装配式建筑结构设计优化路径研究

熊海滨

（深圳市人才安居集团有限公司，广东 深圳 518000）

基于不断推进的城市化进程，建筑工程的发展方向朝着轻型化、高层化、发展，在顺应发展趋势的同时也需符合绿色建筑标准，满足建筑行业持续性发展的需求。装配式建筑近些年的数量与规模逐渐增大。关于结构设计，始终是建筑工程建设的关键，因此结构设计的优化，针对缩短工期、提高施工质量以及减少成本等均具备重要的现实意义。

1 简析装配式建筑结构内涵

所谓装配式建筑，就是建筑所需的部品部件提前通过工厂化预制生产，然后再运至施工现场进行装配而成的建筑结构形式。具体的讲就是提前把建筑施工过程中需要应用到的部分梁、板、柱体、墙板等结构部件，在预制工厂提前按设计标准尺寸加工好，然后再运输到施工场地，通过与螺栓预埋件的焊接、局部混凝土现浇等方式进行现场装配，进而组装形成构件［1］。从整体上讲，可以把装配式建筑的整个施工过程看着是从生产到组装。基于我国建筑行业的进一步发展以及不断提高技术水平，在一定程度上让装配式建筑变得十分多样与灵活。

2 简析装配式建筑结构主要优势

1）提高施工、设计紧密度。装配式建筑结构施工所涉及的预制板、工程钢构件在厂家直接生产，施工与设计之间紧密相连，通过合理使用装配式建筑结构，可以强化两者彼此间的联系，确保各个施工环节紧密地连接，这样可以将工程施工周期有效压缩。

2）提高建筑施工工业化程度。基于相应技术的日益成熟和不断发展，工厂化生产工艺水平高、精度高，无论是生产还是安装预制构件均会十分方便，直接使用焊接螺栓能在较短时间完成安装。这在一定程度上有利于落实建筑施工的工业化模式，给建筑行业的长远发展开辟一条新路。

3）提升工程设计水平与效率。提高相关软件和构件内力，可以快速修改装配式建筑结构件，以此提升建筑设计效率。尤其是在前期生产阶段，可通过数控机床以及三维模型技术的合理应用，大大提升加工精度和生产效率。

3 优化装配式建筑结构设计相关路径分析

1）制定规范的结构设计流程。在具体进行装配式建筑设计时，设计流程需要展开规范管理，不然会导致设计结论无法和具体操作产生相联系，针对后期施工造成巨大影响而拉低施工进度。因此，在设计装配式建筑结构时，需要设计者可以不断进行创新，在设计结构时拥有且维持大局观展开设计，在实际设计过程中需充分考虑可以遇到的各类问题，而且这些问题需要在工程施工前制定相应的解决方案［2］。在设计装配式建筑结构环节，若是构件设计成本过高，会导致施工预算超标，严重影响施工企业经济效益所得。所以，在设计过程中，要结构构件的生产工艺相对复杂，且难以批量地加工制作，同样会对装配式建筑结构施工进度造成影响，从而大幅度提高工程施工成本。因此，规范管理针对装配式建筑结构设计流程尤为重要，在施工中一方面发挥着承上启下的作用，另一方面还可以在保证安全可靠的基础上，高效建设建筑工程。

2）确保标准化的结构构件类型。在进行装配式建筑结构设计过程中，要重视拆分方案的优化，尽可能的多出标准化构件，这样可以减少模板类型与用量，大大提高生产效率。目前我们尚处于初级发展阶段，缺少完善的施工工艺，一些重点结构件尚不能实现预制化生产和现场装配。现阶段的装配式建筑主要是结合现浇与装配技术这两种工艺。在实际进行结构设计时，整体化设计建筑结构空间，由此满足建筑各方面要求。

①进一步提高标准化程度，对于多个标准单元可以通过拼合复制的方式去组成标准层平面；②还要提前根据交通核模块和具体户型等模块，进一步规范空间结构的设置；设计户型模块时，通过依据室内空间结构，对卧室、以及客厅开间进行合理的布置；针对设置交通核模块，需合理布置走道、楼梯以及电梯井等；③为迎合目前人们对建筑空间格局的个性化需求，在具体设计时还需关注到业主的个性需求，要灵活使用不同类型的平面组合方式。但这些都会对结构件的标准化预制生产产生一定的影响和难度。此外，在设计时还应关注以下几个关键问题：确保门窗洞口可以上下对齐，保证竖向构件是连续的；集中标准布置卫生间，这有利于统一设计结构沉箱构件。

3）建筑平面科学合理布局。因为当前我国建筑行业受到高容积率的影响，导致很多建筑在规划布局方面遭受很多限制，特别是装配式建筑结构，一方面应关注规划布局，另一方面还应考虑建筑整个工艺流程。比如预制构件运输的行车路线、塔吊布置位置等方面的布局，均是需要考虑的重点。关于布局设计需保证有助于吊装装配，这样在对施工流程优化的同时，降低工程作业难度。

4）建立与完善结构技术体系。所谓“结构技术体系”，它应该是泛指与结构设计有关的全部技术内容，并且形成体系。结构技术体系在装配式建筑的结构设计中属于十分重要的一个问题，而且也是整个设计工作中非常重要的一个技术把控点。是否拥有一个科学的、完善的机构技术体系，是反应装配式建筑结构设计能力和成效的关键所在。所以，一定要积极吸取国内外先进经验，应用新的技术手段和装备，对装配式建筑结构的整个技术体系进行不断的优化升级，只有这样才能在设计上去满足人们更多的个性化需求。从我们的实际应用情况来看，目前主要采用的结构技术体系有以下几种常用类型：①叠合剪力墙结构；②装配整体式剪力墙结构；③整体框架结构［3］。实际设计中，要先进行实地考察，根据工程项目的实际高程，相应的抗震级别等条件，严格依据技术规程选择结构形式，这样才能保证设计方案的科学性与合理性。

5）严格控制装配式结构成本。在设计装配式建筑结构时需要关注成本问题，要是没有对成本有效控制，会直接影响到产业的整体发展进步，针对推广与使用装配式建筑十分不利。对此，应严格控制结构设计中的建筑结构资金投入，不仅要进行工业创新还需优化设计施工操作，从而在真正意义上积极促进产业发展，为社会经济建设打下基础。同时，国家政府应和有关部门联合制定相应的帮扶政策，纵深发展装配式建筑技术，让从事装配式建筑设计工作的企业与具备施工资质的公司得到理想的产业利益，这样有助于创新改革装配式结构设计技术，促进国内建筑行业的发展进步。

6）科学设计预制装配式结构节点。在具体设计装配式建筑结构时，要注意对构件连接节点进行优化，确保装配式建筑与建筑要求相符，尽可能的提高整个结构的抗震延性，这有利于提高整体建筑的安全性。从以往的实践经验来看，在节点设计上存在有一些不完善的地方，尽管可以符合基本的传接力要求，但却不能完全满足工程施工标准的要求。从整体角度来看，在建筑节点设计中，通过先进的科技手段加以完善和创新是尤为关键的，有效提高工程实际安全质量，进一步完善其传力性，也能保证节点自身的可靠安全性，整体提高建筑安全性。基于此，一定要认真研究材料科学，并借助结构分析技术对节点设计进行不断的创新和优化，才能让结构节点满足不断提升的高标准要求。

7）使用BIM技术。中期阶段的装配式建筑工程，使用BIM技术显得十分重要。以该项技术建立的建筑结构模型，可以为中期执行提供相应的信息参考。在实际的中期执行过程中会涉及许多类型的专业信息和技术，可是针对装配式建筑结构设计而言，构件是对装配式建筑整体结构造成影响的一个关键因素。所以，应该通过BIM技术针对构建预先进行模拟制定，之后建立严谨清楚的参数化模型，再通过BIM技术把相对分散的构件连接成一个相对完整的结构，以此作为建筑工程的重要参考。有关钢筋布置，所涉及的装配式建筑设计对梁构造预制环节，相关工作人员首先依据要求将纵筋断开，设置长度合适的后浇段，让产品可以和套筒尺寸标准相符。然后在规定的梁端范围内，以最大值作为箍筋加密区的划分，这样就得到箍筋的准确数目，以及间隔、断开箍筋位置的有关数据。通过BIM技术有关应用程序调用数据，能够实现在模型中布置纵筋与箍筋。针对当前的装配式建筑工程，最为关键的一个阶段就是后期配套控制，有关工程人员一定要提高对这一环节质量的重视，通过科学的施工技术及有效地管理方案强化工程质量。基于此，建筑行业一般会将BIM技术应用在装配式建筑后期控制阶段。把这一技术使用于设计和加工构件、拼接和配套模型等。在对模型进行拼接和配套时，应用BIM技术更有助于数据模型的准确建立。在进行工程实际施工时，依据这一数据信息模型，可以在将施工时间进一步缩短的基础上，在一定程度上减少工程成本投入。

4 结语

装配式建筑具有低碳、环保、节能、施工效率高的特征，和传统建筑模式相比具有明显的优势，发展前景广阔。因为我国起步较晚，目前处在初级发展阶段，在装配式建筑生产、设计等环节依然存在着许多问题，如每个环节缺少密切配合，缺乏科学合理的优化，对于整个结构质量都会带来影响。