环保和节约资源为核心。
2.4设计流程
装配式建筑结构的设计流程与常规建筑设计方式的差异性主要体现在工程方案及图纸的设计、结构选择及实际工作操作注意事项等方面。在进行装配式建筑结构方案设计时应体现设计的全面性和深化性，重点满足工程建筑结构模式适应工程施工环境的需求。此外，工程建筑结构设计实操过程中应以工程规模及功能需求作为方案设计的重要内容，工程成本控制管理对于整个建筑项目质量及经济效益保障具有重要价值。最后，装配式建筑结构的选择应以满足抗震设计规范及框架柱的可行性设计为重点，要求所有预制构件都应符合设计规范及相关标准要求。装配式剪力墙结构如图1所示。

图1 装配式剪力墙结构
近年来装配式建筑的迅速发展也使得其建筑结构形式呈现出多样化的特点，其建筑结构适用条件及工程项目也会基于工程施工环境具有一定的差异性。因此，工程建筑设计单位在确定建筑结构时应加强与建设单位的沟通交流，实现在装配式建筑结构设计要点及流程上的认知一致性，为后续的各环节工程施工有序进展创造有利条件。常规结构设计方案应体现方案的全面性和实用性，结构构件在生产及运输过程中所存在的不可控因素对于整个方案设计及生产施工环节具有重要意义，因此，提升各环节的配合效率是提升工程建筑经济效益的重要内容。为切实保障各类构件工业化预制的效果，工程建筑结构设计原则应集中体现工程施工操作便利及工程建筑结构受力等特点，充分发挥各专业设备的优势，以高效处理各类管线的预埋为重要工作内容。
3 装配式建筑结构设计要点
3.1 预制构件的深化设计
预制构件的深化设计应结合设计图纸和生产工艺等多种因素进行优化处理。现场作业环境的实时监测对于其深化设计具有重要意义。在设计预制构件的图纸设计时应保障设计内容的覆盖范围及科学性，对于孔洞及管线的处理都应体现在图纸设计上来，并要求设计图纸经过科学检验并符合相关标准要求才能展开具体施工作业。
3.2 预制构件连接设计
套筒灌浆连接方式的特点为利用适量钢筋实现竖向与水平接缝处的有效连接，以满足相关施工作业需求。为有效保障钢筋的作用，采用20mm的较厚的混凝土作为钢筋接头套筒处的重要组成结构，且各套筒间距超过25mm更加符合预制剪力墙的基本要求。在具体施工过程中，预制板和预制梁之间所形成的叠合区域应避免光滑面的结构形式，粗糙面不仅应用于其叠合区域，在预制梁端面施工中也具有重要应用价值。同时，结合面与总面积的占比应不超过20%，其余均为粗糙面。展开预制板粗糙面的设置与预制梁及强端的粗糙面设置应对其产生的凹凸深度进行差异化处理，一般情况下展开预制板粗糙面所产生凹凸深度更浅。此外，预制构件连接处的稳定性依赖于其座浆材料强度，只有较强的强度才能有效保障其稳定性和安全性。
3.3 预制构件构造设计
叠合单板在预制楼板设计中应用较为广泛，一般需要对底板进行开洞作业处理，在洞宽不超过300mm的情况下钢筋位置的调节应以避开洞口为基本施工要求，且应保证洞口的完整性。在洞口超过300mm但小于1000mm时，洞口的大尺寸要求附加钢筋的增设是保障洞口安全性的必要举措。圈梁的增设处理一般出现在楼层屋面与立面为收进式的施工环境，其核心作用在于保证楼层结构的整体性。如果预制剪力墙顶部缺水后浇圈梁，水平后浇带的增设是保障墙结构稳定性能的重要施工环节。此外，还应增设纵向钢筋。
3.4 预制构件的防水设计
由于太阳辐射及天气等自然灾害及一系列不可控环境因素所带来的影响导致建筑漏水现象严重，建筑的后期维护存在很多问题。因此，针对预制构件的有效防水设计是提升工程建筑安全性的重要内容。装配式建筑结构体系下预制楼板和外墙没有实现与外界环境的隔离，导致结构构件受到损害。在实际操作过程中可以采用三明治外墙板，其封闭型设计对于提升其防水性能十分关键。一般情况下外墙板最外层大多选择聚氨酯密封胶作为原材料，而具有防水功能的橡胶条，来紧密连接各相邻构件，多重防水效果更能满足预制构件的功能保障需求。
4 装配式构件特点及其应用效果
4.1 装配式混凝土结构特点
装配式混凝土结构特点主要体现为以下几个方面：第一，楼板在厂内的工作主要为对除底面以外的其他结构面的预留进行钢筋连接及孔洞和管线的施工，其实质为楼板制作工程量只完成一半。在这一过程中所制作出来的楼板与组织上层钢筋进行绑扎及混凝土浇筑作业。主梁和次梁作为梁结构的主要形式。对于梁上部荷载的承受主要依靠主梁，而次梁的传递荷载作用主要体现在实现上部结构荷载的传送。在生产梁结构过程中应充分意识到预留连接钢筋的重要性，以保障主梁上部的承受力和稳定性。此外，次梁安装口设计的意义在于为主梁与次梁的稳定连接创造有利条件。
4.2 装配式混凝土结构优劣势
(1）优势
第一，装配式混凝土结构在耐久性和耐火性方面比钢结构更占据明显优势，可以有效降低因保养和后期维修工作所带来的成本损失。第二，装配式混凝土结构的完整性特点显著。第三，装配式混凝土结构可以基于施工要求及施工环境现状灵活调整其结构体系，体现差异性和针对性。第四，与传统钢结构形式所耗钢材原材料相比，装配式混凝土结构的材料成本较低，水泥混合料可以替代部分钢筋从而有效节约工程建筑成本，从根源上为工程建筑经济效益提升奠定基础。
(2）局限性
第一，与砌体和木材的重量相比，钢筋混凝土密度更大，由于其截面尺寸较大的特点使得其自重在同跨度钢筋结构中明显偏大。第二，混凝土抗拉强度较低使得钢筋混凝土结构裂缝现象产生，导致钢筋混凝土结构的美观和耐久实用性受到一定不利影响。第三，混凝土结构对于施工人员投入量及质量有更高的要求。第四，一般混泥土结构会受到天气季节等环境变化因素影响，导致其建筑性能受到制约。第五，一旦裂缝问题产生，后期的修复维修作业所耗时间成本及资源成本较高，且耐久性也很难得到有效保障。
结束语
综上所述，装配式建筑结构作为一种新型的现代工程建筑结构模式，是实现施工效率及质量提升的必然要求。同时，管理人员对于工程建筑施工成本控制管理具有一定积极影响，广大管理人员需要进行积极的技术探索与技术创新，提升成本控制管理的综合质量。
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