装配式建筑结构整体设计及安装优化策略

林永铨

（中交建筑集团有限公司，北京 100022）

0.引言

装配式建筑由于施工方便、现场施工数量相对较少，因而它的施工速度更快，建造费用也大大减少，在此背景下，整体组装结构曾一度流行。但是，从当时的施工质量来看，它的总体质量并不好，其主要由于设计水平的限制，使得预制构件不能满足设计的需要。预制构件的制造工艺水平较低，因而预制构件的制造精度较低。但随着我国建筑技术的进步，以其独特的结构特征，可以在施工中发挥巨大的作用。

1.装配式建筑结构的概述

1.1 装配式建筑结构体系

所谓的装配式建筑，就是将预制柱、预制梁、内外墙、空调板、叠合板等建筑材料，通过组装而成。一般来说，组装房屋的结构分为两大类，一类是组装，另一类是在工厂内组装。第二种方法是装配，把构件送到工地，然后在工地上根据结构设计的要求进行现场装配。一般来说，根据不同的结构形式可以将其划分为：剪力墙、框架核心等。目前，国内使用最多的剪力墙结构常用在某些大型购物中心和住宅建设中。

1.2 抗震性能

抗震作用的优劣与建筑物是否具有抵抗自然灾害的能力有着密切的联系，所以要提高其抗震能力，才能有效地抵抗自然灾害。目前，装配式混凝土结构可分为全组装和半组装两大类，但不管是哪一种，其对结构刚度的影响都是构件的刚度和节点刚度，而与装配程度无关。当发生地震时，若其刚性达不到要求，很可能会导致建筑物的损坏。

2.整体装配式建筑结构设计要点

2.1 立面以及平面设计

在设计中，平面设计是整个设计的重要组成部分，平面设计是整个设计的重要组成部分，因此，在设计时应充分考虑到空间、功能等方面的因素，首先要进行平面设计、设计功能、实际需求、平衡构件尺寸和空间尺寸。在设计过程中，按照规范化、系统化的原则，将设计资料进行实时上传，并生成二维和三维的图形。在设计的时候，要考虑到建筑的合理布置，要对现场的施工工艺进行细致的分析，确保预埋件的生产质量达到要求。在建筑的平面和立面设计中，要充分考虑到建筑的实际需要，并运用良好的设计思路，以减少施工的困难。

2.2 标准化构件

在进行装配式施工项目的设计时，对预制件的标准化进行了探讨。在设计时，各预制件必须严格遵守设计规范，以降低工程施工中的总体难度，特别是要尽可能地减少使用复合构件。针对目前国内预制件的生产质量，一些预制件仍然无法保证其精确度，因此，必须考虑到在施工中有可能出现拼装与现浇结合的情况，在设计时要注意到各种施工方式的结合性。

2.3 装配式结构节点

结构节点是不同预制件之间的连接点，对整个装配式建筑的施工质量有很大的影响，因此，在进行该部分的设计时，应考虑到施工现场的地质条件、建筑的功能等，并在进行节点设计时，对其承重和剪力进行分析。注意应力转移能力是否符合整体的受力状况，若有异常的参数，必须按照国家标准对结构节点进行再设计[1]。在接头方式上，采用增加高强度螺栓等方式，以达到应力传递的目的，从多个角度提高工程的整体刚度，并注重节点的延伸性能。保证结构节点的技术内容在工程实践中得到贯彻，从而提高工程的整体质量。

3.装配式建筑结构设计

3.1 框架结构体系设计

装配式建筑框架结构是目前国内市场上使用最多、使用最广泛的一种。其主要原因在于其轻质、便于搬运，且属于整体性能比较好的高层框架。在采用框架结构系统时，不管是层合板还是合梁都是在厂房内进行，通过运输设备将其运送至工地，在此基础上，采用了现浇钢筋混凝土结构，或在梁端处设置了键槽。在工程设计中，为提高框架结构的承载力，必须重视柱的强度等级应在C30 以上。在梁、柱的中线设计时，必须使其与垂直平面一致，并形成对齐的形状，在垂直方向上也要注意对齐。预埋件是框架结构体系设计的重要组成部分，因此，在实际设计时，要确保各部位的预埋件在整体上具有良好的承载力。

3.2 预制剪力墙结构体系设计

在装配式剪力墙结构中，承重墙是其重要组成部分，为了确保其设计和施工质量，必须在山壁上设置承重墙。在此基础上，对其进行了内力分析，并进行了抗侧力的设计。在剪力墙结构体系的设计中，应注重对钢筋的直径、强度的控制，以保证各构件的结合性能良好[2]。在实际工程中，既要保证结构的受力性能，又要保证结构的可靠性。若发现其抗震性能不佳，则宜加大钢筋的直径及强度。注意与施工环境的关系，在剪力墙结构系统中，如采用分段式设计，则应注重与实际情况的关系，如房间构造、拼接位置等。

3.2.1 剪力墙基础连接节点

在预制混凝土剪力墙的基础上，每隔500mm 预先埋设E51 型镀锌钢板，3 根20mm 直径的高强度螺栓与钢板内壁进行焊接和固定；在现浇混凝土的基础上，预先埋设2 根20mm 直径的高强度螺栓；在安装时，在剪力墙的底端连接部位预先放置20mm 的调平挡板以调节剪力墙的竖直度，剪力墙的调整和固定后与地基用ACC-01 型镀锌角钢预埋高强螺栓进行加固，最后将剪力墙与地基间的空隙用高强度注浆填实。

3.2.2 剪力墙水平连接节点

每一层混凝土剪力墙在预制时，每隔500mm 预先埋设一E66 镀锌槽钢，3 根20mm 直径的高强度螺栓，在槽钢的两边内侧焊接并固定；4 根高强度螺栓在剪力墙内侧预先埋设；在安装时，首先使用4 根高强螺栓将预制构件与调平垫片紧固；其次用M20 高强螺栓调整剪力墙的横向和垂直度，并在调整和固定两片剪力墙后；最后用ACC-03 镀锌钢板预埋高强螺栓进行加固，并在预应力剪力墙间的空隙处用高强度注浆砂浆进行填平。

3.2.3 剪力墙垂直连接节点

E53 型镀锌钢板在建筑纵向剪力墙的两端内侧预先埋设，而在同一部位，E54 型镀锌角钢则在同一部位预先埋设；在对两个剪力墙进行调整和固定后，采用ACC-04 镀锌角钢进行全焊接，并在预应力混凝土剪力墙间隙处进行高强度灌浆。

3.2.4 剪力墙双T 梁板连接节点

在混凝土剪力墙的内部预制时，每隔500mm 预先埋设E56 型镀锌钢板，4 根16mm 直径的高强度螺栓在镀锌钢板的内侧进行焊接和固定；延长T 形梁的翼缘板中，每500mm 预先埋设E59 型镀锌角钢，4 根16mm 直径的高强度螺栓在镀锌角钢的内侧进行焊接和固定；在安装过程中，使用ACC-05 型镀锌角钢将 T 型梁翼缘面板上下端与剪力墙用高强螺栓紧固，并用高强度注浆料对其进行填筑。

3.3 预制装配式混凝土叠合板

在住宅建筑中采用预制拼装混凝土叠合板，其结构主要包括两个主要部件：实心板和带预留孔的板筋，因此，根据板筋的剖面构成，可将其分成两类：长方形和 T 型。在施工中采用了底板，并在底板上增加了板筋，从而提高了底板的刚度。由于施工过程中受跨径的影响，必须在底板肋骨之间留出空隙，便于放置无预应力钢筋和管道，同时，板肋还可以使层板与墙体紧密结合[3]。在叠层板安装完毕后，要进行混凝土的浇筑，因此，通过使用板筋和预留的孔隙可以更好地将混凝土灌注到基板的表面，并且在将混凝土注入到板筋的预留孔中时，可以起到销钉的作用，使得叠合板和混凝土可以完全结合在一起。因此，在工程项目中采用预制拼装混凝土叠层结构，可以有效地改善房屋结构的抗震性能和强度，同时还可以避免地板开裂，节省大量的材料，减少施工费用。

3.4 装配式楼梯段板设计

当所选的梯段板为压弯或拉弯型时，采用上下两层通长的配筋。休息平台一侧的框架柱子构成短柱，其箍筋必须沿着柱身全高进行加密。梯梁在水平方向上的外侧各承受相应的剪力，在整个结构中，梯梁必须沿着整个环肋进行加密。楼梯应设置在建筑物的外围，最好的布置位置是在侧墙的内侧。

关于上端固定铰链和下端滑动铰链的连接方法，在现有的试验数据中，在梯段板两端无旋转约束的情况下，仅采用逐级梯段板配筋，按照单向简支板的形式进行配筋，并进行裂纹和变形的校核。在此施工中，也要顾及吊装时受力的复杂性，应采用上下两层的通长配筋。在设计时，若将梯段面板置于梯形挑耳或梯形板上，则会引起梯形梁的扭力，形成弯扭构件，造成受力不均匀，增大钢筋的配筋。所以，在实际应用中，应将梯段面板直接置于梯形梁上，这样它只会承受来自梯段的垂直压力。

4.安装优化

4.1 可调节式墙板支撑系统

预制板到位后，利用可调整式支架系统对竖直度和横向度进行定位，支架应预留10%的剩余空间，保证在装配时有足够的预制板，并对支架进行连接和调整。壁板支承系统是由多根可调整的支承杆构成，可调支承是多段式的。为了最大限度地利用机器的效率，将预制墙板支架固定好，然后用机械起重机进行拆除。采用特殊的辅助支撑体系对预制墙板进行临时加固，并进行垂直调整。在两个或更多相邻的预制墙板时，用螺栓将墙体构件之间的节点固定。调节支承体系以确保两个联接板的垂直性和稳固性，所有的螺钉都要先拧，由中间向外扩展。

4.2 墙板翻身吊装技术

预制墙板运至工地后，由滑轮在两台机器三点起吊的情况下，将预制墙板翻转完毕，卸下辅助吊具，由主吊车将预制件吊至指定的位置，再用座浆垫和螺帽调整方法对墙体进行水平定位。

4.3 叠合板安装

在吊装叠合板时，应尽量减少由于自身重量引起的弯矩，使用钢扁担吊机，8 个吊点的受力均匀，确保了构件的顺利吊装。吊装时应先进行试吊，先将吊杆吊离地面50cm，再检查钢丝绳、吊钩的受力状况，确保叠板处于水平状态，再吊到工作面上方。

在就位时，层板应由上而下，在工作层上方20cm 处稍作停顿。然后由工人手持面板，使面板的边缘与墙壁的位置线对齐，并注意防止重叠板上的预应力与墙壁上的钢筋发生碰撞。放置时要稳定，不能突然松开，以免产生巨大的冲击力，导致板材开裂。超过5 级大风时，不要再起吊。在调节面板的位置时，要用小块的木板，不能直接用撬棒，以免造成板角的损伤，应确保搁板的长度，允许误差不超过5mm。楼面安装完成后，对标角进行校核，调整底板下可调整的支承。

4.4 楼梯安装

在台阶上画出（左右、前后控制线）的安装位置，在墙壁上画出标高控制线。对楼梯间的预埋件进行检查，并对其进行调整。梯段上下口梯梁用铁垫板找平，并用座浆填实，找平层的标高应精确控制。跳板安装控制线，检查控制线和标高，控制安装高度。楼梯侧壁与结构墙之间留出2cm 的空隙，留出粉刷砂浆的空间。预制梯段为水平起重，在起重过程中，台阶的水平位置要保持在一定的水平位置。将吊环用螺钉固定在楼梯面板上，使钢索吊具和手工吊车连接起吊。在吊装之前，先要对吊环进行检查，并用卡环销钉固定。就位时，楼梯板确保台阶面处于水平状态，由上部吊至安装部位，在离地30cm 处稍作停留，然后由工人双手抓住梯子，使梯子边缘与梯子上的位置线对齐，放低时要稳定，不能急放，以免用力太大而引起板面开裂。

5.结语

组装房屋是一种全新的建筑形式。虽然目前由于其诸多优点逐步得到推广，但仍未形成规模，相关的产业链尚不健全，有待于更多的扶持与推进。因此，在建筑产业政策的指导下，建筑行业必须转变观念，大力推广新的建筑结构体系，促进建筑工业化。