整体装配式建筑结构研究

李刚

（太原理工大学建筑设计研究院有限公司，山西太原030024）

装配式建筑具有施工便捷，现场施工量相对较少的特点，因此其建设效率较快而且建设成本显著降低，在这种情况下整体装配式建筑曾经风靡一时。但从彼时建设质量上来看，其整体质量水平比较差，究其原因主要包含三个方面：①设计水平有限，因此预制件达不到设计要求；②预制件加工生产质量不高，因此预制件生产精度也不高，直接影响建设质量；③由于装配式建筑施工水平不高，在施工过程中往往存在连接方面的问题。不过，随着我国整体建筑技术的不断发展，具有显著建设优势的装配式建筑重新受到重视，装配式建筑因其结构特点具备高质、高效、高度环保等建设优势，本文将以整体装配式建筑特点入手，分析该类建筑结构设计思路以及设计要点。

1 整体装配式建筑的特点分析

1.1 节约建设材料

相比传统建筑工程的形式，整体装配式建筑在建设过程中节约了大量建设材料，这主要是因为传统建筑工程企业工程量主要集中于施工阶段，而在这一过程中整体管控难度相对较大，很多施工材料在施工过程中没有得到充分利用，加上各种余料无法进行有效利用，导致在施工过程中浪费材料的情况比较严重。而装配式建筑工程，其主要构件均在工厂内进行加工，设计精度和加工精度都相对较高，在进行预制件生产过程中能够很好地把控材料消耗量，所以整体装配式建筑工程具有节约建设材料、降低整体建设成本的重要优势[1]。

1.2 施工便捷

相比传统建筑工程，整体装配式建筑工程在施工建设过程中便捷性更高，因为装配式建筑工程大量使用预制构件，相应的材料部件在工厂中加工生产，通过运输车辆直接将成型的预制构件送至施工现场，在施工现场主要进行预制构件的连接和组合工作，其余施工量相对较少。在这样的施工特性下，施工效率必然大大提升，而且在装配式建筑工程施工过程中，其施工管理更加便捷，管理人员遵照装配式建筑工程施工流程和相关技术，可有效把控施工步骤以及施工质量，而施工工人在进行施工作业时，由于施工步骤相对较少，工程量也相对较少，因此更能专注于质量把控，施工难度也大大降低，因此装配式建筑工程更具施工便捷性[2]。

1.3 环保性强

整体装配式建筑工程环保性强的特点主要取决于以下几个方面：①在进行施工作业的过程中，大量使用预制构件，因此大大减少施工现场进行加工作业的工程量，这有效降低了施工现场的声光以及扬尘污染；②装配式建筑工程，节约大量建筑材料，降低了建筑工程的整体资源消耗，这也凸显了其在环保的特性；③装配式建筑工程不仅施工便捷，建设效率高，而且在面临建筑物拆除的过程中，相比传统一体式建筑，装配式建筑工程拆除更方便，资源回收也更加便捷。这些都凸显了装配式建筑工程在环保方面的重要优势。

2 整体装配式建筑设计思路

整体装配式建筑工程在设计过程中应注意以下几点内容：首先是凹凸槽连接和螺栓连接两种装配式建筑工程最为重要的连接方式。在预制构件装配连接上，凹凸槽连接主要负责墙体上下的连接工作，利用凹槽和凸槽相扣合的形式来保障其水平方向的稳固性，其抗震性能以及抗剪力性能都相对较好[3]。而螺栓连接主要采用高强螺栓，在连接的过程中不仅可以起到水平方向的连接作用，同时也可根据实际需求，通过打孔入栓的形式来进行竖直方向的螺栓连接。目前双墙连接和单墙连接都比较常见，二者之间的差异在于凹凸槽的数量，双墙连接需要双凹凸槽进行结合；而单墙连接，则采取单凹凸槽连接的方式，当然二者之间在预埋铁件和高强螺栓长度以及刚性选择上也有较大差异。在结构设计过程当中还要考虑每片预制墙板能够在建筑整体中提供的结构刚性。一般来讲即使是相同的预制墙体，其在装配完成后，在整体结构中的刚性提供能力也不尽相同，因此需要在设计之中更加重视墙体刚性提供能力的分析，保障建筑整体刚性，通常在计算过程中采取剪力墙体系进行分析设计，如图1所示。

图1 预制件类型繁多具有一定设计难度

3 整体装配式建筑结构设计要点

3.1 立面以及平面设计

整体装配式建筑工程在设计过程中立面和平面设计都是其主要设计内容，而这其中平面设计是整体设计的基础，因而在设计过程中要综合考虑空间及功能等相关因素，先做好平面设计工作、设计功能以及实际需求、平衡构件尺寸以及空间大小。不同建筑工程及内部空间设计要采取不同原则，科学平衡建筑内各空间结构大小。在设计过程中采用数字化可视设计系统进行平面及立面设计。在设计过程中遵照标准化和系统化的原则动态上传设计信息并形成平面模型及三维模型[4]。设计过程中还要考虑合理的建筑平面布局方式，设计之初就要详细分析场地施工技术等相关情况，保障相关设计之下预制件生产质量能够达标。平面及立面设计过程中，既要考虑实际建设需求，同时也要通过良好的设计思维来降低施工作业难度。

3.2 标准化构件

在进行装配式建筑工程设计过程中，通过预制构件标准化来提升预制构件的生产质量。在设计过程中所有预制构件均应遵循一定的设计标准，在实际应用过程中降低整体生产难度，尤其要注意尽量减少复杂构件的应用量。根据当前我国装配式建筑工程预制构件生产质量来看，部分预制构件仍不能保障其精度，在这种情况下就要考虑施工过程中可能存在装配施工和现浇施工相结合的情况，在设计过程中，应考虑到不同施工方式的接合性。而且在进行设计的过程中，除注意预制构件标准化之外，还要注意保障构件上的功能点能够很好地满足业主设计需求，采取个性化设计原则来进一步提升设计水平。最后要注意在设计中保持门窗、洞口、楼梯口等相关开口部位工整，竖直方向要对齐。

3.3 装配式结构节点

结构节点是不同预制构件连接之处，也是装配式建筑工程整体建设水平的重要影响因素，在进行这一部分的设计时，一定要注意明确建筑所处区域的地质情况以及建筑功能等相关因素，在结构节点设计过程中分析此处的承重以及剪力情况。注意应力传递能力是否满足整体受力状态，如果存在参数方面的异常问题，则一定要注意根据国标要求重新进行结构节点设计。在连接形式方面采取增多高强螺栓等形式满足应力传递要求，从多角度提升工程整体刚性同时注意结构节点的延展能力。要在设计过程中保障结构节点的技术内容能够在实际施工中切实落实，这样才能有效提升整体建设质量[5]。

3.4 结构技术体系

在设计过程中明确具体的结构体系是设计的基础。从目前装配式建筑工程结构设计体系上来看，比较常见的体系分为以下三类：①剪力墙结构，这也是最常见的一种装配式建筑工程结构体系，部分工程虽然不完全是剪力墙结构但是从整体上来看，剪力墙结构比重大，因此依然属于剪力墙结构范畴。当前装配式建筑工程中采用平面式剪力墙结构进行设计的不在少数；②叠合剪力墙，这是一种采用两层桁架钢筋作为预制墙板的结构体系，在预制件生产过程中两层墙板之间有钢筋网支撑，后续向中间浇筑混凝土。该结构体系具有设计难度低、生产效率高、整体性强、结构刚性良好的优势；③整体框架结构，这种结构体系在设计过程中要注意结构强度，如图2所示。

图2 叠合剪力墙结构

4 结语

整体装配式建筑工程在现代化建筑技术发展过程中占据重要地位，其整体优势恰好符合当前我国建筑业发展方向，因此应更加重视该类型的建筑工程技术研讨，进一步提升我国整体建筑设计质量。