装配式建筑精细化设计在别墅项目中的实践与探讨

王玉松,吴寿清,吴映栋,姚开明

(1. 浙江省天正设计工程有限公司,浙江 杭州 310005；2. 浙江绿城建筑设计有限公司,浙江 杭州 310007)

1 概 述

伴随着社会发展主要矛盾的深刻变化,国家对建筑业节能减排的要求不断提高,建筑行业劳动力短缺问题逐步显现,劳动生产率相对较低等问题亟待改善。同时,在新时代以信息化、智能化、新材料、新装备等为代表的科技创新快速推进,为我国发展以品质和效率为中心的“新型建造方式”提供了技术基础。结合当前形势,我们认为新型建造方式是指在工程建造过程中,以“绿色化”为目标,以“智慧化”为技术手段,以“工业化”为生产方式,以工程总承包为实施载体,实现建造过程“节能环保、提高效率、提升品质、保障安全”的新型工程建设组织模式。

探索新型建造方式,建筑业要以绿色建造、智慧建造和建筑工业化为落脚点,以信息化融合工业化形成智慧建造为未来发展的基本方向,以节能环保为核心的绿色建造来改变传统的建造方式。其中,绿色建造是工程建造的终极要求,智慧建造和建筑工业化是实现绿色建造的技术手段。

传统的预制装配式建筑由于缺少建筑精美性和环境关系处理方面的考虑,外形较为粗糙,主要为满足一些特殊建筑功能而使用。随着预制装配式建筑的发展和完善,在先进技术和材料的支持下,预制装配式建筑引入精细化设计思想[1],可以更加全面地满足客户对建筑功能和性能的要求,提高建筑设计水平。

2 工程概况

本项目位于杭州市萧山城区湘湖单元,建设用地133 203 m2,总建筑面积248 408 m2。设计力求将中国传统居住建筑形式和元素,结合中国传统园林景观,塑造带有中国园林式环境景观特色的高品质中式居住方式的理想和适宜居所(图1)。本项目尊重现有景观和地形地貌,通过“护林、修路、理水、建屋、造景”五种手法,营造建筑、景观融于一体的社区环境。总图布局、空间收放、户型以及立面设计依照中式传统园林借鉴和发展,景观设计既保留了传统文化又体现了时代特色。

图1 中式庭院内景

3 现代营建技艺与传统营造手法的结合

在装配式建筑设计中,预制装配构件是建筑的基本组成部分,对于建筑整体设计效果有重要影响,通过采取精细化设计方法,可以使预制构件同时具备功能性和美观性,体现建筑设计风格特点。同时,在现代预制装配式建筑设计过程中,越来越注重建筑的节能性和环保性,应融入绿色设计理念,提高建筑对环境的适应性,提高环境资源利用率。

本工程采用了现代营建技艺与传统营造手法的结合方式。如图2所示,现代的营建技艺为：用混凝土结构、钢构、铝合金等材料代替传统木构举架,改变传统木结构建筑不适合现代施工技术及生活需求的现状,在兼顾耐久、节省能耗等方面均有提升；传统的营造手法为：保留传统木构建筑外观,沿用木做发戗、排扇立面,并创新了与混凝土骨架的铆接节点。当然,采用这种方法引起的材料多样化,也是本工程需要解决的不同材料之间的交接难题。

图2 中式别墅墙身大样

4 环境适应性设计与户型模块化设计

在预制装配式建筑设计中,通过采用精细化设计理念和方法,可以提高建筑空间设计的合理性,使功能性设计与美观性设计有机结合,提高建筑的空间丰富度,体现建筑风格特点。本工程在室内空间上更加地追求经济、集约、精简的效果,通过在预制装配式建筑设计中融入空间可变性、模块组合和绿色设计理念,可以充分满足不同居住者和不同性质建筑的功能及性能设计需求,提高建筑设计水平。

户型模块化设计是一种高效的建筑装配式设计方式,并将经济、环保、可复制性等方面的标准融入到建筑设计过程中,充分挖掘户型模块组合潜力,提供多种组合方式,满足居住者的不同使用需求,具有动态特征。本项目设计以精致、典雅的中式建筑风格作为单体建筑设计的指导思想,在规划设计上,秉承中式组织格局的精神,通过建筑单体空间的错落、穿插,形成不同的组团变化相互对比、延续、渗透,通过人的参与,产生不同的空间感受,进而创造出丰富且整体的建筑群体空间景观,与之对应地营造出丰富多样的宜人建筑景观空间。

5 结构装配式设计思路和施工制作精细化

本工程装配式结构深化设计思路导图见图3,在满足20%预制率要求的前提下,别墅项目装配式结构设计的特点为：能设置PC构件的楼层数少,且PC构件种类单一,主要为叠合板和预制楼梯,叠合板设计优先顺序为普通房间、厨房、露台、平屋面、卫生间。

图3 装配式结构深化设计思路导图

叠合板设计时,需充分考虑到制作和施工过程中的实操性,提倡精细化思维[2],具体如下：

1)预制板制作工程中各边甩茬连接钢筋的根数及位置要相同,确保连接时精确对接。在深化设计之后和下料制作单位详细交底,通过在模具四周弹线确定甩茬连接钢筋的位置与数量。

2)机电管线的精准预埋。首先,楼面固定件位置与机电管线的走向要紧密配合,避免固定件安装时损伤机电管线,同时在设计向工人交底后需工长现场监控；其次,固定件连接要求可靠,并严格按照图纸深化设计要求、预制施工规范、操作标准等，完成构件生产和现场吊装；最后,应严格根据设计图纸将预埋机电管线绑扎固定,有地面管线须埋入墙板的必须严格控制其定位尺寸并固定牢固,其伸出混凝土完成面不得小于50 mm,并用胶带纸封闭管口。

6 脱模吊装分析和施工注意事项

本项目设计考虑空间的可变性,较多区域采取了大板结构,这就使得大跨叠合板的脱模及吊装成为不容忽视的环节。通常,叠合板的设计应严格按照不同的起吊方式对构件的脱模起吊和现场吊装进行验算,并且,对叠合板的脱模吊装工况的应力计算中,不容忽视因吊装方式造成的吊装次应力的影响。

在叠合板脱模起吊时,叠合板构件与模板之间存在吸附力。本工程对构件进行脱模验算时,等效静力荷载标准值取构件自重标准值乘以动力系数与脱模吸附力之和,且不小于构件自重标准值的1.5倍。吊装运输过程中,考虑了动荷载和冲击力,将构件自重标准值乘以1.5的动力系数作为等效荷载标准值来考虑。经计算,如图4所示,当采用4个吊点时,由于洞口处削弱,应力集中,最大拉应力超过混凝土抗拉强度标准值,故后来改成8个吊点起吊,才满足要求。

图4 叠合板吊装受力分析

通过本项目工程实践,总结得出的吊装施工注意事项如下：

1)施工现场进行吊装作业时,临边安全防护必须到位、可靠,吊装就位前操作人员不宜靠近,按操作要求,在吊装预制板至临近就位点20～30 mm时,操作人员再扶板就位；

2)塔式起重机驾驶员与信号工人之间需紧密配合,吊装准确就位的关键在于信号工人的指挥；

3)构件种类繁多且比较相近,容易造成安装位置混淆,故应合理安排预制构件材料存放区域,分类码放,做好标签,要求明确安装位置、进场日期、安装日期等关键信息；

4)叠合板底板应采用钢管或独立支撑体系,吊装就位后重点检查板缝宽度及板底拼缝高差,如有高差必须调节顶托使高低差在允许范围以内；

5)梯段吊装前休息平台板必须安装调节完成,因平台板须承担部分梯段荷载,因此下部支撑必须牢固并形成整体。

7 结 语

推进新型建筑工业化,应按照“立足当前实际,面向未来发展,简化评价操作,提高质量和效益”的原则,从建筑系统及建筑的基本性能、使用功能等方

面提出装配式建筑实施思路, 结合目前工程建设整体发展水平,并兼顾远期发展目标,具有科学性、先进性、系统性、导向性和可操作性。

预制装配式建筑经过了漫长的发展历程,是建筑工业化发展的代表性产物。在预制装配式建筑设计中,通过采用精细化设计理念和方法,可以提高建筑空间设计的合理性,使功能性设计与美观性设计有机结合,提高建筑的空间丰富度,体现建筑风格特点。通过在预制装配式建筑设计中融入空间可变性、模块组合和绿色设计理念,可以充分满足不同居住者和不同性质建筑的功能和性能设计需求,提高建筑设计水平。