装配式建筑设计与应用分析

聂振辉

大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司 辽宁大连 116000

装配式建筑借助建筑生产制造工业的优势，将提前生产的建筑构件在进场进行装配，能够在极短的工作周期内完成建筑施工，是建筑行业未来发展的主要趋势。对装配式建筑的发展与应用进行分析，相关人员能够更好地掌握装配式建筑技术，使我国的建筑行业能够得到更加长远的发展。

1 基本概述

在当前的建筑行业发展阶段中，我国已经大力开展对装配式建筑的倡导和推广工作，使装配式建筑能够投入广泛应用中，住宅小区、办公建筑、商业建筑、工业建筑等建筑的施工可以采用装配式建筑模式，使装配式建筑能够融入我国的建筑行业，与我国的建筑市场相融合，在推动装配式建筑在国内发展的同时，也推动装配式建筑技术的研究，实现装配式建筑在我国建筑市场中实用性和技术性方面的共同提高。

装配整体式框架结构作为装配式混凝土结构的主要表现形式，具有预制和现浇相结合的模式，装配整体式结构是我国装配式建筑的主要发展方向，国内多家企业的装配式技术应用也符合这个趋势。例如，长沙远大地产集团在对装配式建筑技术进行应用研究时，就通过对日本工法的学习和实践，结合我国的建筑市场情况，逐步发展为香港工法的实际应用，并且仍在不断积累和发展，将更加体现出我国装配式建筑的特点。其中日本工法也被称为后安装法，是在房屋主体结构全部完成的基础之上，将预制的混凝土构件与主体结构进行安装[1]。

2 装配式建筑设计与应用要点

本文以某橡塑制品厂项目为例，该建筑为地上五层和地下一层的结构，其中地下一层为车库，采用8.4m×8.4m 的标准柱网达到车位的合理设置，根据项目任务规定书中装配率40% 的要求，通过模型计算后采用地下一层与地上一层现浇、地上二层到五层装配的设计模式。其中以墙体、楼板、柱和梁等构件为可预制构件，具体是否采用预制构件的方式还需要根据实际的建筑情况进行充分分析。

2.1 预制结构梁设计与应用要点

预制结构梁主要包括交叉梁和单向梁两种结构。其中交叉梁也被称为十字梁、井字梁和格形梁，主要是在同一个平面内，由相互正交和斜交的梁所构成的结构构件，具有应力分布均匀的优势，通常在中、大跨度的建筑设计中应用得最为广泛[2]。单向梁就是单向放置的结构梁，由于只是在同一个方向受力，因此在应力分布方面具有较大的不均匀性，更适用于跨度较小的建筑设计。在该项目中采用了大量的8.4m柱网设计，具有大型跨度结构的特点，因此需要采用交叉梁结构，柱网可以拆分成均匀的四个部分，每个部分为4.2m×4.2m的尺寸，虽然这种拆分形式具有一定的合理性，但在实际的工程中会产生不利于施工的问题。例如，4.2m×4.2m的拆分板尺寸比普通货运汽车2.0-2.5m的宽度大，进行运输时就只能采用立在车厢内的方式，但在拆分板的两端还有连接梁体的钢筋部分，将拆分板立起来摆放时，就会造成钢筋端受力过大的情况，容易造成钢筋端的变形问题。因此出于运输和装配的实际考量，需要将拆分板的尺寸进一步缩小，比如将楼板拆分为2.1-4.2m的8块，满足安全运输的要求。但由于拆分板的数量较多、尺寸较小，在进行预制构件的生产和安装时，会增加经济成本，影响工作效率。在对楼板进行深度分析后，可以采用单向梁的方式，只需要将楼板拆分为2.8-8.4m的3块，同样能够满足楼板的荷载需求，既满足安全运输的需求，又降低预制构件在生产和安装方面的成本需求。因此，对于预制结构梁的设计分析，不仅要充分考虑楼板的承载力，还需要对拆分的合理性进行综合考虑。

2.2 预制叠合楼板设计与应用要点

预制叠合楼板设计中包含下层预制板和上层现浇板两个结构，在预制板结构中，需要设有凸出的连接筋部分，能够与上层现浇板的部分进行很好的连接。在该项目中，楼板的厚度需求为120mm，根据装饰规范中60mm的最小预制板厚度要求，可以将预制板和现浇板部分的厚度同时设置为60mm。但在与生产厂家实际的沟通过程中，在现浇板的60mm厚度部分还需要进行8mm厚度的双向三级钢和20mm直径厚度的PVC电线管设置，导致现浇板的上下保护层厚度各剩12mm，无法达到结构设计规范中的20mm以上保护层厚度要求。经过进一步设计商讨之后，将现浇板厚度调整为70mm，也就是采用预制板厚度60mm和现浇板厚度70mm的组合作为叠合楼板的结构设计，对于现浇板增加的10mm厚度，可以计算在建筑面层荷载中。在该项目中以50mm作为建筑面层预留厚度，以粘贴面砖作为面层设计，30mm为实际粘贴面砖的厚度，剩余的15mm正好可以作为现浇板结构增加的10mm厚度补充[3]。因此对于预制叠合楼板的设计分析，要充分考虑到浇筑楼板中钢筋和设备管线的埋入厚度，以及保护层的厚度要求。

2.3 预制柱设计与应用要点

以多层建筑结构工程来讲，需要充分考虑到柱子界面预应力承受的不同，采用下面大和上面小的方式进行柱子界面设计，也就是变截面设计，比如800mm×800mm为地下柱子截面设计尺寸，750mm×750mm为一层和二层柱子截面设计尺寸，700mm×700mm为三层柱子截面设计尺寸，650mm×650mm为五层柱子截面设计尺寸。但经过对厂家出具的深化拆分图进行分析后能够发现，柱子变截面过多，无法发挥出大批量生产的经济和效率优势，因此需要在满足结构荷载需求的基础上，减少柱子变截面，最终将地上二层至六层柱子的变截面尺寸设计减少为两种。因此，预制柱的选择不仅要满足结构荷载的需求，还需要根据实际情况进行科学合理的设计和灵活多变的调整，减少柱子变截面的设计有利于工厂的批量生产，使装配式建筑能够有效降低经济和效率等方面的成本[4-5]。

3 结语

综上，装配式建筑设计要充分利用装配式的优势，也要适当结合现浇等方式的优势，通过灵活的设计促进装配式建筑的发展和应用。同时，要不断总结设计的优缺点，使装配式建筑的应用和发展水平能够不断提高，在未来形成效率更高、成本更低的建筑模式。