装配式建筑结构设计优化路径分析

李宏博

摘要：建筑行业是我国国民经济的基础，近几年具有良好的发展趋势。在建筑行业整体繁荣的带动下，装配式建筑得到广泛的应用。通过相关统计数据表明，装配式建筑在近几年保持24%的增速发展态势，未来具有广阔的应用前景。随着我国经济水平的不断提高，对未来建筑行业的发展也提出了更高的要求，装配式建筑工程的数量将不断增长，装配式建筑的渗透率也将随之提升，装配式施工技术逐渐成为我国建筑施工的主流技术。

关键词：装配式;建筑结构;设计;优化路径

1关于装配式建筑的概述

装配式建筑就是指在建筑过程中，先提前制造好建筑所需要的各个构建部分，然后将这些构件统一运输到建筑现场，通过设计的安排进行装配，最终完成整体建筑。最早提出装配式建筑的时间是20世纪初期，那时候装配式建筑的建筑外观还比较单一，没有得到广泛的推广。一直到近几年，随着社会整体经济水平的不断发展，装配式建筑的施工工作也在不断完善。在施工方面，装配式的建筑速度非常迅速，完工的建筑质量也相对较高，而且还有很高的环保性。结合目前装配式建筑的发展现状，在未来装配式建筑一定能够成为建筑业的主要发展方向[1]。

2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：①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;②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[2]。

3装配式建筑结构设计要求

在对装配式建筑结构进行设计的过程中，设计人员不仅要满足建筑物自身的工作要求，还要提高主体结构的应用安全性，确保工程的建设行为更加节能环保。要对主体结构进行精细化设计，确保最终设计出的成品更加专业标准，提高综合效益。在进行设计的过程中，还要对现有的设计方案进行分析和对比，从而选择最优的方案。对于装配式建筑结构的建设来说。对各项工作的开展，存在较高的要求。设计人员要与其他专业人员进行沟通和交流，在了解项目基本内容的基础上，对结构进行具体的设计[3]。在开展设计工作的过程中，还要从整体层面对其进行科学的规划，确保设计参数和设计效果，能够满足工程的建设要求。设计人员还要将绿色设计理念，融入到工作的各个环节中，确保最终建设的建筑物在应用时，更加节能环保，避免对周边环境造成较大的破坏。

4装配式建筑結构设计的具体表现特征

在装配式建筑后期的施工环节中，像预制板和钢构件这类的建筑材料可以进行规模化的生产加工，那么在安装工作上可以节省一大部分时间。同时装配式建筑使设计工作和施工工作完美结合在一起，在各个环节的衔接工作上起到了促进作用，保证了后期建筑物的质量。随着当今社会信息技术的不断提高，在装配式建筑预制加工工厂可以对传统工艺进行深度优化。在预制零部件的安装工作中可以采取焊接配合螺栓固定的方式进行，通过此方法可以让生产标准达到一个规范的水平，促进建筑行业的长期发展。

5装配式建筑结构设计的思路

5.1思路

装配式建筑的结构设计中，为提升结构设计的总体水平，相关设计人员应确定设计思路。与常规的建筑结构相比，装配式建筑的结构构件具有独特性，通过结构设计优化，可以在很大程度上减少整体结构中异形构件的产生，进而提高装配式建筑的结构质量，在不断的结构设计优化中，工程建设成本也得到了一定的控制。在具体的结构设计工作中，专业设计人员需从尺寸、配筋等各个方面着手，对结构中所涉及的节点锚固、构配件拆分等加以详细处理。如果装配式建筑结构应用的是程序化设计，可能会导致建筑外形尺寸较为单一，且各个梁、板和柱等内部构件的尺寸较为单一，无法提升整个装配式建筑结构中的空间利用率。现阶段，随着我国工程技术的日渐进步，BIM技术逐步被应用于工程项目中，装配式建筑结构设计中应用BIM技术，克服了传统结构设计技术的局限性，不仅提升了设计效率，更是实现了结构精度的控制。BIM模型在形成以后，完全可以在项目的全生命周期内实现动态监控。结构设计方面，通过PKPM准确计算配筋量，还能够对层侧移刚度加以精准控制，也就使得整个结构设计思路更为清晰和完整，为结构优化提供了保障。

5.2要求

装配式建筑的结构设计中，相关设计人员应根据实际的设计需求，采用先进的结构设计技术，比如，选用BIM技术来开展装配式建筑的结构设计优化。在利用BIM技术开展结构设计优化的过程中，不仅要关注结构的整体质量，更要注重建筑功能性的考虑，实现装配式建筑施工过程中的资源合理配置与利用，提高装配式建筑的经济、社会与环保效益。在开展装配式建筑结构设计的过程中，专业设计人员应首先了解结构的功能需求和特性，对整个装配式建筑开展科学的结构布局;其次，专业设计人员应依据结构标准，对结构体系中相关参数加以科学配置，保障各个设计细节的优化[2]。

6装配式建筑结构设计的优化路径

6.1实施全过程的建筑结构设计流程管控

部分装配式建筑存在着结构设计成本偏高、设计细节把控不严的情况，这是结构设计流程管控不严格所造成的。正是因为没有制定科学的结构设计流程，导致在设计、生产与施工环节的衔接性不足，无论是构件生产还是施工作业中都面临着多种质量问题。因此，针对这一情况，在装配式建筑的结构设计时，设计人员应根据总体的结构设计标准，处理好结构图纸、构件预制和施工作业之间的紧密关系，通过不同环节的流程再造和衔接来保障设计工作的高效、有序进行。各个工程企业在装配式建筑结构设计中，应该不断积累经验，对结构设计流程加以调整与控制，简化预制构件的生产工序与流程，降低总体的施工难度，实现构件预制中的成本控制[3]。

6.2建立健全设计体系

我国的装配式建筑施工技术在多年的发展中取得了一定的成果，但依然存在着很多的技术难题。各个工程企业在装配式建筑的结构设计和施工过程中，要不断积累结构设计经验，建立完善的结构设计体系，在该体系中明确规定装配式建筑的结构设计流程、标准等基本内容，为设计人员的设计工作提供制度指导。与常规的住宅式建筑不同，装配式建筑结构设计更需要构建可行且完善的标准设计体系，该体系由标准化户型模块和标准化交通模块所构成。交通模块，重点是要进行装配式建筑中楼梯、电梯井、过道等基本交通要素的标准化设计，而户型模块方面，重点要进行内部空间结构的优化，使得空间形状、尺寸能够达到标准化设计需求。

6.3装配式建筑结构设计技术优化

针对剪力墙结构体系的优化，可以从以下3方面来开展：（1）优化结构体系中的承重墙板。整个装配式建筑结构体系中，承重墙板是重要构成要素。为保持结构目标的实现，一般将承重墙搭建在两侧山墙上，随后利用专门的结构设计软件，利用软件中的相关功能，实现整体的内力分析和（构件设计，验证承重墙的竖向荷载和水平荷载能否符合总体的结构标准。（2）加强节点设计。装配式建筑结构中，不同结构要素之间是通过节点来实现连接的。加强节点设计，可以在很大程度上提升结构的整体性，发挥节点在内力传递方面的作用，各个节点连接处，应保障连接的稳定性与可靠性。（3）结构设计的过程中，应考虑现场吊装、运输和安装方面的因素。装配式建筑剪力墙结构设计中，采用分块设计的方式，应充分考虑施工现场的具体情况、承重墙板拼接位置等基本要素，在竖向拼缝的设置时，尽量避开剪力墙边缘构件位置[2]。在装配式建筑框架结构设计的过程中，结构设计优化应该注意：（1）混凝土强度等级应该与结构标准一致。装配式建筑的结构设计中，框架梁、框架柱混凝土强度等级，均应在C30以上。（2）结构设计工作的开展过程中，尤其要以平面设计原则作为指导，框架梁、框架柱中心线要保持重合，如果在结构设计的过程中，梁柱中心线无法保持重合，在设计优化的过程中应考虑偏心因素的影响，而竖向构件之间应上下对齐。（3）预埋件设计的过程中，应处理好各个预埋件与主体结构的关系，保障预埋件的位置和尺寸。

6.4預制构件拆分把控

装配式建筑的结构构件非常复杂，包含的预制构件数量较多，在结构设计与优化的过程中，专业设计人员应根据装配式建筑的结构特点，了解清楚在结构体系内哪些属于现场浇筑构件，哪些属于预制构件。一般的装配式住宅建筑在设计时，设计人员应注重水平构件预制技术的选择，尤其要注重叠合板、阳台、楼梯等的科学设计，根据现场条件来进行各个构件的科学使用，通过科学地规划与布局，节约空间和成本。此外，结构设计优化的同时，同样要对比预制外墙和承重内墙、非承重内墙的预制，以减少整个结构体系中的支架数量[1]。

6.5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。

结束语：综上所述，目前我国的房屋建筑工程已经随着社会的发展，取得了超越预期的进步，随着人们生活水平的提高，我国居民生活正在朝着城市化的方向发展，城市化的深入发展也让房屋建筑工作越来越艰巨。装配式建筑在现代化社会中满足了“绿色建筑”的环保要求，是我国建筑行业持续发展的必然选择。因此在装配式建筑的设计过程中，设计人员要充分掌握设计流程，对整体布局和技术等重点内容进行保障，最终使设计出来的建筑结构能够满足装配式建筑的基本要求。

参考文献：

[1]马世长，孙燕飞.浅谈钢结构在装配式建筑中的应用[J].建材与装饰，2019（27）：14-15.

[2]罗志霞.探究预制装配式建筑结构体系与设计[J].江西建材，2019（08）：42-43.

[3]皋语.装配式建筑结构设计要点研究[J].智库时代，2019（21）：289+291.

[4]徐有明.实例探析装配式建筑结构设计与施工要点[J].智能城市，2018，4（19）：28-29.