预制装配式建筑结构体系与设计分析

李 芳 泰安市建筑设计院有限责任公司

1 前言

作为国家基础设施建设的支柱，建筑行业发展关系民生建设以及社会的和谐与稳定发展。但是在可持续发展战略指导下，有效解决传统建筑建设中的高耗能、重污染等弊端，坚定不移地走节能环保的绿色发展之路是现代建筑行业发展的必然趋势。其中预制装配式建筑本身具有施工便捷、可重复利用以及环保节能性突出等应用优势，同绿色建筑设计与建设理念相契合，做好其科学设计研讨显得尤为重要。

2 预制装配式建筑结构体系概述

2.1 预制装配式建筑结构的概念与类别

预制装配式建筑结构本质上是一种建筑结构形式，主要是建筑建设中所涉及到的构件全部需要在特定的预制构件加工厂中进行加工与制作，之后再通过运输的方式运输到施工现场开展拼接与组装作业，借助这种方式就构成了预制装配式建筑（图1为装配现场）。

图1 装配式建筑结构装配现场

在现阶段的建筑市场中，所用到的装配式建筑结构主要包括如下三种类型：其一，钢混结构类型结构，主要是采取工厂预制生产的方式进行柱子、梁与楼板等构件生产，并且提前预留出构件的头部钢筋，之后可以运输到建筑工程施工现场进行再次浇筑。其二，钢结构类型的构件，预制工厂提前结合建筑工程建设要求和需求，提前制作好钢梁、钢柱子等主体建筑结构构建，之后再将它们运输到施工现场中采取螺栓连接或焊缝连接的方式开展拼接与组装施工作业。其三，集装箱式预制建筑，该种预制建筑结构本身的基本单元是集装箱，通过有效组合不同种类的箱子可以满足差异化的建筑结构功能。通过上述三种类型的预制结构构件运用，可以形成不同的建筑特色与风格。它们彼此各有各自的特色与优势，所以实际的建筑工程设计中适宜采取差异化的结构形式。其中预制墙体和预制楼板等预制构件使用比较多，并且预制钢结构主要在车站、桥梁以及其他公共建筑或者超高层建筑中得到了广泛应用。而集装箱式预制建筑则在现阶段的建筑生产实践中被应用于小品建筑或临时建筑等中，实际的建设中需要结合实际情况来选择恰当的类型，保证可以最大程度提升预制装配式建筑结构设计效果。

2.2 预制装配式建筑结构的特征

较于以往的建筑结构，预制装配式建筑结构本身具有如下几个突出的应用特征：其一，施工非常便捷。以往的建筑工程施工中会涉及到大量建筑结构与施工材料，但是预制装配式建筑结构施工中却可以直接采用预制的各种建筑构件，这样可以节省许多建筑工程建设中的中间环节，可以简化整个建筑结构施工流程，降低人力成本，提升整体施工的效率。其二，环保效益较高。鉴于预制装配式建筑结构施工中不需要在现场用到过多施工材料，并且可以有效确保现场施工作业的安全性。通过该种建筑结构设计方式可以更好地满足现阶段可持续发展战略下的绿色发展理念。比如，针对窗户、水管等这些建筑构件都可以提前采取工厂预制的施工作业方式，有效提升整体施工的质量。与此同时，该种预制建筑结构本身的施工作业中不会产生过大噪音，也可以避免施工材料浪费问题的出现，所以整体工程建设的环保性更高。其三，鉴于预制装配式建筑结构施工作业效率更高，所以建材价格不会受到过多市场变动的影响，并且可以有效控制施工的成本，所以可以获取比常规建筑施工更大的效益。

3 预制装配式建筑结构设计的要点

3.1 预制装配式框架结构体系的设计要点

框架结构体系是现阶段国内预制装配式建筑设计中比较常用的一种结构体系类型。相较于剪力墙结构体系，框架结构体系本身的质量非常小，所以非常便于运输各种预制建筑构件，同时该种预制框架结构本身也在低楼层建筑工程领域得到了广泛应用，这符合可持续发展战略下绿色建筑发展理念。在实际的施工中，预制装配式框架结构施工中会提前在预制构件加工厂当中提前制作预制叠合梁或叠合板等构件。然后再统一将它们运输到施工现场中对照固定节点来对各种预制构件进行焊接处理，使它们成为一个完整体。此外，在具体的建筑工程建设过程中会运用到一定数量的支撑柱，这时候也需要结合现场施工的实际情况来合理选择和确定，保证可以有效提升预制装配式框架结构设计效果。

在开展预制装配式框架结构体系设计过程中，相应的设计要点主要包括如下几个方面：其一，要做好建筑框架结构彼此之间连接构件的焊接设计工作，尤其是要对那些承担受力与传力的预埋件而言，必须要参考他们所承受的实际抗压情况以及所处的具体位置来灵活地选择适宜的焊接技术与方式，保证整体的构件之间保持紧密连接。与此同时，考虑到框架结构会受到剪力、轴力等多种类型荷载作用的影响，所以在实际的结构设计时间中可以应用分布计算手段来进行合理分析和科学设计。其二，在框架结构设计实践中，要注意确保框架结构整体的平整性，并且要注意保证框架内部支撑柱本身的刚度与稳定性等可以满足规定的设计要求和规定。但是需要特别注意的是，要保证梁柱本身的中心线可以控制在同一平面之内，并且需要使他们指向同一个方向，这样方可更好地确保整体结构设计效果。其三，针对梁柱二者之间的交接部位，可以应用刚结点的处理方式来确保二者之间可以实现紧密连接，同时也要注意确保底部筑基安装保持良好的稳固性，相应的混凝土等级不可小于C30，这样才能更好地确保框架结构整体设计效果。

3.2 预制装配式剪力墙结构体系设计要点

剪力墙结构也是预制装配式建筑工程施工中比较多用的结构形式，主要受力构件为剪力墙、梁、柱等基本构件，或者可以应用预制墙板、叠合板和叠合梁等一些预制混凝土构件形成的装配式建筑混凝土结构来构成整体的建筑主要受力结构。根据预制情况的不同，可以将预制剪力墙结构本身划分成半预制与全预制两种体系类型。在实际的结构体系设计过程中，设计人员必须要严格依据《高层建筑混凝土结构技术规程》、《建筑抗震设计规范》等一些基本的设计规范和标准等来开展结构设计，保证可以全面确保剪力墙结构体系的预制结构设计效果。在对预制装配式剪力墙结构体系进行设计期间，要重点做好如下几个方面的设计工作：

其一，要结合实际情况来合理地布设剪力墙结构的纵横墙结构。比如，针对横墙结构而言，在设计的时候一般适宜将预制承重墙板设置在两侧端部山墙位置处；在设置内墙的时候可以依据结构抗侧力构件的需求以及实际内力计算的结果来科学设置预制轻质填充墙和承重墙板；在纵墙结构布设期间，可以依据结构抗侧力构件的实际设计要求以及实际的结构内力计算结果来对内外纵墙结构进行科学设计，保证所设置的纵横剪力墙结构可以有效地进行承载，这样才能最大程度提升内外纵墙结构设计的效果。其二，针对结构竖向抗侧力构件而言，可以应用竖向主要受力钢筋浆锚、现浇连接带等构成一个完整体。在开展建筑结构抗震设计过程中要重点验证连接构造的整体可靠性与稳固性，保证其具有良好的承载性能。其三，在设计预制剪力墙构件的连接期间，要注意对构件本身的传力明确性以及构造的可靠性进行仔细地分析。如果装配式建筑本身在抗震性方面具有特殊规定和要求，那么还要保证相应的建筑结构的抗震性能。与此同时，要保证预制构件之间所采用的连接钢筋的直径与强度等级等均符合规定的设计要求，以此才能保证整体建筑结构连接的稳固性与可靠性。其四，在设计预制结构构件期间，可以采取分块设计方式。在实际的构件设计中还需要综合考虑各方面的影响因素，如房屋的进深、开间、拼缝位置以及施工现场的实际吊装条件等等。在实际的设计过程中，针对墙板高度的设计可以依据单层或双层的楼高高度进行科学设定，同时要保证竖向接缝本身所处位置要规避设定的暗柱位置，同时也要注意对构件型号及类型等进行缩减，这样才能更好保证其整体的设计效果。其五，在设计预制构件配筋期间，除了需要保证其满足《混凝土结构设计规范》等国家标准之外，还要注意结合现阶段预制装配式建筑工程施工的实际情况来仔细地校核它们的变形和受力情况，这样才能更好地确保整体预制装配式剪力墙结构体系设计效果。

3.3 其他预制装配式结构体系的设计要点

除了上述两种常用的预制装配式结构体系的设计要点之外，为了全面提升预制装配式结构体系的设计效果，还要注意重点做好如下几个方面的设计工作：其一，要科学制定完善设计方案。在开展结构设计前，设计人员需要结合实际的设计需求来科学制定设计方案，期间要注意同建设人员进行密切沟通，彼此共同开展结构设计方案制作实践，确保结构设计方案应用的可行性与有效性。其二，做好设计方案调研工作，具体就是要做好建筑工程项目所在地区的施工现场环境和条件等相关内容，并需要详细地阐述结构设计理念与成本，有机整合构件设计方案与实际调研的结果，保证整体结构设计方案的准确性、合理性以及可操作性，这样之后方可继续开展结构设计工作。

总之，预制装配式建筑是现代建筑工程设计中比较常见的一种类型，尤以框架式和剪力墙式最为常见。在实际的预制装配式建筑结构体系设计中，除了需要针对框架式和剪力墙式等制定针对性的结构体系设计方案之外。为了全面确保整体结构体系设计效果，设计人员还要注意科学制定完善设计方案以及做好设计方案调研工作，确保夯实结构体系设计的基础，保证设计工作有可靠的数据与资料支持，这样才能全面确保预制装配式建筑结构体系设计效果。