装配式建筑设计常见问题

鲍 楠 长春远大装配式建筑设计有限公司高级工程师

随着我国近几年节能减排策略的实施，碳达标、碳中和被提高到国家战略高度。建筑业作为一个高污染、高耗能行业，如何顺应国家战略和保护好我国的蓝天、绿水、青山成为其必须要充分考量并深入研究的问题[1-3]。

1 装配式建筑的概念与发展现状

装配式建筑是将大量的建筑制品在工厂加工预制，之后运输至施工现场进行现场装配的新型建筑建设方式。与传统现浇混凝土的建筑形式相比，具有节能环保、提高作业效率、节省材料等诸多优点。近年来，在“绿色建筑行动”“建筑工业化和住宅产业化”政策和经济发展的驱动下，装配式建筑已成为国内研究和探索的热点。但总体来看，我国装配式建筑规模较小，存在技术集成度低、关键节点构造及做法不先进、施工做法比较滞后、缺少相应施工问题全面系统性的总结等现象。因此，需要剖析装配式建筑在前期建筑功能设计、结构强度分析及安全保障方面的要求，同时结合本人长期的装配式建筑施工及工程设计方面经验加以分析。笔者尽量挖掘装配式建筑自身特点及其上下游间的相关性，提出行之有效的装配式设计思路，从而为装配式建筑装配率的进一步提升和国家建筑行业的节能减排出一份力，同时为北方地区装配式建筑的大规模产业化发展提供一些引导。

2 装配式设计方案的常见问题及其设计要点

建筑结构形式有很多类型。从使用功能方面来看，有住宅、商业、地下管廊、大型体育及综合场馆类型建筑、寺庙、教堂等。从结构受力特性方面来看，有剪力墙、框架、框架剪力墙、框架核心筒、部分框支剪力墙以及板柱剪力墙等。针对不同的建筑，结构形式有与之先天性相适宜的装配式设计方案[4-7]。

2.1 普通住宅建筑

对于普通住宅建筑，通常会采用如图1 所示的剪力墙结构。使用此种方式的施工速度快，工艺流程比较成熟，装配率在30%～50%，通过合理化设计均可以实现，且施工难度不大，操作性强。其主要预制构件包括剪力墙、混凝土墙体（不含边缘构件部分）、内隔墙及外隔墙，外墙保温防水在工厂一体化完成。

图1 剪力墙结构的装配式住宅

剪力墙作为主要的抗侧力结构受力构件，其楼层处的连接强度得到有效保障是结构设计、加工厂家以及施工现场需要严格把控的重点和难点。装配式剪力墙结构的楼层梁、板与墙的连接节点如图2 所示。

图2 装配式剪力墙结构的楼层梁以及板与墙的连接节点

2.2 普通商业建筑

普通商业建筑的传统做法是采用混凝土框架结构形式。如果想继续采用传统的混凝土框架形式，装配率要达到一定程度且尽量减小造价。前期方案创作过程中尽量采用等跨柱网，做到功能对称，隔墙布置统一对称。如果柱网在楼板的受力方向可以控制在4.5 m 以内，则可以采用预制混凝土楼板方式。如果柱网在4.5 m 以上，则尽量采用钢桁架楼层板或直接采用钢结构形式进行装配式施工。对于装配率要求比较高且需要对框架柱进行装配的工程，需严格保证连接处的连接强度。装配式框架结构如图3 所示。

图3 装配式框架结构

2.3 地下管廊建筑

地下管廊建筑绝大多数是在地下空间，其工作环境常年存水，加之城市污染，北方地区冬季大量使用防冻盐等情况，为避免其抗浮、抗腐等因素制约，不宜采用钢结构装配式形式，适宜采用混凝土材料，通过设置标准断面进行标准化装配式设计及施工。装配式管廊如图4所示。

图4 装配式管廊

2.4 大型体育馆及综合场馆

大型体育馆及综合场馆类需要综合考量其使用功能、政府规划、城市面貌等方面，其立面造型效果要求与内部使用功能要求复杂，因此此类建筑如有装配率要求，则大多采用钢结构方式。需根据建筑特点及使用要求进行钢结构集中设计、深化厂家进一步加工、现场拼装等一系列工艺流程。鸟巢是比较有代表性的装配式建筑，如图5 所示。在建筑前期设计过程中，首先要从国家整体预算方面进行把握，如果预算比较充足则可以在空间美观和立意新颖等方面进行深入把握。如果预算并不十分充裕，则需要在把握整体观感效果的前提下，尽量实现造型节点的外观相似。内部的主要效果及比较关键的节点方案需要与造价及结构设计人员进行充分探讨后做相应的设计深化。

图5 钢结构鸟巢

2.5 寺庙、教堂等建筑

寺庙、教堂等具有深厚文化底蕴及工艺要求的建筑，在建筑结构设计前期就应该充分了解使用方的使用需求及一些特殊的使用要点。对于此类建筑，由于其庄严性、使用时间、重要性等方面的要求，应合理设计，一般不推荐采用装配式设计。如需有装配式设计及施工要求，应在保证其结构安全性和实用性的前提下再确定其装配率，而非一味地提高装配率。

3 结语

装配式建筑是未来建筑发展的一个必然方向，在建筑结构设计过程中不应排斥或放弃这种新的技术方式。对一个建筑物来说，不同的建筑功能需求与结构设计方案具有千丝万缕的联系，在设计初期就应该把握好这种内在关联，从而起到事半功倍的效果。