装配式混凝土住宅建筑设计过程分析

□□ 李园峰，杨文杰，田 磊，宋邵玉 (中机十院国际工程有限公司, 北京 100083)

引言

装配式建筑是建筑业的一场革命，是生产方式的全面变革。装配式建筑具有诸多的优点，我国装配式建筑市场潜力巨大，但是由于各方面基础薄弱，其发展形势也不能盲目乐观。

1 装配式建筑面临的问题

当前，装配式混凝土建筑主要面临六个方面的问题：

(1)设计体系不够完善。装配式建筑标准化、一体化设计的关键技术和方法发展缓慢，存在设计和加工、施工装配等产业环节脱节的问题。

(2)技术体系不够先进。从设计、生产、装配施工、装饰装修到质量验收的全产业链关键技术缺乏，且系统集成度低。

(3)体制机制不够健全。在预制装配式建筑项目监管流程上，尚未形成促进建筑工业化快速发展的创新机制[1]。

(4)工程成本略显偏高。引起装配式建筑项目成本偏高的主要原因是：不成熟的装配式建筑结构设计体系、装配式建筑项目未推行EPC工程总承包管理模式、装配式建筑未进入大规模批量化生产阶段等。

(5)宣传引导不够全面，尤其是在装配式建筑的抗震性能方面。

(6)专业人才和产业工人有待培养。

2 装配式混凝土建筑结构的设计过程

2.1 预制构件的节点设计

预制构件的节点设计直接影响着建筑结构功能和抗震性能，是装配式建筑设计的重点，同时也是工程项目施工完成后极易出现质量问题的环节[2]。所以，在进行装配式建筑结构设计时，一定要注重各连接节点的结构与安全性能，以保证在使用过程中荷载分布合理、构造安全可靠。装配式建筑涉及到的预制构件连接节点主要有梁柱相交节点、剪力墙竖向和水平连接节点、叠合楼板拼缝连接节点、叠合板式阳台与主体结构连接节点以及预制楼梯与平台板或楼板的连接节点等。除对连接节点进行计算分析外，还应运用概念设计辅以一定的构造手法确保结构的耐久性与稳定性，如预制剪力墙的竖向连接，可利用水平现浇连接带、竖向主要受力钢筋连接技术将其连接为整体；预制剪力墙的水平连接，可通过L型、T型和一字型的竖向后浇段连为整体。装配式混凝土建筑节点的钢筋连接方式主要有套筒灌浆连接、浆锚搭接连接、抗剪键槽、预埋件等[2]。

另外，在进行预制构件的连接节点设计时，还应考虑连接部位的保温、防渗、防漏等问题，力求构件的整体性和安全性。

2.2 深化设计

与传统的现浇混凝土结构不同，装配式混凝土建筑在原有的方案、初设、施工图设计后，增加了预制构件的深化设计。深化设计不能简单地理解为各专业施工图的翻样，需综合各专业设计内容，包含各专业施工图、精装设计、生产工艺设计以及施工方案设计等。从严格意义上讲，预制构件的深化设计就是绘制预制构件的加工详图，包括构件模板图(几何尺寸、表面要求、装配方向、预埋吊件、构配件明细表等)、构件配筋图(钢筋定位、钢筋直径及下料加工尺寸)、机电管线预留预埋(电线盒、水管压槽、空调孔洞等)以及施工预留预埋(临时支撑固定、后浇段模板固定、施工电梯、施工外防护架、塔吊固定等)等内容。进行预制构件的深化设计时必须满足一定的设计条件，即应具有审查合格的各专业施工图、满足水电及精装修预留预埋的装修设计图、满足施工措施预留预埋的施工组织设计以及满足构件生产工艺需求的预制构件加工厂。深化设计直接关系到后期施工操作的可行性，深化设计合理可大大地降低工程造价，提高建筑后期的使用功能，在整个装配式建筑设计中至关重要。

2.3 整体构造设计

装配式混凝土建筑的设计应保证结构的整体性，其中的构造设计部分除了应符合现浇结构普通的构造措施外，其自身还有一些独特之处。如对于叠合板，预制板厚度不宜<60 mm，考虑到楼板的整体性要求以及设备管线预埋、钢筋铺设、施工误差等因素影响，后浇混凝土叠合层厚度不应<60 mm，工程中普遍采用70 mm；双向叠合板板侧的整体式接缝一般采用后浇带形式，后浇带的宽度不宜<200 mm，板在拼接时应考虑钢筋避让。对于剪力墙，当预制外墙采用夹芯墙板时，外叶墙板的厚度不应<50 mm，且外叶墙板应与内叶墙板可靠连接[3]。相邻预制剪力墙之间设置的后浇段宽度不应小于墙厚且不应<200 mm；屋面及立面收进的楼层，封闭的后浇钢筋混凝土圈梁应在预制剪力墙顶部设置，顶部倘若不存在后浇筑式圈梁，应设计成连续水平式后浇带[4]。

2.4 施工图审查

因设计师的设计成果均以图纸的形式呈现，并以此来指导施工，因此，一定要对设计出的施工图进行审核并且校验，以减少施工问题的出现，这是控制图纸质量以及施工质量最为有效的手段之一。一般初设完成后，建设单位应将施工图设计文件、预制率计算书等文件报送施工图审查机构进行审查，由施工审查机构完成装配式项目设计文件的技术审查，同时对预制率、装配率按照项目立项批文的内容进行复核。对于装配式建筑在施工图设计完成后外审单位就需介入，并在后期构件加工图设计中进一步进行审查。审查内容涉及较多，如结构总说明是否包含装配式结构的专项说明、是否缺少圈梁和水平现浇带等内容的平面布置图、剪力墙后浇段配筋详图是否与预制墙板水平筋构造详图匹配、建筑结构施工图与产业化设计图纸内容是否协调等[5]。但由于装配式混凝土建筑的施工图以及构件加工图内容较多，常需符合装配式混凝土结构建筑施工图设计及审查要点，进行图纸的校审，也可使用BIM 软件建立模型，通过软件对其进行自动碰撞检查[6]。

2.5 成本控制

成本控制是设计中的重要环节之一，设计单位应在施工前对整体工程进行成本预算，对预制构件的生产、运输和安装成本进行预估，综合考虑项目所在地区构件加工厂的生产工艺和生产能力，施工单位的运输、安装等施工条件[2]。具体的控制措施如下：

(1)设计阶段尽量优化设计方案，选择合理的技术方案和技术体系，提高构件的标准化程度，提高标准构件重复率高。

(2)设计、加工、施工一体化，外墙保温、装饰在工厂一体化完成，可节省外脚手架和工期。

(3)利用BIM软件进行建模，在构件生产前查找漏洞，避免后期在预制构件上开槽打洞。

总之，在装配式混凝土建筑设计中，应尽量设计更多的标准构件，才能缩短工期，降低工程成本[7]。

3 结语

建筑行业作为我国的支柱产业，转型发展的责任重大。推动建筑业创新驱动发展战略，以装配式建筑为主要抓手，在装配式建筑设计过程贯彻标准化的设计理念，通过实施装配式建筑一体化建造方式，不断加快技术和管理创新发展，使得建筑工业化程度不断提升。