裝配式建筑設(shè)計探討

1、裝配式建筑設(shè)計探討近年來，無論是國家相關(guān)部門還是地方政府，都對建筑工業(yè)化給予了重視， 一批大型建筑企業(yè)開始從轉(zhuǎn)型升級中尋求建筑工業(yè)化的發(fā)展， 并已取得了階段性 的成果。在中共中央、國務(wù)院印發(fā)的關(guān)于加快推進生態(tài)文明建設(shè)的意見 、國 務(wù)院出臺的 新型城鎮(zhèn)化發(fā)展規(guī)劃 等一系列文件中都提出要大力推進建筑工業(yè) 化發(fā)展。此前不久，國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見 （ 國辦 發(fā) 201671 號） 也明確提出，發(fā)展裝配式建筑是建造方式的重大變革，是 推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要舉措， 有利于節(jié)約資源能源、 減 少施工污染、 提升勞動生產(chǎn)效率和質(zhì)量安全水平， 有利于促進建筑業(yè)與信息化

2、工 業(yè)化深度融合、培育新產(chǎn)業(yè)新動能和推動化解過剩產(chǎn)能。一、國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢西方發(fā)達國家的裝配式住宅已經(jīng)發(fā)展到了相對成熟、 完善的階段。 日本、美 國、澳大利亞、法國、瑞典、丹麥是最具典型性的國家。國外全面和系統(tǒng)的研究 了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，在工程設(shè)計中，制定了相關(guān)的設(shè)計規(guī)范，如日本的“ JASS14 混凝土幕墻”和“ JASS10 預(yù)制混凝土工程”，歐洲的預(yù)制混凝土工程標準和應(yīng) 用手冊以及北美的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計 。發(fā)達國家和地區(qū)裝配式住宅 發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段： 第一階段是工業(yè)化形成的初期階段， 重點建立工業(yè)化 生產(chǎn)建造體系； 第二階段是工業(yè)化的發(fā)展期， 逐步提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性價比

3、； 第 三階段是工業(yè)化發(fā)展的成熟期， 進一步降低物耗和環(huán)境負荷， 發(fā)展資源循環(huán)型建 筑。發(fā)達國家的實踐證明， 利用工業(yè)化的生產(chǎn)手段是實現(xiàn)建設(shè)低能耗、 低污染建 筑，達到資源節(jié)約、提高品質(zhì)和效率的根本途徑。在大力推動轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式， 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和大力推動節(jié)能減排工作的背 景下，北京、上海、沈陽、深圳、濟南、合肥等城市地方政府以保障性住房建設(shè) 為抓手，陸續(xù)出臺支持建筑工業(yè)化發(fā)展的地方政策。 國內(nèi)的大型房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)、 總承包企業(yè)和預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)也紛紛行動起來， 加大建筑工業(yè)化投入。 從全國 來看，以新型預(yù)制混凝土裝配式結(jié)構(gòu)快速發(fā)展為代表的建筑工業(yè)化進入了新一輪 的高速發(fā)展期。 這個時期是我國

4、住宅產(chǎn)業(yè)真正進入全面推進的時期， 工業(yè)化進程 也在逐漸加快推進，但是總體來看與發(fā)達國家相比差距還很大。建筑工業(yè)化是世界性的大潮流和大趨勢， 同時也是我國改革和發(fā)展的迫切要 求。在我國， 建材工業(yè)和建筑業(yè)已列為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)。 裝配式 建筑的發(fā)展將促進建筑領(lǐng)域生產(chǎn)方式的巨大變革。 在這樣一個大形勢下， 我國作 為發(fā)展中國家， 建筑業(yè)正處在一系列加快發(fā)展的大好機遇期， 降低能耗、 抗震減 災(zāi)、保護生態(tài)與環(huán)境， 提高人們工作與生活質(zhì)量是當前最熱門的話題。 使用新材 料、應(yīng)用新工藝，提高工程質(zhì)量、提高工效，減少污染和浪費、減少現(xiàn)場作業(yè)， 實現(xiàn)文明施工是當前技術(shù)進步的重要標志，加強關(guān)鍵技術(shù)

5、創(chuàng)新和系統(tǒng)體系集成， 實現(xiàn)房屋建筑的產(chǎn)業(yè)化、多樣化、工業(yè)化，將是新世紀建筑業(yè)的發(fā)展趨勢。二、目的和必要性 相較傳統(tǒng)建筑，裝配式建筑有著如下突出優(yōu)勢：( 1) 保證工程質(zhì)量傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工受限于工人素質(zhì)參差不齊， 質(zhì)量事故時有發(fā)生而裝配式建筑 構(gòu)件在預(yù)制工廠生產(chǎn)， 生產(chǎn)過程中可對溫度濕度等條件進行控制， 構(gòu)件的質(zhì)量更 容易得到保證。( 2) 降低安全隱患傳統(tǒng)施工大部分是在露天作業(yè)、 高空作業(yè)， 存在極大的安全隱患， 裝配式建 筑的構(gòu)件運輸?shù)浆F(xiàn)場后， 由專業(yè)安裝隊伍嚴格遵循流程進行裝配， 大大提高了工 程質(zhì)量并降低了安全隱患。( 3) 提高生產(chǎn)效率 裝配式建筑的構(gòu)件由預(yù)制工廠批量采用鋼模生產(chǎn)，減少腳

6、手架和模板數(shù)量， 因此生產(chǎn)成本相對較低， 尤其是生產(chǎn)形式較復(fù)雜的構(gòu)件時， 優(yōu)勢更為明顯 ; 同時 省掉了相應(yīng)的施工流程，大大提高了時間利用率。( 4) 降低人力成本目前我國建筑行業(yè)勞動力不足、 技術(shù)人員缺乏、 工人整體年齡偏大、 成本攀 升，導(dǎo)致傳統(tǒng)施工方式難以為繼。 裝配式建筑由于采用預(yù)制工廠施工， 現(xiàn)場裝配 施工， 機械化程度高， 減少現(xiàn)場施工及管理人員數(shù)量 10 倍，節(jié)省了可觀的人工 費，提高了勞動生產(chǎn)率。( 5) 節(jié)能環(huán)保，減少污染裝配式建筑循環(huán)經(jīng)濟特征顯著， 由于采用的鋼模板可循環(huán)使用， 節(jié)省了大量 腳手架和模板作業(yè)，節(jié)約了木材資源。此外，由于構(gòu)件在工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場濕作業(yè) 少，大大減少

7、了噪音和煙塵，對環(huán)境影響較小。( 6) 模數(shù)化設(shè)計，延長建筑壽命裝配式建筑進行建筑設(shè)計時， 首先對戶型進行優(yōu)選， 在選定戶型的基礎(chǔ)上進 行模數(shù)化設(shè)計和生產(chǎn)， 這種設(shè)計方式大大提高生產(chǎn)效率， 對大規(guī)模標準化建設(shè)尤 為適合。此外，由于采用靈活的結(jié)構(gòu)形式，住宅內(nèi)部空間可進一步改造，延長了 住宅使用壽命。三、裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計思路 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是由預(yù)制混凝土構(gòu)件通過可靠的連接方式裝配而成的混 凝土結(jié)構(gòu)，包括裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)、 全裝配混凝土結(jié)構(gòu)等。 基本設(shè)計概念為： 采用可靠的連接方式的基礎(chǔ)上， 通過合理的構(gòu)造措施， 提高裝配式結(jié)構(gòu)的整體性， 實現(xiàn)裝配式結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)基本等同的要求。 下面

8、從設(shè)計階段來分析該結(jié) 構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題：1. 在方案階段，應(yīng)協(xié)調(diào)建設(shè)、設(shè)計、制作、施工各方之間的關(guān)系，共同對 建筑平面、 立面根據(jù)標準化原則進行優(yōu)化， 對應(yīng)用預(yù)制構(gòu)件的技術(shù)可行性和經(jīng)濟 性進行論證，共同進行整體策劃，提出最佳方案。應(yīng)把控預(yù)制構(gòu)件部位及拆分， 一個項目應(yīng)該采取哪些構(gòu)件預(yù)制， 哪些構(gòu)件拆分，應(yīng)根據(jù)項目特點、預(yù)制裝配率、 選定的結(jié)構(gòu)體系等來確定。 對裝配式住宅，首先應(yīng)考慮水平構(gòu)件采用預(yù)制技術(shù) (預(yù) 制疊合梁、疊合板、樓梯、陽臺) ，避免樓面施工時滿堂模板和腳手架搭設(shè)，可 節(jié)省造價；其次，考慮保溫裝飾一體的外墻，減少外墻腳手架的使用，再次，考 慮承重和非承重內(nèi)墻的預(yù)制。 有地方規(guī)定，

9、 應(yīng)滿足地方規(guī)定對預(yù)制率和預(yù)制不問 的要求。與此同時，建筑、結(jié)構(gòu)、裝修、設(shè)備等各專業(yè)也應(yīng)密切配合，對預(yù)制構(gòu) 件的尺寸、形狀、節(jié)點構(gòu)造提出具體技術(shù)要求，并對制作、運輸安裝和施工全過 程的可行性以及造價等作出預(yù)測。 此項工作對結(jié)構(gòu)布置的合理性， 以及對工程造 價都會產(chǎn)生很大的影響，是十分重要的。2. 在初步設(shè)計階段，通過對結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置、建筑材料、設(shè)計參數(shù)、 基礎(chǔ)型式等內(nèi)容的多方案技術(shù)經(jīng)濟性比較和論證， 選出最優(yōu)方案， 整體控制土建 造價。3. 在施工圖階段，在滿足建筑功能的前提下， 實現(xiàn)基本單元的標準化定型， 提高建筑構(gòu)配件的重復(fù)使用率。 通過標準化的配筋原則、 精確的計算把控、 細致 的模

10、型調(diào)整，精細化的施工圖內(nèi)審及優(yōu)化，降低土建造價。應(yīng)特別注意的是，裝 配式結(jié)構(gòu)中， 預(yù)制構(gòu)件的連接部位應(yīng)設(shè)置在受力較小的部位， 其尺寸和形狀應(yīng)滿 足建筑使用功能、模數(shù)、標準化的要求，并應(yīng)進行優(yōu)化設(shè)計；應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的功能 和安裝部位、 加工制作和施工精度等要求確定合理公差； 并滿足制作對方安裝及 質(zhì)量控制要求。在預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計階段， 應(yīng)將各專業(yè)、各工種所需的預(yù)留孔洞、 預(yù)埋件一并完成，避免后鑿、切割等傷及構(gòu)件，影響質(zhì)量和觀感。四、裝配式建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計1. 關(guān)于材料實現(xiàn)建筑工業(yè)化的目的之一， 是提高產(chǎn)品質(zhì)量。 預(yù)制構(gòu)件工廠生產(chǎn)， 易于控 制質(zhì)量，對采用混凝土的最低強度要求要高于現(xiàn)澆混凝土。 混凝土

11、、 鋼筋和鋼材 指標參數(shù)及耐久性應(yīng)滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB5OO10鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017和裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程 JGJ1-2014的要求。2. 結(jié)構(gòu)分析裝配式混凝土結(jié)構(gòu)分為裝配整體式框架結(jié)構(gòu)、 裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)、 裝配 整體式現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)、 裝配整體式部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。 其最大適用高度、 高 寬比、抗震等級、規(guī)則性按裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程JGJ1-2014、建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011相關(guān)條文確定。地下室、底部加強部位剪力墻、框架結(jié)構(gòu) 底層柱及頂層樓蓋宜現(xiàn)澆， 框支剪力墻結(jié)構(gòu)框支層及其上層、 其他結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換構(gòu)件 宜現(xiàn)澆；平面復(fù)雜、 有較大開洞的樓層宜采用現(xiàn)澆。 構(gòu)件及節(jié)

12、點應(yīng)進行承載能力 極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計， 分析可采用彈性方法，并滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)定。 節(jié)點接縫處砼等級及座漿等級應(yīng)大于相應(yīng)構(gòu)件砼強度等級。在各種設(shè)計狀況下，裝配整體式結(jié)構(gòu)可采用與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相同的方法進 行結(jié)構(gòu)分析。 同一層內(nèi)既有預(yù)制又有現(xiàn)澆抗側(cè)力構(gòu)件時， 地震設(shè)計狀況下宜對現(xiàn) 澆抗側(cè)力構(gòu)件在地震作用下的剪力和彎矩進行適當放大。 現(xiàn)澆樓蓋及疊合樓蓋均 可假定結(jié)構(gòu)平面內(nèi)無限剛性，樓面梁剛度系數(shù)考慮 1.32.0.裝配式結(jié)構(gòu)的連接計算， 預(yù)制構(gòu)件連接， 穿過接縫的鋼筋不少于構(gòu)件內(nèi)鋼筋 并且構(gòu)造滿足規(guī)范要求時， 節(jié)點及接縫的受拉、 受壓和受彎一般不低于構(gòu)件， 可 不必進行承載力驗算。 后澆

13、混凝土、 灌漿料或座漿材料與預(yù)制構(gòu)件結(jié)合面的粘接 抗剪強度往往低于預(yù)制構(gòu)件本身混凝土的抗剪強度。 因此，預(yù)制構(gòu)件的接縫需要 按規(guī)范要求進行受剪承載力計算?？紤]樓板整體性要求以及預(yù)埋管線、 面筋埋設(shè)、 施工誤差等因素， 并考慮脫 模、吊裝、運輸、施工等因素，預(yù)制板厚度不小于60mm現(xiàn)澆層厚度不小于60mm 預(yù)制板根據(jù)長寬比和接縫方式不同，其計算也不同。在制作、安裝施工狀態(tài)下的受力狀態(tài)和計算模式與使用狀況不同； 預(yù)制構(gòu)件 在此階段未達到設(shè)計強度， 應(yīng)特別注意其在短暫設(shè)計狀況下承載能力驗算， 對預(yù) 制構(gòu)件脫模、翻轉(zhuǎn)、起吊、運輸、堆放、安裝等生產(chǎn)和施工過程中的安全性進行 分析。總之，預(yù)制裝配式建筑體型、 平面布置及構(gòu)造應(yīng)符合抗震設(shè)計的原則和要求， 為滿足工業(yè)化建設(shè)的要求， 預(yù)制構(gòu)件設(shè)計應(yīng)遵循受力合理、 連接簡單、施工方便、 少規(guī)格、多組合的原則，選擇適宜的預(yù)制構(gòu)件尺寸和重量，方便加工運輸，提高 工程質(zhì)量，控制建設(shè)成本，承重墻、柱宜上下連續(xù)，門窗洞宜上下對齊，成列布 置，不宜采用轉(zhuǎn)角窗。 門窗洞口的平面布置和尺寸應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)受力及預(yù)制構(gòu)件設(shè) 計要求。五、展望近幾十年高速發(fā)展的建筑業(yè)已經(jīng)逐漸從房地產(chǎn)開發(fā)的熱潮中冷卻下來， 更趨 于理性。在這個過程中，我們應(yīng)開