装配式建筑结构设计方法及施工要点

林清亮

（广东顺建规划设计研究院有限公司广州分公司）

建筑工程施工技术逐步趋于多样化，在传统混凝土浇筑技术的基础上融入了多种新型技术形式，预制构件作为重要方式，能够有效优化建筑结构，提高空间利用率。以预制构件为基础所形成的装配式建筑形式引领了建筑行业的发展方向，可兼顾安全、质量和效益等多重要求[1]。装配式建筑的顺利施工建立在科学设计方案的基础上，下面针对相关设计工作展开探讨。

1 工程概况

某工程为8 栋12～27 层的住宅楼、1 栋1 层的电房、6 栋3～7 层的商业楼以及作为停车库的1 层地下室。建筑结构采用现阶段较新型的装配剪力墙结构，以外墙、内隔墙、楼板、楼梯为代表的多种建筑结构都通过预制构件组成。

2 预制装配式建筑技术的优势

2.1 经济效益显著

预制装配施工所包含的工序较少，施工所用材料以轻质墙板居多，较传统方法而言在人员、材料等方面的投入成本明显减少。根据既有研究成果得知，预制装配式建筑技术在装饰工程、采暖工程等多个细分类别中都具有显著的经济效益优势[2]，每平方米的差价明显，具体见表1。

结合表1 内容分析得知：相比于传统模式，预制装配式建筑技术可明显减少工程造价，具有可观的经济效益，具体体现在装饰工程、采暖工程等6 类细分工程中。并且，不同于传统混凝土结构的是，通过预制构件的应用，建筑的施工难度下降且快速，成品质量更好，特别外墙预制构件的应用，有效地减少了外墙渗水问题，因此经济效益随之提升。

表1 工程每平方米价位 （单位：元/m2）

建筑行业经过近年的发展，因为人价格上涨、环保要求提高等因素使得传统建筑的造价增加3.5%左右，因为装配式建筑设计和构件生产的标准化规模化的提高，装配式建筑现场安装技术的成熟使得装配式建筑构件的综合单价降低，从而带动装配式建筑总造价降低3.5%左右，再考虑行业发展愈趋成熟，配件耗材的价格会继续降低，工人更加熟练，人工费用进一步降低，所以装配式建筑的造价和传统建筑的造价会基本持平甚至更低。

2.2 能源消耗较少

预制装配式建筑的结构形式更为合理，以外墙为例，施工全程无需电动吊篮的支持，木模板用量相对较少，避免了传统建筑模式下能源消耗量偏大的问题，在建造阶段的节能减幅可达到15%，此外该效益还将延伸至使用阶段，外墙可采取夹心保温的方式，保证建筑结构优良的保温隔热性能，用户在保温隔热等方面所耗费的能源减少，具体幅度可达到25%～35%；从水资源的层面来看，减幅可达到36%或更高。关于预制装配式结构，具体如图1 所示。

图1 装配式建筑结构

2.3 环境效益良好

根据相关研究资料得知，预制装配式建筑技术的环境效益良好，以建筑垃圾总量为例，仅为传统模式的0.3 倍，粉尘等各类污染物质也得到有效的控制，仅为传统模式的0.2 倍，噪音可显著减少1515dB。由于预制构件具有优良的隔音性能，用户受外界干扰也相对较小，约减少8dB。因此，在预制装配式建筑技术的支持下，除了保证施工质量以及节省成本外，还能够实现对环境的有效保护，为用户提供舒适的居住环境，顺应了绿色发展潮流。装配式剪力墙结构基本可以实现与现浇结构相同的抗震能力。表2 为装配和现浇地震力比较。

表2 装配和现浇地震力比较

3 装配式建筑结构设计要点

⑴预制构件的拆分与深化设计。预制构件制作前需要进行合理的拆分与深化设计，在设计时应当结合项目的施工设计图、生产制作工艺、施工技术、相关标准规范要求以及运输条件等合理的编制文件[3]。预制构件中的预留孔洞、预埋件和机电预留管线等均应与图纸严格核对确保无误时方能进行后续的下料作业。

⑵预制构件连接设计。装配式结构在垂直与水平方向的接缝应当通过套筒灌浆的方式有效连接，接头质量应符合相关规范的要求。对于预制剪力墙中钢筋接头的混凝土灌注厚度至少为15mm，而钢筋接头处的保护层至少保持20mm，同时套筒间的净距至少保持25mm。预制梁的端面处需合理设置粗糙面的键槽，键槽的规格及设置数量应符合有关行业标准和规范的相关要求。预制剪力墙分别与后浇混凝土相结合的顶部和底部、侧面等位置均应当设置为粗糙面，在侧面还可以设置键槽。其中，粗糙面的面积至少应保持结合面总面积的80%。在粗糙面的凹凸深度方面，预制板处的凹凸深度应大于4mm，预制梁端、墙端处的凹凸深度应控制在6mm 以上。除此之外，预制构件连接部位座浆材料的强度等级应与被连接构建混凝土的强度等级保持一致。

⑶预制构件构造设计。本工程预制楼板均为预制叠合单向板，在制作时应当在底板处预留孔洞，并尽可能的不在桁架钢筋处进行开洞，影响施工质量。若预留洞的宽度＜300mm，则可以直接插入受力钢筋，严禁随意切断钢筋；若洞宽在300mm～1000mm 范围内时，还需要在洞两侧分别设置两根附加筋，且附加筋的总截面积不能小于所截断钢筋的截面积。屋面及立面收进的楼层需要在预制剪力墙顶部设置封闭的后浇钢筋混凝土圈梁，确保圈梁与其相连的各部位能够形成稳固的整体。在各层的楼面，当预制剪力墙顶部未设置后浇圈梁时，需要设置连续的水平后浇带，且其内至少配置2 根连续的纵向钢筋，应选取直径在12mm 以上的钢筋。

⑷预制构件的防水设计。建筑在建成使用时会不可避免地受到太阳照射、雨雪侵蚀、生活用水等多种因素的影响，不同程度地威胁建筑质量，因此在施工时应确保所使用的混凝土不仅具备较强的防水性，还应当具有稳定、耐久性。装配式建筑与外界环境接触最多的部位是预制楼板和外墙，这就说明与两者相邻构件的有效连接是整个建筑进行防水的重点工作。本工程所采用的预制三明治外墙板进行防水设计时为封闭型的类型，通过三道措施进行有效的防水密封。三明治外墙板第一道内侧防护以灌注砂浆的方式进行全面封堵；第二道防护是减压空间，并通过防水橡胶条对表面进行有效的压紧处理；最外侧的防护则是通过高弹力聚氨酯耐候密封胶及泡沫棒进行密封，从而实现有效的防水保护。

4 装配式建筑施工要点分析

4.1 预制构件的运输与堆放

预制构件在运输与堆放的过程中应注意加强对成品的保护，若在运输或堆放时对预制构件的质量造成损害，则对预制构件进行不合格处理，不能应用于施工中。另外还应当在预制构件的显著位置设置警示标志，严禁在运输、堆放时造成损坏，导致资源的浪费。

4.1.1 预制构件运输

预制构件的运输工具应采用低平板车，同时在车上设置专用架以及相应的稳固措施。预制剪力墙板在运输时宜采用竖直立放的方式，而叠合板预制底板、预制阳台、预制楼梯等则可以选取平放的方式进行运输，但是在运输过程中均应设置支垫和其他必要的固定措施。

4.1.2 预制构件堆放

堆放场地需采取有效的硬化处理，同时设置相应的排水设施。当预制外墙板靠放在场地一侧时，应当确保外饰面朝内放置。叠合板预制底板、预制阳台、预制楼梯水平叠放在场地时，应当在层与层之间进行垫平处理，尤其是最下层的支垫需要进行通长设置。

4.2 预制构件的安装与施工要求

4.2.1 安装要求

预制构件在吊装、安装就位和连接施工中的误差控制参见表3。

表3 预制构件在吊装、安装就位和连接施工中的误差

4.2.2 施工要求

预制构件进入施工现场时，首先检查其外观的完整性，其次严格审核相关的质量文件。施工单位应科学合理的编制施工方案，并成立专门的预制构件管理小组。施工单位应当对套筒灌浆的施工质量进行严格的试验，同时确保施工人员、试验人员持证上岗，在施工现场由专人负责监督并准确记录施工情况；另外，还应当加强对瓷砖饰面预制构件的专门保护。

5 结束语

装配式建筑技术在现代建筑工程领域取得广泛应用，相比于传统现浇建筑施工模式，其在结构稳定性、施工安全性、经济效益性等方面都具有更良好的表现。但装配式建筑结构依然有较大的进步空间，鉴于设计工作中的不足之处，设计者需要正视问题，积极探索可行的解决方法，结合经验和理论，提高装配式建筑结构的设计水平，为正式施工提供正确的引导，助力于装配式建筑事业的发展。