张亚欢 齐 兴 王天恒
(中建七局第四建筑有限公司,陕西 西安 710016)
装配式建筑是我国建筑行业在发展中衍生的代表性产物,尽管现代化技术的发展实现了对装配式建筑设计方案的优化,但由于传统的装配式建筑在设计中缺少对整体的精细化设计,导致设计成果一直无法达到预期的效果[1]。随着我国在装配式设计方面研究的深化,设计单位提出了针对此类形式建筑的精细化设计理念,在设计中结合环境与造型之间的关系,优化建筑的整体性能,提高综合设计水平,促进并推动我国建筑行业的稳步、持续发展。
在装配式建筑当中,装配式预制构件是重要的组成部分,针对这一结构进行精细化设计时,结合现场的实际建设条件、气候变化特点和功能需求等,对不同预制构件的预制率、构件类型及形式进行设计[2]。对于建筑外部用于围护的构件,可采用非承重型的轻质构件,在完全脱离建筑的受力体系后,对于这一类型构件的选择灵活性更强,建筑中预留门窗空洞的窗间墙选择这一类型构件[3]。在设计时,根据建筑采光和通风需要,形成有序或无序的立面,如图1所示。
图1 装配式预制构件建筑幕墙设计效果
在对建筑幕墙设计时,可采用混凝土墙,将若干个在工厂当中完成预制开洞处理的混凝土预制板运输到现场,并在现场完成组装[4]。幕墙上的空洞分为两种规格,在夏季通过墙体可实现对强烈阳光照射光线的遮挡,而在冬季较低照射幅度的阳光可以直接射入建筑内部,以此根据季节实现对建筑内温度的调节[5]。对于空间跨度较大的建筑而言,可采用玻璃幕墙结构,不仅可以将玻璃幕墙结构与门窗进行更好的融合,同时还能够使构件的基本使用功能与装饰功能相融合。
预制整体单元与其他构件相比更加特殊,既是围护结构,同时又是承重结构。在选择预制单元模块结构时,可采取半预制形式,根据装配式建筑项目的建设要求,在工厂当中完成对主体承重结构和围护结构的制作,在施工现场没有集成内部功能设施之前,可实现对半预制单元结构的快速安装。对于两个模块之间的缝隙,可通过玻璃进行填充,光束会通过缝隙进入到建筑内部,以此使光束具备韵律感。除此之外,还可采用全预制式的单元结构[6]。同样按照上述操作,在工厂完成制作。在现场安装时,需要确保所有功能设施集成完毕后,按照规范标准对各个单元结构进行连接。
在对预制装配式建筑的功能空间进行精细化设计时,打破以往建筑的固有空间模式,并强调空间的自由灵活性。为了适应建筑空间需求,可用软弹性和硬弹性两种形式对建筑内部空间进行设计[7]。软弹性是根据建筑的使用需求,采用软弹性方式对内部空间进行设计,可选择在更加开放和灵活的建筑平面上进行,并根据不同时间对建筑使用的不同需要,对其空间进行合理配置[8]。在采用硬弹性的功能空间设计时,应充分考虑到建筑的适应性条件,在内部空间中增加可以移动的墙体,以此根据居住需求的改变,对墙体进行移动。
在对建筑功能空间设计时,还应当考虑建筑外部空间涉及的城市、区域、街道等公共领域。通过建筑界面能够初步确定外部空间的范围,在组群建筑当中,各个建筑界面相互围合,会在一定程度上限制建筑的外部空间。若采用预制装配式的方式对组群建筑进行改造,则应当先完成对主体支撑结构的构建,在时间不断推移的过程中,对各个单元模块进行安装或拆卸。支撑结构不可仅仅作为单一的建筑固件,应当是多个建筑聚集区域扩展的固件,通过对支撑结构的设置能够为建筑提供一个满足生活需求的有机体,以此在建筑甚至整个城市在成长或衰减的过程中,满足空间结构变化需要。
对于构件的安装也能够在极大程度上影响到建筑整体的精细化水平,对于各个构件的安装分为在工厂中进行和施工现场进行两种。为了避免现场施工中将大量时间浪费在对材料的安装上,因此工厂需要完成对构件的基本组装,提供更加完整的构件。在实际中,若没有特殊要求使用小的预制构件,则应尽量放弃对小构件的使用。在安装构件时,还应当考虑到装配顺序的问题。考虑装配顺序应当预先对组件进行评估,并进行系统化拆分,按照预先设定的逻辑顺序完成组装。同时,通过安装过程的逆过程也能够提供一个更有效的装配顺序。在实际安装中,需要设计、工程和细节达到一体化效果,以此才能够确保建筑中各个构件的精细化安装。对于类似预制模块、墙板结构等体积和重量均较大的构件,应当尽可能在工厂中完成安装,达到更好的吸收和整合效果。为进一步提高安装效果,应当构建一个结构化的供应链,并尽可能在安装中减少交叉流动,从而使各个构件能够按时交货,确保建筑工程的工期。
为检验本文提出的装配式建筑精细化设计方法是否具有可行性,下述将以某地区待开发项目为例,按照本文设计的内容,进行此建筑的精细化设计。
该项目位于某示范景区,是该地区最繁华的区域之一,将建筑项目建于此地区,不仅是为了提供外地游客更加便利的住宿条件,更是为了提高景区收益。此区域是早期土著群体生活的主要场所之一,具有十分浓郁的地域文化氛围,通过与建筑承包方与事务所的交涉,获取场地在建设前的总体概况,见图2。
图2 场地建设前的概况
在深入此地区的研究中发现,该地区具有较大的商业价值,现有住宅大多为居民独栋别墅,土地均为地方政府出售,业主方在购买土地后聘请了专业的设计团队与施工单位,在环境中进行建筑群的开发。现有建筑不仅在风格各异,还具有较为显著的立体性优势,无论在颜色设计上还是在造型规划上,都独具一格。当地部分建筑造型示意图见图3。
图3 当地部分建筑造型示意图
通过上述分析,了解了当地建筑设计风格,在此基础上,按照本文设计的内容,进行地区内装配式建筑整体的精细化设计。获取与建筑群相关的信息,统计内容如表1所示。
表1 预制装配式建筑群概况信息
根据建筑概况信息,以其中一栋公寓建筑为例,对其进行整体设计的精细化。在设计中,设计师需要使用计算机辅助BIM技术,建立针对此建筑的钢结构空间三维模型,使用计算机程序,对钢结构每个细部结构进行编码,建筑结构形式与建筑钢结构空间三维模型如图4所示。
图4 建筑结构形式与建筑钢结构空间三维模型示意图
在此基础上,对建筑进行细部节点构造,确保钢筋支路无碰撞后,进行预制钢板的精细化设计。设计中,考虑到场地条件受限,且采用现浇施工方式难以实现对屋顶直接施工,因此,在设计屋顶时,选择隔热效果好、质量较轻的材料作为屋顶材料,由于预制屋顶是此建筑中体积最大的构件,为了避免现场施工不便,可采用在完成主体结构的安装后,先安装屋顶预制构件,再进行其他结构的施工。屋顶板构造示意图如图5所示。
图5 屋顶板构造示意图
为检验设计的预制装配式结构是否满足精细化需求,将屋顶结构的承载力作为评价指标。完成设计后,根据已知参数,按照下述计算公式,进行预制屋顶承载力的计算。
式中Q-代表预制屋顶结构承载力;
q n-代表结构桩端阻力;
A-代表屋顶截面面积;
γ1-代表结构的容重;
V-代表预制屋顶结构体积。其中q n可用下述计算公式计算得到具体值。
式中N c-代表承载力系数,取值在1~9之间,最大不超过9;
S u-代表结构剪切强度。
在设计的预制建筑屋顶上随机选择10个监测点,按照上述计算公式,对监测点的承载力进行计算。计算结果如表2所示。
表2 监测点承载力/kN/m2
根据房屋建筑设计规范可知,屋顶结构每平方米的承载力应满足>2.5kN/m2的设计要求,上述表2中随机选择的监测点承载力,均符合>2.5kN/m2的要求,因此,在完成实验后,证明了本文设计方法的可行性。按照此方法进行建筑结构的整体设计,不仅可以实现对建筑整体质量的提升,还可以保证建筑设计符合精细化需求。
在完成本文研究后,明确了精细化设计理念在建筑设计中的重要性,为实现对精细化设计的全面推广,使设计的建筑结构符合业主方提出的精细化要求,本文开展了此次研究。尽管此次设计的方法在经过检验后证实了具有一定可行性,但要明确不同类型或不同地区的建筑精细化设计标准是不同的,因此,要实现对本文设计方法的全面推广,还应在现有工作的基础上,融入可变性理念与绿色理念,从不同角度进行此项工作的优化设计,通过此种方式,进一步提高建筑的设计水平,保证设计成果可以在市场中广泛推广使用,全面提升设计成果的细部结构精细度,保证对我国建筑行业在市场内发展的全面优化。