关于装配式建筑结构设计分析

姚舜

中铁建工集团深圳分公司，中国·广东 深圳 518000

1 引言

建筑行业发展呈现出繁荣之势，对于促进中国经济增长起到了重要作用，也为社会生产生活提供了保障。传统建筑施工方式不仅具有较长的周期，而且会产生较多的建筑垃圾，对周围环境造成污染和破坏，限制了建筑行业的可持续发展。装配式建筑具有良好的环保性特点，而且简化了施工的流程，有利于在保障施工质量和安全的前提下，加快施工进度，为建筑企业创造良好的经济效益。结构设计是装配式建筑施工的首要前提，应该确保各个结构的合理性，增强整体布局效果，从而消除其中的质量安全隐患，以促进工程项目的快速实施。对装配式建筑结构设计也提出了更高的标准，需要制定有针对性设计方案，实现对设计全过程的科学指导，以改善建筑结构体系。

2 装配式建筑及相关工艺

装配式建筑结构形式呈现出灵活多样的特点，满足了人们对建筑的多元化和个性化需求。由于是在工厂内对各个构件进行加工，可以大大节省现场施工的时间，以更快的速度建设完成，同时确保建筑质量达到国家和行业的相关标准要求，在施工现场不会产生过多的建筑垃圾和废弃物等，符合当前绿色建筑的发展要求，为建筑行业可持续发展创造了条件[1]。

多种结构联合的形式，也对结构刚性提出了更高要求，必须对结构进行全面优化，以增强其整体抗震性能。相较传统结构设计而言，装配式建筑结构设计需要遵循“少规格、多组合”的基本特点，通过系列化设计使各个结构组成一个有机整体，综合考量预制构件连接方式和受力特点等附件条件。在装配式构件的平面布置当中，需要保障良好的均匀性、简单性和整体性，温度伸缩缝的设置可以增强结构性能，促进整体抗扭转能力的提升。

在现场施工中可以通过设置结构拉缝来防止出现开裂问题，主要分为竖向缝和水平缝，在施工中避免对结构刚度造成影响。可以将水平拉缝板设置在楼板面，在楼板混凝土初凝前将水平拉缝板压入混凝土中。如图1所示，装配式建筑设计中可以保留为现浇架构，无需预制结构连板。相较现浇混凝土钢筋结构而言，装配式结构具有灵活性和便捷性的特点，而且减少了施工现场的环境污染情况，有助于提高施工效率、加快施工进度。

图1 装配式建筑

3 装配式建筑结构设计的关键点

3.1 优化设计流程

对装配式建筑的设计流程进行全面优化，了解不同设计阶段的首要任务及控制要点，从而达到国家和行业要求。要对建筑的整体建设要求进行分析，明确施工现场的实际情况，实现对各个设计要点的全面优化，以促进工程项目的顺利实施。做好前期勘察工作，并针对当地的地形条件、地质状况、水文条件等进行记录和分析，预估设计及施工中可能遇到的问题，并制定相应的应急处理方案[2]。了解建筑抗震等级要求，从技术性要素和经济性要素两个方面进行综合考量和统筹规划。

3.2 立体及平面设计

以“少规格、多组合”为原则开展装配式建筑的平面设计工作，在确定组件功能特点和尺寸的过程中，应该考虑到建筑规模及功能需求，实现对建筑空间的合理规划和高效利用，体现装配式建筑的空间属性特点，以达到质量标准要求。外墙设计是装配式建筑设计中的重要环节，通常采用系统化和模块化设计方式，在保障质量的前提下增强外墙美感[3]。对构件尺寸进行严格控制，防止出现较大的误差，明确嵌套模块的组合形式，使内部空间布局更加合理。承重墙和管井设计的难度较大，应该做好位置的确定，使每一个空间功能得到最大限度地发挥。采用拆分法对外立面进行合理设计，比如阳台和外部墙板等，以实现与平面设计的有效配合。

3.3 加强协同设计

协同设计可以最大限度增强各个结构的设计效果，增强装配式建筑的整体性。设计人员应该增进与安装专家的沟通交流，对于设计和安装中可能出现的问题进行探讨，以便实现整体设计方案的优化。加强先进设备和设施的引进，从而确保各类设计参与及零件的精确性，尤其是要在设计中对管道埋设情况进行综合评估和分析，确保排水管、供暖设备、接地线、通风设备和输电线路等具有良好的布局结构，防止管道设计不合理对建筑使用功能和安全造成威胁。增进与其他设计人员的沟通，利用BIM技术实施管道的碰撞检测，以减少管道的交叉和冲突问题[4]。

3.4 改善结构体系

剪力墙结构体系和框架结构体系，是装配式建筑的主要形式，在结构体系优化设计中，应该加强对各类参数的针对性控制，包括了承载力、稳定性和刚度等，尤其是要关注抗倾覆性能，防止墙板水平接缝在外界作用力下出现破坏。在设计框架结构时，除了应该确保良好的刚度性能外，还应该关注结构的灵活性，既要避免灵活度不足造成的损坏问题，也要避免灵活度过高引起的变形状况，防止出现安全事故。在设计剪力墙结构的过程中，应该对当地抗震设计要求和风荷载情况进行综合考量，对称样式在高层装配式建筑中的应用较多[5]。对剪力墙的厚度进行科学设计，确保其达到当地抗震等级要求，防止在地震中出现严重的损坏。端柱设置在剪力墙结构的边缘位置，有利于其抗震性能的改善，做好洞口两侧和端部的加强处理。

3.5 预制构件设计

在设计装配式建筑结构时通常不考虑次梁，通过工艺拆分来加快施工的进度。以标准化和模块化为首要原则，加强预制构件设计，使多种模块类型的数量得到控制，在建设过程中更具精准性，同时降低了装配式建筑的建设成本。对构件横截面尺寸的边界条件进行分析，防止对后续设计造成限制。

3.6 强化节点设计

严格计算装配式建筑混凝土结构的受力特征，也是设计中的主要内容，可以根据现浇结构的计算方法获得可靠的数据，同时对叠合楼板、叠合梁和预制梁柱拼接等关键节点进行控制。根据预制构件混凝土强度等级，对节点和接缝位置后浇混凝土强度进行控制，同时确保接缝坐浆材料的质量符合要求。螺栓连接、套筒灌浆连接和浆锚连接等，是节点连接的主要形式。在采用灌浆套筒连接形式时，可以改善结构竖向和水平接缝位置的质量效果，对灌浆材料的性能进行严格检查，确保其符合《钢筋连接用套筒灌浆料》中的相关标准，明确灌浆的时间[6]。在采用螺栓连接形式时，需要对高强度螺栓的质量进行检测，确保其在弯矩、轴力和剪力传递中发挥良好的作用，使梁柱连接更加稳固，增强预制楼梯的连接效果。

4 结语

装配式建筑具有便捷性、绿色性、安全性和经济性等特点，在当前社会生产生活中得到广泛应用，加快了建筑行业的转型升级发展。加强对结构设计过程的高度重视，是从根本上提升建筑整体质量的关键途径。在实践工作中，应该通过优化设计流程、立体及平面设计、加强协同设计、改善结构体系、预制构件设计和强化节点设计等途径，逐步构建完善的结构设计方案，根据过往设计经验进行归纳和反思，以确保装配式建筑结构设计达到标准要求。