预制装配式建筑设计实践及问题探讨

杨发

安徽省城建设计研究总院股份有限公司 安徽 合肥 230051

引言

如今，预制装配式建筑正在得到快速的推广与普及，它本身也确实有着很多的优点，不过，同样也有一些问题，如果不能妥善处理的话就会影响预制装配式建筑的质量，影响后期的使用。

1 预制装配式建筑

预制装配式建筑就是组装式建筑，通常建筑的大部分零部件都是在工厂预制生产的，这些构件会被运输到现场，然后进行组装。所以它的设计和生产都是工业化的，所以也可以将这种建筑称作是工业化建筑。预制装配式建筑是有多种形式的，比较常见的比如说砌块建筑、升板建筑、模块建筑、大板建筑以及框架轻板建筑等，施工工艺最简单的就是砌块建筑，同时它的成本也很低，不过工业化的程度并不高，比较常用的就是空心砌块；模块建筑的工业化程度是比较高的，有着比较多的立面形式，如核心体模块、板材模块以及整体模块等，都是比较常见的；大板建筑的优点就是在于有着良好的防震性能，而且对于空间的利用率很高，比较灵活，比如说屋面板、楼板等形式[1]。

2 预制装配式建筑设计特征

2.1 精细化设计

装配式建筑的设计及施工流程是很全面的，而且精细化的程度也很高，这也会不断提高建筑设计精细化的程度。预制构件是预制装配式建筑的重要组成部分。预制构件精细化设计主要是在预制装配式建筑中兼具功能性和装饰性，能够表达建筑性格特征的预制构件，包括：预制外围护结构、预制单元模块、预制遮阳构件、预制楼梯。

2.2 模数化设计

预制装配式建筑在设计中将部品、构件、建筑之间的关系进行统一，采用对建筑模数的控制，将模数化转换为模块化组合，以使设计标准化[2]。

2.3 一体化的配合

对设计成果进行了优化处理，这就需要和各个专业以及构配件厂家进行有效合作，以此实现相关组织工作和预制构件之间的一体化。

2.4 精确化的成本

建筑的设计成果作为构件在生产以及加工中的依据，预制构件不同其拆分方案在相同装配率的基础上其所投入的成本之间的差异较大。通常，科学的建筑方案使其成本控制更加准确。

2.5 信息化的技术

在建筑设计中应当采用BIM，BIM技术主要就是对建筑的功能以及物理、几何信息采用数字信息的方式呈现，以此来实现对建筑整个寿命过程中的运行及建设管理等方面的支撑。

2.6 提升运营维护优势

考虑到建筑工业化程度低，结合设计以及建造速度等，建筑全寿命周期存在能耗大等问题，和传统的建设方式相比，预制装配式建筑的建造管理能降低作业强度，提升质量。此外应用后能缩短工期，便于维护管理。

2.7 节能与可持续发展

节能设计很重要，在实施阶段确定外表面积，以实际比例和住宅设计的流程要求等，提前进行朝向确定，结构差异比较大，传热性能分析后，确定实际指标，在系数评价的阶段，对应的面积比较小，在操作管理中，对参数值进行控制，一般情况下，性能分析是重点，在实施阶段明确传热系数以及墙面比例，严格控制后符合要求。

3 预制装配式建筑设计的意义以及存在的问题分析

3.1 意义分析

和传统建筑工程设计相比，预制装配式建筑设计对于施工条件的要求是不一样的。在预制结构配件被运到施工现场前，需要将相应的孔洞预先开凿好，这也是为了提高安装施工的效率，加快施工进度。并且，施工单位还应该选择合适的供货商，由对方对结构配件进行构造、拼接以及运输，这样，施工单位并不需要付出很多的劳动力，能够大幅度地减少企业的建设成本。在进行预制装配式建筑的设计的时候，必须要对配件的连接进行考虑，需要保证建筑的防水性能以及稳定性，这样的建筑功能才能够更有耐久性，使用期限才会更长[3]。

3.2 存在的问题分析

一是预制结构的外墙和现浇建筑水平墙的连接不够稳固，对于这种情况，就要求在进行结构设计的时候必须要做好优化与调整；二是施工团队应该按照设计方案预先进行结构配件的制作，应该在和供货厂商签订的合同中，对预制构件的数量进行精确的计算与说明，不能在进行施工以后随意的增减定制配件的数量。所以，一定要认真地设计与计算，要保证定制的配件从质量与数量上都是与实际施工需求相符的，同时还应该预先规划好运输的线路。同时，设计者还要将定制配件的具体信息和运输路线在工程的设计方案中作出详细说明，以此来为工程团队提供更加全面科学的参考依据。

4 预制装配式建筑的设计要点

4.1 设计综述

可行性、实用性是装配式建筑结构设计的关键点。同时，在设计中首先必须注意在确保建筑物功能性和安全性的前提下，通过专业、标准、精细的设计，充分发挥建筑设计的优越性，将建筑物的结构高度、不规则度及结构复杂度控制在合理范围。建筑设计在进行初步设计过程中必须充分考虑建筑材料、结构体系、结构布置、各参数等，对多种设计方案从可行性、经济性等方面进行充分比较，获得最优设计方案。另一方面，根据国家相关标准，对结构设计进行精确计算，保证在建筑过程中对风险处于可控范围。

4.2 预制装配式建筑设计的具体流程及内容

4.2.1 平面设计要点。在平面设计过程中要按照协调性的原则，不断地调整和优化套型模块，合理设计类型和尺寸，将预制构件的特征突显出来，从而使工程建筑的质量得到有效提升，降低消耗的成本。在前期设计中，工作人员与功能性特征相结合，合理划分建筑空间，以此确定综合形式和模块类型的协调。设计模块工作中，首先依据工程的实际特征进行标准功能模块的设计，然后与定位要求相结合，进行套型模块的制作，从而达到工业化生产的要求。再把这些制作出来的套型模块进行合并，形成需要的单元模块，完成建筑构造。针对平面布局而言，运用的是大空间布局的方式，保证了管井和承重墙合理的位置，使其空间灵活多变的效果得到了提高。对于划分功能来说，根据具体的需要设计合理的功能，使其布局合理性加强。与此同时，这样的布局形式使空间内的承重墙数量降低，方便拆卸内墙的隔板[5]。

4.2.2 立面设计。针对装配式建筑而言，它的外墙结构是采用各种与之构建进行组合得到的。设计立面过程中，不但要突出预制装配建筑的结构特点，还要防止由于单一结构造成的视觉疲劳。因此，在设计过程中，要保证模块化、系统化以及标准化，确保构件和立面间连接的效果，使其设计的合理性得到有效提高。通过这些方式可以将多样化的设计效果凸显出来：第一，多样化的组合。设计立面过程中，采用各种不同标准模块的组合、排列来掌控建筑形体以及空间的变化，将其独特性凸显出来。第二，层的变化。阳台、外墙、女儿墙、屋顶、防护设备以及空调板等构成了这一项目的立面结构。因此设计中，在不改变各结构尺寸的基础上进行标准化的调整和设计，以此达到生产的要求。第三，设计立面过程中，可以采用预制构件改变和改变其外表的纹理、颜色、组装顺序和质感等方式将立面多样性的特点突显出来。可以通过沥青混凝土、装饰混凝土、面砖、石材以及涂料等材料选择将其整体效果突显出来[4]。针对空调板、预制阳台等地方可以采用调整空间位置、进深和面宽等方式达到多样性设计特征的要求。针对空调隔板、百叶、预制挂板等一些非结构性的预制构件而言，也具有各种各样的设计形式，可以通过具体的需要对其进行合理的调配和组合，从而达到多样化立面设计的需求。

4.2.3 施工吊装设计。在规划设计预制装配式建筑过程中，要对建筑间距、通风以及采光等因素进行充分的考虑，从而使其安全性、经济性以及合理性得到有效的保证，保证有效衔接各个环节。通常，预制装配式建筑的空间设计都是通过套型模块组合形式实现。在开展吊装施工之前，要将需要的构建从工厂运输到吊装范围之内，与此同时，为了顺利开展吊装施工，有关场地安排应该与总平面设计情况相结合，合理规划运输的通道，降低发生质量问题的概率。与此同时，还要合理选择塔吊的吨位和位置，使构建的利用率加大，避免发生安全事故。

4.3 专业协同设计要点

对预制装配式建筑的规模以及布局和建设需要能够有效地符合抗震设计需求。在预制构件设计中，遵循的原则主要是多种类型的组合以及施工方便和规格减少、连接简单等。建筑的承重墙以及墙柱等垂直的构件连接需要保证其直上直下，门窗洞需要保证从上到下能够对齐呈现一列。预制装配式建筑需要加强对于公共区域垂直管井的空间位置、大小和共享实际性的思考，使得所设置的垂直管井便于维修，并且尽量对横线管线在设计中减少交叉并且保持水平布置。同时，对公共区域来讲，需要在其管井内进行供暖系统以及其他相关控制部件的设置，并且室内的采暖管道需要能够设立独立的循环系统。厨卫排风管道需要对位置和大小、配电箱的位置进行确定，预制构件的设计还需要考虑电话和有线电视接口、网络接口、插座、灯具等安装位置，插座以及开关、接线盒、连接线路在预制墙体上需要能够预留预埋。

4.4 构造节点设计

构造节点设计的合理性，对于提高装配式建筑结构质量有着重要作用。对于防水性能较为薄弱的部位，如外墙板接缝、门窗洞口等，需要结合物理、力学耐久性和装饰性能进行综合考量，以保证材料选择以及节点设置的合理性。同时在接缝操作中，需对施工区域所在的天气情况实行综合分析，以提升节点设计的有效性，促进节能防水目标的实现。在预制外墙板垂直缝设计中，需要做好防水措施，尽可能使用防水性高的材料和结构。主要是通过预留钢筋焊接和混凝土现浇接缝的方式来加强墙体垂直缝位置的防水效果的。外墙连接节点位置使用的密封胶必须具有融合性、抗剪性、抗伸缩变形、防霉、防火等性能。在安装门窗构件时，需增强外墙与门窗连接的安全性和气密性。与此同时在剪力墙结构设计中，选择合适的保温材料，强化外墙保温效果，以减少室内能源流失，改善建筑节能特性。

5 结束语

在设计预制装配建设过程中，不仅要严格按照具体的标准原则进行设计，还要详细地研究和分析整个建筑的结构特征，并且根据积累的经验，合理分配资源，使这个建筑的设计质量得到良好的提升，为发展预制装配式建筑打下良好的基础。