裝配式建筑設(shè)計(jì)探討

1、裝配式建筑設(shè)計(jì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)建筑業(yè)與信息化工業(yè)化深度融合、培育新產(chǎn)業(yè)新動能和推

2、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(dá)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?zhǔn)亲罹叩湫托缘膰摇馊婧拖到y(tǒng)的研究了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，在工程設(shè)計(jì)中，制定了相關(guān)的設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)。發(fā)達(dá)國家和地區(qū)裝配式住宅發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段是工業(yè)化形成的初期階段，重點(diǎn)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(jià)比；第三階段是工業(yè)化發(fā)展的成熟期，進(jìn)一步降低物耗和環(huán)境負(fù)荷，發(fā)展資源

3、循環(huán)型建筑。發(fā)達(dá)國家的實(shí)踐證明，利用工業(yè)化的生產(chǎn)手段是實(shí)現(xiàn)建設(shè)低能耗、低污染建筑，達(dá)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(jì)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(jì)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(jìn)入了新一輪的高速發(fā)展期。這個(gè)時(shí)期是我國住宅產(chǎn)業(yè)真正進(jìn)入全面推進(jìn)的時(shí)期，工業(yè)化進(jìn)程也在逐漸加快推進(jìn)，但是總體來看與發(fā)達(dá)國家相比差距還很大。建筑

4、工業(yè)化是世界性的大潮流和大趨勢，同時(shí)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(jì)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(jìn)建筑領(lǐng)域生產(chǎn)方式的巨大變革。在這樣一個(gè)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(jī)遇期，降低能耗、抗震減災(zāi)、保護(hù)生態(tài)與環(huán)境，提高人們工作與生活質(zhì)量是當(dāng)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(fèi)、減少現(xiàn)場作業(yè)，實(shí)現(xiàn)文明施工是當(dāng)前技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志，加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)體系集成，實(shí)現(xiàn)房屋建筑的產(chǎn)業(yè)化、多樣化、工業(yè)化，將是新世紀(jì)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

5、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(shí)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(jìn)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(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后，由專業(yè)安裝隊(duì)伍嚴(yán)格遵循流程進(jìn)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(shí)，優(yōu)勢更為明顯; 同時(shí)省掉了相應(yīng)的施工流程，大大提高了時(shí)間利用率。( 4) 降低人力成本 目前

6、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(jī)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(fèi)，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(jì)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，大大減少了噪音和煙塵，對環(huán)境影響較小。( 6) 模數(shù)化設(shè)計(jì)，延長建筑壽命 裝配式建筑進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，首先對戶型進(jìn)行優(yōu)選，在選定戶型的基礎(chǔ)上進(jìn)行模數(shù)化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，這種設(shè)計(jì)方式大大提高生產(chǎn)效率，對大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化

7、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(jìn)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(jì)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(jì)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(shí)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。下面從設(shè)計(jì)階段來分析該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)、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(biāo)準(zhǔn)化原則進(jìn)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(jì)性進(jìn)行論證，共同進(jìn)行整體策劃，提出最佳方案。應(yīng)把

8、控預(yù)制構(gòu)件部位及拆分，一個(gè)項(xiàng)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(xiàng)目特點(diǎn)、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(shí)滿堂模板和腳手架搭設(shè)，可節(jié)省造價(jià)；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，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(shí)，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(diǎn)構(gòu)造提出具體技術(shù)要求，并對制作、運(yùn)輸安裝和施工全過程的可行性以及造價(jià)等作出預(yù)測。此項(xiàng)工作對結(jié)構(gòu)布置的合理性，以及對工程造價(jià)都會產(chǎn)生很大

9、的影響，是十分重要的。2. 在初步設(shè)計(jì)階段，通過對結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置、建筑材料、設(shè)計(jì)參數(shù)、基礎(chǔ)型式等內(nèi)容的多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較和論證，選出最優(yōu)方案，整體控制土建造價(jià)。3. 在施工圖階段，在滿足建筑功能的前提下，實(shí)現(xiàn)基本單元的標(biāo)準(zhǔn)化定型，提高建筑構(gòu)配件的重復(fù)使用率。通過標(biāo)準(zhǔn)化的配筋原則、精確的計(jì)算把控、細(xì)致的模型調(diào)整，精細(xì)化的施工圖內(nèi)審及優(yōu)化，降低土建造價(jià)。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(biāo)準(zhǔn)化的要求，并應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；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。

10、在預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)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(jì) 1.關(guān)于材料 實(shí)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(qiáng)度要求要高于現(xiàn)澆混凝土。混凝土、鋼筋和鋼材指標(biāo)參數(shù)及耐久性應(yīng)滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017和裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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

11、按裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程JGJ1-2014、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011相關(guān)條文確定。地下室、底部加強(qiáng)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)點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，分析可采用彈性方法，并滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)定。節(jié)點(diǎn)接縫處砼等級及座漿等級應(yīng)大于相應(yīng)構(gòu)件砼強(qiáng)度等級。在各種設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)，地震設(shè)計(jì)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(jìn)行適當(dāng)放大。現(xiàn)澆樓蓋及疊合樓蓋均可假

12、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(jì)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(shí)，節(jié)點(diǎn)及接縫的受拉、受壓和受彎一般不低于構(gòu)件，可不必進(jìn)行承載力驗(yàn)算。后澆混凝土、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(qiáng)度往往低于預(yù)制構(gòu)件本身混凝土的抗剪強(qiáng)度。因此，預(yù)制構(gòu)件的接縫需要按規(guī)范要求進(jìn)行受剪承載力計(jì)算。考慮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(yùn)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(jì)算也不同。在制作、安裝施工狀態(tài)下的受力狀態(tài)和計(jì)算模式與使用狀況不同；預(yù)制構(gòu)件在此階段未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，應(yīng)特別注意其在短暫設(shè)計(jì)狀況下承載能力驗(yàn)算，對預(yù)制構(gòu)件脫模、翻轉(zhuǎn)、起吊、運(yùn)輸、堆放、安裝等生產(chǎn)和施工過程中的安全性進(jìn)行分析?？傊?，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(jì)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(jì)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(yùn)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(jì)要求。五、展望 近幾十年高速發(fā)展的建筑