装配式混凝土住宅建筑结构设计分析

康乐

（山西晋设拓凡建筑设计咨询有限公司，山西太原 030013）

依托政策支持与科技支撑，装配式建筑近年来在我国得到了迅速发展，与装配式建筑相关的研究、实践也不断增多。装配式混凝土住宅是采用装配式混凝土结构体系的住宅，相较于传统住宅，装配式混凝土住宅有着施工周期短、现场施工简便、质量可靠、节能环保等诸多优势。

1 装配式建筑

1.1 特征

装配式建筑指的是在工厂内预制构件、现场对预制构件进行装配、安装的一类建筑。装配式建筑做到部品生产工业化、建筑设计标准化、现场施工装配化、过程管理信息化、结构装修一体化，这也是装配式建筑的主要特征。具体来说：

（1）在设计阶段，装配式建筑注重一体化、标准化设计，同时与信息化技术协同设计，倡导设计与施工的紧密结合。普通建筑不强调一体化设计，设计与施工存在明显的脱节现象。

（2）在施工阶段，装配式建筑注重设计施工一体化、施工队伍专业化、构件生产工厂化、现场施工装配化。普通建筑现场施工多为手工操作、湿作业较多，工人整体素质不高。

（3）在管理阶段，装配式建筑通常采取总承包模式，全过程开展信息化管理，可促进效益的最大化。普通建筑通常是以包代管，依赖劳务市场分包，专业化协同较弱，设计与施工各自为政。

（4）在装修阶段，装配式建筑注重建筑设计与装修同步，主体结构与装修一体化。普通建筑通主要是毛坯房，需要进行二次装修。

（5）在验收阶段，装配式建筑采取的是全过程质量检验、验收。普通建筑为竣工分部、分项抽检。

1.2 优势

装配式建筑的数量近年来不断增多，究其原因在于装配式建筑有着诸多普通建筑不具备的优势。主要表现在以下几个方面：

（1）普通建筑需要现场测量下料，材料消耗量、耗损量均比较大。装配式建筑实现了部品生产工业化，有效减少材料使用量的同时材料的耗损量也比较低，可有效降低材料成本，还可以避免不必要的建材资源浪费。

（2）普通建筑需要现场测量下料，设置满堂模板、脚手架，外加到顶，模板工程量较大，因此施工周期较长，同时用工量较大，据调查普通建筑每标准层的用工量约为185.5 工日。装配式建筑在工厂内预制各种配件，不需要现场下料，仅需设置2 层脚手架，减少了现场的施工量，因此可以有效缩短施工周期，还可以减少施工现场的用工量，据调查装配式建筑每标准层的用工量约为125 工日。

（3）普通建筑现场施工中湿作业、切割作业较多，会出现多种污染。装配式建筑在施工现场仅需对预制构件进行安装，现场施工更加简便，无须现场进行切割作业，因此污染较小，符合环保、绿色的要求。

（4）普通建筑存在多种质量问题。装配式建筑基本消除了传统施工方式下的各种质量通病。

2 装配式混凝土住宅建筑结构设计要点

2.1 结构体系选择

在装配式混凝土住宅建筑结构设计中，结构体系选择是一项要点内容，必须根据装配式混凝土住宅的实际情况，对结构体系进行合理选择。装配式混凝土住宅的结构体系主要包括以下几种类型：

（1）装配整体式混凝土剪力墙结构体系。这一结构体系是住宅类建筑现阶段普遍采用的一种结构体系，具有安全性以及抗震性能较好的优势。该结构的主要受力构件是梁、板、剪力墙，主要是叠合板，部分为叠合梁以及预制混凝土墙板。针对装配整体式混凝土剪力墙结构体系，在进行设计的时候，应对预制剪力墙的横纵布置进行科学设计，从现场装配施工以及外墙保温、装饰一体化等方面考虑，应当优先选择外围护预制剪力墙结构。

（2）装配整体式混凝土框架结构体系。这一结构体系与预制剪力墙相比，预制梁、柱、板的质量更小、更加便于运输，所以目前装配整体式混凝土框架结构在装配式混凝土住宅领域得到了越来越多的应用。预制梁、柱、板是在工厂内生产完成，对叠合层的钢筋进行预留，为保障结构的整体性，在现场装配施工的时候，应确保叠合板、叠合梁的中轴线处于同一水平，尽可能地控制偏差。此外，应确保装配整体式混凝土框架结构支撑系统的支撑能力可以满足施工中承载能力的要求。

（3）装配整体式叠合剪力墙结构体系。这一结构是采取部分现浇、部分预制工艺制作而成的钢筋混凝土剪力墙，可分为单面保温叠合剪力墙、双面叠合剪力墙两种类型。该结构的优势包括构件质量较小、防水性能较好、容错性较强以及对运输设备、起吊设备的要求不高。但装配整体式叠合剪力墙结构也有一定的缺点，即与其他两种结构体系相比，装配整体式叠合剪力墙结构的用钢量较大，因此成本较高。

2.2 预制构件设计

装配式混凝土住宅建筑结构设计中，应遵循模块化、多组合、少规格的原则，全面考虑预制装配率、结构体系、建筑实际情况等因素，对预制构件进行科学选择。同时，应尽量提高预制构件的重复利用率，以实现工程成本的降低。在预制构件设计中，应根据建筑使用功能、主体结构形式等，选择便于重复生产、适合装配施工、模数协调的部位，如楼板、墙板、空调板、楼梯板、阳台板、框架梁和柱等为预制构件。上述部品部件易于标准化设计、工业化生产，也可以减少脚手架、模板的使用量，有利于提高施工效率、缩短施工周期、降低后期维护成本。

2.3 预制构件拆分

建筑设计标准化是装配式建筑的一个主要特征，其核心在于科学拆分预制构件。通常情况下，可根据主体结构受力情况，对构件拆分部位进行科学确定，按照模数协调原则，拆分预制构件。在对构件进行拆分的过程中，应遵循便于构件标准化的原则，尽可能地减少构件的种类，对构件的规格进行统一，以实现构件重复使用率的提高，降低整体成本。在拆分预制构件的时候，应坚持工厂便于生产预制构件、运输预制构件、预制构件吊装及现场安装的原则。尤其是混凝土构件，不仅要容易堆放，还要节省空间，应做到不超高、不超宽、不超重，以便于运输、吊装。此外，在预制构件截面尺寸相同的情况下，钢筋数量、间距应当尽可能一致，以防边模过于多样化而给生产效率带来的不利影响、避免吊装时出错。对预制构件的拆分方案进行合理确定，实现标准化设计，尽量提高预制构件的通用性、重复使用率，实现成本的降低，充分发挥装配式建筑的优势。

2.4 结构布置

应结合装配化，对装配式混凝土住宅的结构布置进行优化设计，不接按现浇设计再进行拆分。装配式混凝土住宅的结构布置主要包括现浇和装配部分。通常来说，楼板应当使用叠合楼板，开间较大或者是平面复杂的楼层、结构的转换层、作为上部结构嵌固部位的地下室楼层，应当采用现浇楼板；地下室部分、框架结构首层柱、剪力墙结构底部加强部位的剪力墙、电梯井筒等部分，应当采用现浇；楼板与墙体、楼板与楼板之间的接缝，应确保结构安全。竖向构件如承重预制外墙等应当上下连续，截面应当规则、简单，同时沿两个方向进行布置；预制墙的门窗洞口应当成列布置、上下对齐，不应使用转角窗，且平面位置、尺寸应满足预制构件设计、结构受力的要求。易出现刚度突变、竖向承载力的位置，可以局部使用现浇结构。

2.5 结构计算

计算工作在装配式混凝土住宅建筑结构设计中占据着重要的地位，必须给予高度重视。计算工作的内容主要包括接缝承载力验算、结构主体受力计算以及施工阶段脱模起吊、运输、堆放等的验算。在结构主体计算的过程中，应当使用现浇建筑的计算方法，但需要适当放大现浇墙肢地震力，同时合理调整位移比、周期比。在计算预制墙板水平接缝的受剪承载力时，应对墙板受拉时的折减进行重点考虑，并要复核底部加强区预制墙板接缝的承载力。有必要的情况下，应进行补充计算，例如构件装配施工中需要对吊点、重心进行验算，结构使用阶段应对预制墙、柱水平接缝以及预制梁竖向接缝进行验算，并要计算连接节点。在开展计算工作的过程中，应高度重视窗洞口下墙体刚度对结构整体刚度的影响，按照在楼层顶面标高处设缝的双连梁进行设计。预制墙板长度较长的情况下，可以在其中部设置结构洞，以减小结构刚度，确保结构刚度的合理性，同时将聚苯板填充在洞中，可以实现墙板质量的减轻。但如果结构计算的过程中只考虑结构洞口，未考虑聚苯板，则会导致结构刚度计算与实际存在较大的差距。

3 结语

综上所述，与普通建筑相比，装配式建筑有明显的优势，因此在我国建筑行业有良好的应用前景。装配式混凝土住宅建筑结构设计中，应充分考虑建筑的实际情况，把握好结构体系选择、预制构件设计、预制构件拆分、结构布置、结构计算等要点，确保建筑结构设计的合理性，从而为实现装配式混凝土住宅建设质量的提高奠定良好基础。