预制装配式建筑精细化设计研究

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。

1 预制装配式建筑精细化设计

1.1 装配式预制构件精细化设计

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。

1.2 建筑功能空间精细化设计

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。

1.3 构件安装精细化设计

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。

2 实例分析

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。

3 结语

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。