预制装配式建筑的结构体系与设计

刘芳 郝昌阁

中核新能核工业工程有限责任公司 山西太原 030012

随着当前社会经济建设进程的不断加快，人们对建筑行业提出了更高的要求。为了适应不断变化的社会环境，预制装配式建筑结构体系应运而生，由于其具有较高的建设质量以及高效的施工速度，目前在建筑行业中备受青睐。近年来，预制装配技术在小型别墅和高层建筑的建造领域应用较多，并且在世界范围内，建筑工业化进程的推动也是备受人们关注的话题之一。

1 预制装配式建筑特点

1.1 成本较低

在传统的建筑工程项目中，施工环节往往会需要耗费大量的人力、物力资源，并会涉及较为庞大的资金投入，因此在建筑工程施工过程中，加强对于资金的合理运用是各个建筑企业需要重点考虑的问题。而预制装配式建筑在施工过程中，所采用的构件都是使用预制件的方法进行提前加工和制造，在提高了建筑安全性与稳定性的同时，也在很大程度上降低了工程的成本投入[1]。

1.2 施工高效性

传统的建筑工程项目在施工过程中，需要耗费的时间较长，且在工程建设完成之后，一般需要1-2个月的时间来对其进行修饰。而预制装配式建筑在相应施工技术的支持下，对于建筑工程项目的封顶及墙面安装都能在很大程度上缩短工期，进而实现施工效率的提高。

2 预制装配式建筑结构体系设计策略

2.1 框架结构设计

该结构体系是现在应用较多的预制装配式结构形式，这是由于不同于预制装配形式的剪力墙结构，该结构体系比较轻，运输难度小。在设计使用该类结构体系时，预制叠合板及预制叠合梁等框架结构构件需要在工厂内进行生产，运输到现场之后，还需要通过现浇的方式处理节点及梁端键槽，对框架结构中的柱构件，必须充分结合项目的实际情况及需求来选择预制方式或现浇方法。在进行结构设计时：柱混凝土、预制框架柱底及基础梁结构的强度等级需要维持在C30以上；结构平面需保持规则，梁柱中心线不仅需要处于一个相同的竖向平面之中，同时纵横向框架柱需保持对齐；设计梁柱交接部分的框架节点时需考虑使用刚节点；在对预制梁柱接头区域进行焊接施工时一定要保证焊接质量；在设计过程中需要重点处理连接构造中的各个预埋件[2]。

2.2 剪力墙结构设计

在此阶段要重点分析受力情况，上部荷载通过叠合板传递至剪力墙，然后剪力墙逐层往下传递，最终传递至基础筏板。在进行受力计算时，首先要确定所有的剪力墙构件是否都要进行预制现场装配，然后根据确定好的构件数量及布置情况进行力学计算，看是否能够满足荷载的要求。还要进行适当的放大考虑，在其极限荷载的情况下考虑预制及安装过程中的质量问题，这样才能有效保证结构受力要求；竖向的荷载设计完成后要计算结构的横向抗侧力，尽量选用动力特性相同的构件形式作为横向构件，这样可以保证建筑的横向刚度；在装配式建筑设计中需要重点注意的是结构的受力节点不能选在结构薄弱的位置，如预制剪力墙构件的根部应进行加宽设计，避免竖向拼接的位置正好出现在结构的强受力区，这样对结构的连接质量要求过高，很难保证构件连接满足受力要求。

2.3 混凝土结构设计

预制装配式建筑混凝土结构设计是整个工程建筑设计施工的重中之重，直接影响整体建筑的质量，如果混凝土结构出现质量问题就必然会影响框架剪力墙结构的安全和稳定性。因此，在进行混凝土结构设计时，首先，选择合理的施工材料，加强对材料质量的检验控制。其次，注意浇筑搅拌时间的控制，避免水泥水化反应不充分而影响混凝土构件性能。在本工程这栋高层建筑施工设计中，采用传统预应力处理方式需要以混凝土结构截面内外预应力为基础才能提高总预应力效果。但传统预应力处理会对管道造成伤害而降低预应力。为提高混凝土结构的强度，采用体外预应力处理方式，即应用钢筋在混凝土中的截面提供外来预应力可有效降低磨损度。将该技术应用到混凝土结构设计中不仅可提高工程施工质量，还能保证施工的效率。在进行混凝土结构实际施工时除了要控制材料质量外，还要注意混合材料配制时设计比的合理设置，要求所配置的混合材料必须符合混凝土工程施工要求。此外，要做好施工签订模板清理和检查工作，及时清除模板中的杂物。最后，在施工结束后要注意保养维护，安排专门人员负责，对混凝土结构表面的温度、裂缝等问题进行巡查并采取针对性的处理措施，同时采取洒水降热的措施来提升混凝土结构的稳定性[3]。

2.4 抗震结构设计

研究人员提出的装配式整体预应力板柱体系，可分为整块板与多块板，后者，不仅能够减少预制板尺度与重量，还可为吊装作业提供便利。相关人员需在安装构件过程设置斜撑来提高预制装配式建筑结构体系的稳定性。在抗震性能方面，由于预制装配式混凝土结构仅与受力构件刚度、节点刚度有关，因此，抗震性能与设计控制关系应从节点类型入手。具体来说，因节点不同，预制装配式混凝土结构可分为三种，即干式连接铰接连接节点、柔性连接节点以及湿式连接刚性连接节点。其中干式连接节点无转动刚度，只适用于承担竖向载荷，无需考虑抗震设防且风压小，主要用于低层建筑。柔性连接节点，处于铰接连接节点与刚性连接节点之间，虽存在转动刚度，但缺乏取值依据。湿式连接刚性连接节点，其转动刚度与现浇混凝土梁柱节点接近，所以，在力学性能上与现浇混凝土框架结构相似，适用于所有预制装配式建筑结构。由于不同节点型式的刚度与能耗性能存在差异，因此，结构设计需针对节点连接技术设计相应的力学与抗震性能。

3 结语

综上所述，预制装配式建筑具有施工周期短、绿色环保、对环境影响小等优点，为了使该建筑结构体系的优点能充分发挥出来，在结构设计时一定要进行优化，针对不同的结构形式采用不同的设计方法，确保设计质量，促进预制装配式建筑在我国的应用，推动我国建筑行业的发展。