探析裝配式建筑結構的設計要點

                          2020.7.2號寫作  不付款

    摘要：現(xiàn)代工程建筑行業(yè)發(fā)展依賴于工程建筑結構模式的創(chuàng)新。裝配式建筑的高效率和高質量特點使得其在工程建筑設計中應用廣泛。然而，裝配式建筑結構自身的復雜性特點使得其工程施工面臨較大的挑戰(zhàn)。只有加強其設計要點分析，結合工程實際需求和施工環(huán)境進行方案設計。因此，本文擬通過深入探究當前預制裝配式建筑的發(fā)展狀況，總結裝配式建筑結構的設計流程，并從預制構建的深化設計、連接設計、構造設計及防水設計這四個要點進行裝配式建筑結構的設計要點分析，最后通過分析總結構建特點和應用效果來為整個工程設計及工程建筑行業(yè)結構模式創(chuàng)新提供參考。
關鍵詞：裝配式建筑；結構設計； 預制構件；設計要點
引言
工程建筑行業(yè)在社會經濟迅速發(fā)展的大前提下迅速崛起，其工程建筑結構的設計及模式創(chuàng)新成為當前建筑行業(yè)發(fā)展的突破口。當前傳統(tǒng)的工程建筑結構模式的粗放性特點使得企業(yè)成本資源配置利用不合理，工程施工過程中所帶來的環(huán)境污染和能源浪費等問題也使得工程建筑行業(yè)發(fā)展受阻。此外，人民生活水平的提升使得工程建筑產品質量及工程建筑安全保障無法滿足人民的需求。因此，加強預制裝配式建筑結構的應用進而實現(xiàn)工程建筑結構體系的創(chuàng)新完善對于助推建筑工業(yè)化具有重要價值。
1 裝配式建筑的相關概念
預制混凝土結構是指由各種結構構件經過一系列現(xiàn)場施工流程實現(xiàn)連接進而形成的結構體系。結構構件大多為墻板及柱等，結構構件通過焊接和現(xiàn)澆混凝土等過程形成具有特色的建筑結構。裝配率是指裝配式混凝土建筑室外樓板上部主結構和圍護結構中裝配式構件數量和相應構件總量的體積比。
2 預制裝配式建筑的發(fā)展
2.1 預制裝配式建筑的發(fā)展背景
2013年我國出臺了關于綠色建筑行動的政策方案，并明確規(guī)定了建筑體系設計應以滿足工業(yè)化生產需求為基礎，加強建筑工程的預制和裝配水準提升重要戰(zhàn)略指導地位， 打造符合市場需求的預制混凝土建筑體系，進而為實現(xiàn)工業(yè)化發(fā)展創(chuàng)造有利條件。建筑產業(yè)化的基本要求為基于工業(yè)預制工藝來設計科學可行的可裝配結構體系。只有切實保障預制工藝的精確性和標準性，結合施工現(xiàn)場實際情況進行預制件的組裝，從而為重要構件的預制質量提供充分保障。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場澆灌施工方式相比，預制件組裝的工程大規(guī)模生產模式的產品質量和工作效率較高，更加滿足當前工業(yè)化改革及工程建筑行業(yè)發(fā)展的需求。大規(guī)模生產模式可以實現(xiàn)對所有構件的工業(yè)化生產及制作。此外，預制與裝配技術在構件組裝生產和制作加工過程中具有重要應用價值，其結構性能的提升可以為建筑產業(yè)化發(fā)展及工程建筑質量提升提供重要保障。
2.2 預制裝配式建筑的使用情況
當前建筑結構構件的生產能力及水平的缺乏導致預制與裝配技術體系在工程建筑施工過程中的應用面臨較大的挑戰(zhàn)。許多地區(qū)的樓板建筑設計有采用預制產品的相關構件，但是傳統(tǒng)的現(xiàn)澆方式仍然為其主要建筑結構模式。相關工程建筑設計研究人員并沒有充分意識到裝配式結構建筑的重要應用價值，導致預制裝配式建筑結構體系發(fā)展及實際施工應用發(fā)展面臨許多難題。此外，設計人員對預制裝配式結構體系的不認可導致其市場及受眾人群較少。
2.3 預制裝配式建筑的優(yōu)勢
和傳統(tǒng)的現(xiàn)澆模式相比較，預制裝配式結構具有以下幾方面的特征：
(1）預制裝配式結構中所應用的墻板采用的是較為輕便的構件材料，對于實現(xiàn)房間空間自由布局及使用效率提升具有明顯優(yōu)勢。
(2）預制裝配式結構對于工程總量降低和工程施工部門的建筑工作有序展開，創(chuàng)造了有利條件，其結構構件在材料成本管理及生態(tài)環(huán)保問題上占據明顯優(yōu)勢，有效落實綠色建筑行動的相關政策方案。
(3）預制裝配式結構的應用有效提升了工程建筑的施工效率，施工時間的縮短可以為企業(yè)的經濟效益提升提供充分保障。
(4）預制裝配式結構下的工程建筑產品生產效率及產品質量得到了一定的保障，對于材料成本的控制管理更是堅持以生態(tài)環(huán)保和節(jié)約資源為核心。
2.4設計流程
裝配式建筑結構的設計流程與常規(guī)建筑設計方式的差異性主要體現(xiàn)在工程方案及圖紙的設計、結構選擇及實際工作操作注意事項等方面。在進行裝配式建筑結構方案設計時應體現(xiàn)設計的全面性和深化性，重點滿足工程建筑結構模式適應工程施工環(huán)境的需求。此外，工程建筑結構設計實操過程中應以工程規(guī)模及功能需求作為方案設計的重要內容，工程成本控制管理對于整個建筑項目質量及經濟效益保障具有重要價值。最后，裝配式建筑結構的選擇應以滿足抗震設計規(guī)范及框架柱的可行性設計為重點，要求所有預制構件都應符合設計規(guī)范及相關標準要求。裝配式剪力墻結構如圖1所示。

圖1 裝配式剪力墻結構
近年來裝配式建筑的迅速發(fā)展也使得其建筑結構形式呈現(xiàn)出多樣化的特點，其建筑結構適用條件及工程項目也會基于工程施工環(huán)境具有一定的差異性。因此，工程建筑設計單位在確定建筑結構時應加強與建設單位的溝通交流，實現(xiàn)在裝配式建筑結構設計要點及流程上的認知一致性，為后續(xù)的各環(huán)節(jié)工程施工有序進展創(chuàng)造有利條件。常規(guī)結構設計方案應體現(xiàn)方案的全面性和實用性，結構構件在生產及運輸過程中所存在的不可控因素對于整個方案設計及生產施工環(huán)節(jié)具有重要意義，因此，提升各環(huán)節(jié)的配合效率是提升工程建筑經濟效益的重要內容。為切實保障各類構件工業(yè)化預制的效果，工程建筑結構設計原則應集中體現(xiàn)工程施工操作便利及工程建筑結構受力等特點，充分發(fā)揮各專業(yè)設備的優(yōu)勢，以高效處理各類管線的預埋為重要工作內容。
3 裝配式建筑結構設計要點
3.1 預制構件的深化設計
預制構件的深化設計應結合設計圖紙和生產工藝等多種因素進行優(yōu)化處理。現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的實時監(jiān)測對于其深化設計具有重要意義。在設計預制構件的圖紙設計時應保障設計內容的覆蓋范圍及科學性，對于孔洞及管線的處理都應體現(xiàn)在圖紙設計上來，并要求設計圖紙經過科學檢驗并符合相關標準要求才能展開具體施工作業(yè)。
3.2 預制構件連接設計
套筒灌漿連接方式的特點為利用適量鋼筋實現(xiàn)豎向與水平接縫處的有效連接，以滿足相關施工作業(yè)需求。為有效保障鋼筋的作用，采用20mm的較厚的混凝土作為鋼筋接頭套筒處的重要組成結構，且各套筒間距超過25mm更加符合預制剪力墻的基本要求。在具體施工過程中，預制板和預制梁之間所形成的疊合區(qū)域應避免光滑面的結構形式，粗糙面不僅應用于其疊合區(qū)域，在預制梁端面施工中也具有重要應用價值。同時，結合面與總面積的占比應不超過20%，其余均為粗糙面。展開預制板粗糙面的設置與預制梁及強端的粗糙面設置應對其產生的凹凸深度進行差異化處理，一般情況下展開預制板粗糙面所產生凹凸深度更淺。此外，預制構件連接處的穩(wěn)定性依賴于其座漿材料強度，只有較強的強度才能有效保障其穩(wěn)定性和安全性。
3.3 預制構件構造設計
疊合單板在預制樓板設計中應用較為廣泛，一般需要對底板進行開洞作業(yè)處理，在洞寬不超過300mm的情況下鋼筋位置的調節(jié)應以避開洞口為基本施工要求，且應保證洞口的完整性。在洞口超過300mm但小于1000mm時，洞口的大尺寸要求附加鋼筋的增設是保障洞口安全性的必要舉措。圈梁的增設處理一般出現(xiàn)在樓層屋面與立面為收進式的施工環(huán)境，其核心作用在于保證樓層結構的整體性。如果預制剪力墻頂部缺水后澆圈梁，水平后澆帶的增設是保障墻結構穩(wěn)定性能的重要施工環(huán)節(jié)。此外，還應增設縱向鋼筋。
3.4 預制構件的防水設計
由于太陽輻射及天氣等自然災害及一系列不可控環(huán)境因素所帶來的影響導致建筑漏水現(xiàn)象嚴重，建筑的后期維護存在很多問題。因此，針對預制構件的有效防水設計是提升工程建筑安全性的重要內容。裝配式建筑結構體系下預制樓板和外墻沒有實現(xiàn)與外界環(huán)境的隔離，導致結構構件受到損害。在實際操作過程中可以采用三明治外墻板，其封閉型設計對于提升其防水性能十分關鍵。一般情況下外墻板最外層大多選擇聚氨酯密封膠作為原材料，而具有防水功能的橡膠條，來緊密連接各相鄰構件，多重防水效果更能滿足預制構件的功能保障需求。
4 裝配式構件特點及其應用效果
4.1 裝配式混凝土結構特點
裝配式混凝土結構特點主要體現(xiàn)為以下幾個方面：第一，樓板在廠內的工作主要為對除底面以外的其他結構面的預留進行鋼筋連接及孔洞和管線的施工，其實質為樓板制作工程量只完成一半。在這一過程中所制作出來的樓板與組織上層鋼筋進行綁扎及混凝土澆筑作業(yè)。主梁和次梁作為梁結構的主要形式。對于梁上部荷載的承受主要依靠主梁，而次梁的傳遞荷載作用主要體現(xiàn)在實現(xiàn)上部結構荷載的傳送。在生產梁結構過程中應充分意識到預留連接鋼筋的重要性，以保障主梁上部的承受力和穩(wěn)定性。此外，次梁安裝口設計的意義在于為主梁與次梁的穩(wěn)定連接創(chuàng)造有利條件。
4.2 裝配式混凝土結構優(yōu)劣勢
(1）優(yōu)勢
第一，裝配式混凝土結構在耐久性和耐火性方面比鋼結構更占據明顯優(yōu)勢，可以有效降低因保養(yǎng)和后期維修工作所帶來的成本損失。第二，裝配式混凝土結構的完整性特點顯著。第三，裝配式混凝土結構可以基于施工要求及施工環(huán)境現(xiàn)狀靈活調整其結構體系，體現(xiàn)差異性和針對性。第四，與傳統(tǒng)鋼結構形式所耗鋼材原材料相比，裝配式混凝土結構的材料成本較低，水泥混合料可以替代部分鋼筋從而有效節(jié)約工程建筑成本，從根源上為工程建筑經濟效益提升奠定基礎。
(2）局限性
第一，與砌體和木材的重量相比，鋼筋混凝土密度更大，由于其截面尺寸較大的特點使得其自重在同跨度鋼筋結構中明顯偏大。第二，混凝土抗拉強度較低使得鋼筋混凝土結構裂縫現(xiàn)象產生，導致鋼筋混凝土結構的美觀和耐久實用性受到一定不利影響。第三，混凝土結構對于施工人員投入量及質量有更高的要求。第四，一般混泥土結構會受到天氣季節(jié)等環(huán)境變化因素影響，導致其建筑性能受到制約。第五，一旦裂縫問題產生，后期的修復維修作業(yè)所耗時間成本及資源成本較高，且耐久性也很難得到有效保障。
結束語
綜上所述，裝配式建筑結構作為一種新型的現(xiàn)代工程建筑結構模式，是實現(xiàn)施工效率及質量提升的必然要求。同時，管理人員對于工程建筑施工成本控制管理具有一定積極影響，廣大管理人員需要進行積極的技術探索與技術創(chuàng)新，提升成本控制管理的綜合質量。
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