装配式结构设计与施工关键技术要点研究

徐志豪 李 营 山东省建筑设计研究院有限公司

1 前言

随着时代发展及社会进步，政府部门的环保政策愈发收紧，在“节能、降耗、减排、环保”方面提出了相对更加严格的要求。而装配式建筑结构在建筑工程方面可以符合该方面的要求，得到了广泛的应用。装配式建筑具有工业化水平高、便于冬期施工、减少施工现场湿作业量、减少材料消耗、减少工地扬尘和建筑垃圾等优点。

与传统现浇结构相比，装配式施工主要应用工厂化生产的预制构件，然后在施工现场结合施工要求进行吊装，在预制板表面、各构件连接处浇筑钢筋混凝土，进而将各个预制构件连接成为一个整体。预制构件厂的模具可以重复利用，还可以对废水、废料循环利用。

现阶段，由于多方面因素的影响，预制构件深化和施工方面仍存在很多难以解决的问题，无法与设计理念高效匹配，导致施工工程方面仍存在诸多问题，并且在吊装工程施工组织管理、施工工艺等方面也存在一些问题。

2 装配式结构设计分析

2.1 装配式结构设计的重要性分析

其一，施工更加便捷、高效。对于传统施工的建筑结构，需要现场绑扎钢筋和浇筑混凝土，根据相关步骤进行逐步施工，此种传统的施工方式浪费较多人力物力，且需要规划比较长的周期。当房屋主体结构完成之后，还需要对房屋进行装修，整个过程也需要耗费较长时间。对于装配式建筑结构来讲，仅需利用简单的拼装技术便可以顺利完成相应的组装，全装修、管线分离等使得主体工程竣工以后，可以更快捷地安装设备电气等，有效减少施工周期。

其二，可以节约更多的资源，有效降低了造价。对于传统建筑结构，整个施工工作非常的繁琐、复杂，在现场施工的过程中需要有多人流水作业施工，并且需要购买大量的施工材料，耗费的资源较多。对于装配式建筑来说，现场施工非常简单，无须更多的工人，在工厂将预制构件生产加工完毕之后在现场进行浇筑、连接即可，有效节约了人力资源成本。与此同时，在开展传统建筑施工的过程中，还需要从别处运输一些钢筋、水泥、沙子等施工材料，整个过程较为繁琐。相对而言，装配式建筑无须耗费更多的资源，经济成本显著下降。因此，与传统建筑方式相比，装配式建筑具备较高的可行性以及经济性。

其三，保护生态环境，符合国家环保政策。对于传统建筑施工方式，通常需要在建筑地点运输相对较多的建筑材料，运输过程中，汽车会排放大量的有害气体；同时，运输石灰粉的过程中也有可能产生外泄问题，散落于空气中也会对大气造成严重污染，甚至危害人们的身体健康。装配式建筑主要是在工厂内部完成，然后再将其运输至施工现场，可以更好地保护生态环境，有效降低空气中的污染物，切实保护生态环境，有助于生态文明建设工作的有序开展。

2.2 装配式结构的设计流程

在装配式建筑施工的过程中，建设方、设计方、生产方、施工方等均需要密切配合，协调处理各方面工作，以此确保整个工程有序进行。与现浇结构相比较而言，装配式结构的设计工作展现出流程精细化、设计模数化的基本特征。

总结起来，其设计阶段主要包括以下5个方面。

①技术策划；

②方案设计；

③初步设计；

④施工图设计；

⑤构件架构图设计。

当设计完成之后，便可以对构件加工生产，然后由此进入施工阶段。

在技术策划阶段，设计单位可以从不同层面、不同维度对项目建设规模、建设目标、建设定位等方面进行综合性分析，然后结合当地具体装配式政策制定合理化、完善化的技术策略，制定相应的技术方案。

以山东省为例，首先需要研究当地政策，制定出符合要求的装配率。然后对照GB/T 51129—2017《装配式建筑评价标准》第三章的规定计算装配率。

在方案设计阶段，应协调建设、设计、制作、施工各方之间的关系，并应加强建筑、结构、设备、装修等专业之间的配合，根据装配率的计算结果，设计建筑图平立面和结构图的结构形式、尺寸等，满足主体结构、围护墙和内隔墙、装修和设备管线等方面的预制率要求，并且在确保应用功能的条件下实现设计标准化的效果，同时实现“少规格、多组合”的基本目标。

在初步设计阶段，需要与各个专业协同化设计，归类预制构件的类型，综合考虑不同专业的要求（例如：电气专业的线管、线盒预埋等），针对技术、成本、实现形式等方面展开探析，制定合理、完善的技术措施。

当进入施工图设计阶段之后，还要结合技术措施开展设计工作，在施工图中综合设计不同专业的预留预埋、定位和保温装修一体化等。

当进入到构件加工图设计阶段时，构件加工图纸通常是由预制构件加工厂完成并经设计单位确认符合原设计要求。

2.3 装配式结构设计方法

装配式结构设计包括多方面设计内容，如结构整体计算分析、结构构件设计、预制构件的拆分以及归并设计、预制构件的深化设计等。

第一，结构整体计算分析。在开展装配式结构设计工作的过程中，一般会运用等同现浇结构的设计形式，因此，其所应用的计算分析方式与现浇结构相同。抗震设防的装配式结构，应按现行国家标准GB 50223—2008《建筑工程抗震设防分类标准》确定抗震设防类别及抗震设防标准，同时根据具体工程的形式和规模、重要程度等有可能还需要中震屈服验算、大震弹塑性验算等。但是，装配式结构、现浇结构之间也存在一定的差异，可以结合实际情况对一些参数进行调整。

例如，装配整体式结构的最大适用高度、最大高宽比等与现浇结构有所不同；装配整体式结构的局部构造，例如设置地下室的结构地下室顶板宜采用现浇混凝土；装配整体式框架梁端负弯矩调幅系数可取0.7～0.8，与现浇结构相比，可以适当减小叠合梁的刚度增大系数；对同一层内既有现浇墙肢也有预制墙肢的装配整体式剪力墙结构，现浇墙肢水平地震作用弯矩、剪力宜乘以不小于1.1的增大系数。

第二，结构构件设计。在对结构进行整体运算及分析之后，应当结合分析结果对预制梁、柱、板、连接等构件进行设计，在具体设计的过程中，应当严格遵循有关设计规范，如GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》、GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》、JGJ 1—2014《装配式混凝土结构技术规程》等。在对预制构件设计的过程中，需要分析结构应用阶段的运算分析过程，必须要把预制构件预制阶段以及吊装阶段的设计工作囊括其中。对持久设计状况，应对预制构件进行承载力、变形、裂缝控制验算；对地震设计状况，应验算预制构件承载力；对制作、运输和堆放、安装等短暂设计状况下的预制构件验算，要符合现行国家标准GB 50666—2011《混凝土结构工程施工规范》的有关规定。在预制阶段，需要分析混凝土拆模时的强度，用于固定连接件的预埋件与预埋吊件、临时支撑用预埋件，并同时满足各种设计工况要求。

第三，预制构件的拆分以及归并设计。当完成整体计算分析工作，并且构件设计工作全部完工之后，还应当通过合理的方式对预制构件拆分以及归并设计。在对构件拆分之前，设计方应当与预制构件深化方、施工方等进行沟通，拆分过程中还需要综合性考量施工条件、施工单位的施工能力等方面，运输吊装设备的大小规格是否满足施工要求等，并且拆分的构件界面应当保持高度一致，控制构件种类。

第四，预制构件的连接节点设计。装配式结构主要是利用节点的可靠性连接实现相应的功能。节点及接缝处的纵向钢筋连接宜根据接头受力、施工工艺等要求选用机械连接、套筒灌浆连接、浆锚搭接连接、焊接连接、绑扎搭接连接等连接方式。在设计梁柱节点的过程中，需要对接缝的正截面承载力和受剪承载力进行综合分析和设计。

第五，预制构件的深化设计。在开展预制构件深化设计工作的过程中，还应当切实满足构件在机电设备、建筑等不同专业方面的要求。建筑专业应当注意砌体墙体的深化设计工作，切实满足砌体抗震构造要求，门窗安装方面的深化设计应当保证尺寸的精准性，妥善处理与外墙的连接防渗漏问题等。深化设计包含三方面内容，具体为：钢筋组装图设计、模具图设计、吊装图设计。钢筋组装图设计方面应当对预制构件的配筋详细描述及分析，便于工厂后期加工制造。对于深化设计人员来讲，应当结合构件尺寸、配筋等设计构件的模具图，通过科学化的方式运算模具强度以及刚度等，防止模具产生肿胀等不良状况。

3 装配式建筑结构施工关键技术要点分析

图1 装配式结构施工现场

3.1 剪力墙的预制

在剪力墙预制的过程中，应将预制构件作为重要基础，做好各方面连接处理，提升工程质量，切实提高建筑工程的抗震性能，避免施工材料出现浪费情况。装配式建筑结构施工方面，剪力墙施工技术的应用应当将螺栓连接作为重点，确保预制构件之间的精密度以及合理性，对预制构件妥善处理。

在预制构件安装的过程中需要对下层板插筋处理，检查内墙预制预留板螺栓孔，确保其全部插入钢筋。特别是在施工中还要对螺栓孔固定处理，灌入一定量的水泥砂浆，以此提升建筑工程整体结构的安全性、稳定性。

3.2 叠合板预制

在装配式建筑结构设计过程中，叠合板的预制是非常重要的一项工作内容，特别是在提升工程建筑施工质量方面，更是发挥着不可替代的作用。预制叠合板施工过程中，应当注意在叠合板安装方面的要求，精准把控作业层之间的距离，找出叠合板安装中心，预留出相应的空间度，防止安装过程中产生一些不良问题。

同时还要把控好预制吊板的安装位置、安装方向，做好各方面保护工作，避免安装过程中产生碰撞等问题。如果在安装过程中叠合板出现严重损坏等问题，应当及时对其更换处理，虽会导致整体施工成本增加，但确保了结构安全。

在安装叠合板之前，应当结合实际情况选取恰当的安装方式，通过模数化吊装方式，合理排布叠合板吊装施工工序，确保叠合板的紧密度。在叠合板底部进行安装的时候，应当加装临时支架，把控临时支架的距离，在叠合板吊装施工工作全部结束且满足设计要求后，再将临时支架拆除，确保叠合板吊装施工的精准性、稳定性。

3.3 窗体的预制

窗体预制主要是指通过螺栓、吊耳等，将其与窗体上的螺母连接，以提升窗体的安全稳定性及严密性。窗体预制的过程中，要全面检测窗体上的螺母，同时还要精准测量窗体以及作业面之间的距离。

当位置确定之后，窗体螺母、螺栓应紧密连接，进而顺利完成窗体预制施工工作。预制窗体施工看似简单，但是在具体施工的过程中包含多项注意事项，特别是在窗体方向控制以及调整方面，更要尤为注意，精准把控好各个施工环节，才可以确保预制窗体施工技术满足相关要求，提升装配式建筑结构施工的合理性以及科学性。

4 结束语

总而言之，装配式建筑是目前建筑产业在发展过程中的一个趋势，在国家和地方政府的推动下正蓬勃发展。其可以有效降低工程施工成本、保护环境、节约各方面资源，符合绿色环保理念，同时现阶段预制装配式建筑结构风格也更具多样化，还可以有效缩短施工周期。从各地出台的装配式建筑的政策以及具体项目的实施上看，预制装配式建筑是大势所趋，也是潮流发展所在，各方要共同推动装配式建筑健康发展。