装配式建筑结构设计优化路径分析

路高峰

（保定市城乡建筑设计研究院，河北 保定 071000）

引言

预制装配式建筑设计在该施工技术应用过程中有着非常重要的意义，其设计效果直接影响到预制装配式建设的后期施工质量与施工效益。因此在进行建筑施工方案的设计过程中，也就需要结合建筑工程的实际施工需求以及当地的地质条件，进行施工方案的合理设计，从而为后续工程施工奠定良好基础，对于预制装配式建筑施工效益和施工质量的提升有着重要意义。

一、装配式建筑设计相关概述

（一）装配式建筑的概述分析

在装配建筑设计时，使用的混凝土原始施工材料较少，可以在一些生产加工厂预先制造一些建筑构件，然后将构件运输到施工场地来拼装，这能够加快施工的效率。装配式建筑大多数构件都是在生产加工厂完成制造，这样能够完成大批量的生产制造，降低构件生产的成本，同时，装配构件直接进入到施工场地，减少了施工现场的作业面积。装配建筑是未来建筑行业发展的趋势，它可以缩短项目工期，有着绿色环保的性能，但是在整个装配式建筑建设过程中，对技术要求较高，如果设计方案存在一些错误，那么就有可能会影响到后期建筑装配的效果，容易产生更严重的质量隐患。装配式的建筑设计要给予更高的关注度，尽量提高标准化、信息化水平，在施工场地进行有效组装。

（二）装配式建筑设计阶段及内容

装配式建筑设计贯穿于建筑设计的全周期，主要涵盖以下六个阶段：第一，策划阶段:设计单位应该按照当地装配式政策、指标、实施范围的要求，考虑产业布局、同类项目比较等因素，制定出符合项目特点的装配式定位。第二，方案、初步设计阶段:确定装配式建筑体系方案及装配式内容，完成初步拆分，并进行装配式指标、各类构件连接方案及吨位控制计算。第三，施工图设计阶段:建筑、结构、设备、装修等专业对装配式范围、面积、标准、采取措施进行设计和计算，绘制预制构件详图，满足设计深度和施工图审查需求。第四，深化设计阶段:完成施工安装的装配图及技术节点详图设计，进行预制构件脱模、运输、吊装、临时支撑等验算，预埋件、预制构件连接件等设计及洞口预留布置及避让，完成门、窗、幕墙等集成设计内容。第五，生产阶段:对生产厂家进行技术交底及答疑，协助构件厂家确定生产、脱模、堆放、运输方案，修改生产过程中设计问题。第六，安装阶段:对施工单位进行技术交底及答疑，协助施工单位确定预制构件堆放、吊装方案，解决施工现场与设计相关的技术问题。

（三）装配式建筑结构设计规范与要点

在装配建筑设计期间，应注重设计方案的科学性、可行性，在保障建筑安全可靠、功能完善的情况下，尽量减少能源消耗，依靠专业精准的设计，使设计方案更加全面、标准，由此取得更大的综合效益。一般情况下，在建筑方案设计中，先应根据建筑物功能需求，对柱网、外观、户型等进行深入探究，提出行之有效的改进意见，使建筑结构高度、复杂度等均处于允许范围。在初步设计期间，还应综合考虑建筑材料、结构体系、关键参数等方面，对比分析多个方案的可行性、经济性，从中选出最佳设计方案；还应坚持标准化配筋原则，利用软件技术精准计算，结合实际情况合理调整设计模型与方案，确保设计全过程均处于可控范围。一般情况下，在装配建筑结构设计中，技术人员应制定相应的规划设计方案，利用BIM 技术开展相应工作。通常主体结构设计不但要确保整体质量良好，还要兼顾建筑的各项功能，且尽可能控制工程造价，提高各类资源利用率，极大地提升建筑总体经济效益。在结构设计优化方面，主要包括两个方面：首先，明确建筑各类功能要求，科学排列主体结构，细致研究柱体节点以及内部构造；其次，根据项目总体水平，对建筑材料、结构系统等参数进行规划设计，使设计工作更加科学高效。

二、装配式建筑带来的工作挑战

装配式建筑为结构工种的设计变革，而实际上所有建筑项目均为专业协作的系统工作，系统内任何变化都会对其他工种带来影响，尤其作为领头的建筑专业，更应该认识及面对其对设计工作带来的挑战。由于装配式的建造模式较传统项目产生变化，部分传统施工项目的设计做法将不再适用，或失去其意义，普遍存在以下例子：第一，传统现浇建筑楼面采用湿式作业，管线预埋楼板或墙中，不利于日后检修或调整。而装配式建筑提倡采用干式楼地面施工方式。干式工法即是“骨肉分离”，管线为“骨”，楼地面为“肉”。如何能完美实现“骨肉分离”楼面，则需要设计师认真研究其中的构造；第二，传统现浇建筑保温隔热措施均为现场施工，根据项目特点可设计外保温或内保温，而装配式建筑则提倡围护墙与保温、隔热集成一体化，即保温隔热材料与围护墙基体一同在工厂内制造完成，保温性能更好，砂浆用量更节省。预制构件采用夹心保温方式，外挂板为两面混凝土中间夹50mm 厚挤塑板，利用热阻性能优秀的玻璃纤维连接件将保温板与结构混凝土连接在一起，不需要黏结材料，同时两侧混凝土也作为保温板的保护层存在。作为领头的建筑设计师，需接受并提前深入学习装配式相关构造节点做法，以更好、更快地掌握装配式建筑的精髓。作为新兴的建造生产模式，装配式建筑目前不可避免地存在一些问题。例如，由于采用装配建造方式，在建筑防水节点上，装配式建筑相比现浇建筑有一定弱势。部件组装连接节点往往是渗水漏水的重灾区，虽然现在施工工艺及管理方面有了不少改进，但依然存在不小风险，在施工图设计时，需要对此项采用特别止水措施。装配式建筑目前主要应用于地上，而很少用于地下，其中很大的原因，就是地下室环境条件复杂，目前装配式建造技术尚无法很好地解决防水问题。

三、装配式建筑结构设计优化路径

（一）完善装配式建筑结构设计方案

对于建筑工程企业而言，在进行装配式结构构件生产制造时，必须根据工程设计标准，对施工图纸设计、构件施工流程、构件运输、后期施工结构构件安装等进行规范约束，从而完善装配式建筑结构设计方案。在设计装配式结构图时，需要考虑在不同构件和机电设备之间预埋设管线，预埋孔洞，并明确预埋构件的位置，从而完善整个装配式构件施工流程，这样为后期构件设施安装也可以奠定基础。在完善方案设计后，装配式构件企业需要对设计图纸进行检查和审核，从而科学有序地对构件进行后期加工。

（二）优化预制构件的节点设计

节点设计是装配式建筑结构设计中的一个难点，且节点设计是否合理，关系到装配式建筑结构的稳定性与安全性。在传统的节点设计中，一般选用的是钢筋或者套筒连接方式，这些连接材料的价格偏高，也就导致整个结构的建设施工成本较高。从经济性的角度出发，设计人员在装配式建筑结构设计中，为提高节点设计水平，可以通过优化预制构件之间、预制构件与现场混凝土构件之间的节点连接方式来最大限度地提高结构性能。

（三）构件类型的标准化

装配式建筑结构主要是各种构件进行运用，为此，要想保证装配式建筑结构设计的质量，保证建筑工程质量，就必须保证构件类型的标准化，保证构件的质量。首先，为保证整体性与统一性，在设计的过程中要综合考虑众多的标准单元，将所有标准结合起来进行设计，形成一个标准层平面。再者，设计人员在对空间结构进行规范设计的时候，一定要考虑到不同建筑的户型以及周边的交通体系，在对户型模块进行设计的时候，需要结合实际情况对客厅以及卧室等空间布局进行设计，同时也要考虑到电梯以及楼梯等交通方面的问题，以实用性为主，观赏性为辅，切实从住户的自身体验着手进行设计。此外，为更好地保证建筑质量，在设计的过程中还要对用户的个性化需求进行考虑，为用户的再创造提供一定的发挥空间，保证不同平面组合类型的结合能够满足业主多样化的需求。

（四）装配式建筑的防水密封设计

装配式建筑的防水设计不仅关系到建筑的整体质量，在后期投入使用后对其使用寿命及使用效果都有非常重要的影响。装配式建筑本质上是根据规定的流程与标准将预制建筑结构构件合理拼接组装在一起的一种建筑类型。但在拼接组装的过程中无法保证节点的严密性，因此，各预制构件之间的连接点可能会出现漏水现象，由于后期修复漏水问题的难度较大，设计人员需在进行结构设计时考虑到建筑防水问题，以尽量减少建筑漏水现象的发生。现阶段，我国在建筑行业中使用最多的是防水密封技术，该技术的应用原理比较简单，其主要是对构件连接处进行密封处理，将构件接缝填补上，以达到防水的目的。另外，影响建筑漏水的因素还有建筑的抗震性和建筑外墙的稳定性，设计人员在进行结构设计时，在保证成本的前提下，应选择抗震性与稳定性较好的施工原材料，以此来加强建筑整体性能，从而保障建筑良好的防水效果。此外，设计人员对建筑外侧防水层的设计也要加以重视，并设计合理的排水管道和路径，这样在后期使用过程中可有效引导水流排出，保障室内墙壁、地面等方面不受影响。

（五）混凝土结构的优化设计

在进行混凝土结构设计过程中，其设计效果直接影响到建筑物的施工质量以及后期使用安全性，也就需要设计人员能够做好对混凝土结构的优化设计工作。在实践设计过程中首先需要进行施工材料的合理选择，做好所有材料质量的检验和控制工作。此外要加强对浇筑搅拌时间的控制，避免水泥水化反应不充分所导致的混凝土性能发挥不足问题出现，从而保障混凝土构件的使用性能。为了促进混凝土结构墙体进一步提升，在混凝土结构设计过程中，需要通过钢筋在混凝土中的界面提升减少混凝土施工中对于构件所造成的磨损度。除了做好混凝土材料质量的管理之外，还要做好各种混合材料配制比以及配制时间的合理设计。要求所有配置的混合材料均能够满足建筑工程的实际施工需求。在施工结束之后要做好混凝土构件的保养与维护工作，安排专人负责，对于混凝土结构表面的温度以及裂缝等问题做好日常巡查工作，还要通过针对性的养护策略来保障混凝土浇筑施工效果，促进预制装配式建筑工程的整体施工效果得到进一步提升。

（六）施工的吊装设计

在对预制装配式建筑进行规划与设计的过程中，需要对采光、通风、距离等不同的因素予以考量，从而保障建筑物的合理与安全性，使得不同环节能够被有效衔接。通常情况下，可以借助套型模块组合的形式对预制装配式建筑的空间进行设计。在开展吊装工作前，需要将构件运输到吊装区域。此外，为了使得吊装工作能够顺利进行，相关的工作人员需要根据平面设计状况合理规划相应的运输通道，避免出现品质的问题。在此基础上，还需要合理选择塔吊位置与吨位，从而提升构件整体的利用率，避免出现安全类的事故。

结语

综上所述，随着社会的不断发展，我国的建筑行业也随之不断发展，各种各样的建筑工程项目越来越多，其中装配式建筑结构的应用在很大程度上提高了建筑工程施工效率，在具体建设中还需要重视装配式结构设计的重要性，结合具体要求优化装配式结构，从而推动我国建筑业繁荣发展。