装配式混凝土建筑预制构件深化设计要点分析

刘书鹏

（广东省建筑设计研究院有限公司深圳分公司，深圳 518063）

1 预制构件类型

1.1 各阶段设计要点

装配式混凝土建筑在不同设计阶段所涉及的内容各不一样，但又环环相扣。为实现部品部件及构件标准化，项目的实施需要建筑、结构、机电等专业在方案设计阶段进行前期策划，项目设计的优劣在很大程度上决定了装配式混凝土建筑的安全性、经济性、合理性以及现场构件安装的可实施性。因此，做好方案设计阶段的装配式建筑策划是核心，在方案阶段中应当考虑技术前置、管理前移、协同设计，需要从方案阶段开始引入装配式建筑的协同设计以及标准化设计理念[1]。

初步设计阶段主要以满足装配式评价指标的相关要求，进行构件平面布置及拆分设计，以满足施工图设计文件的需要，并在施工图设计完成之前，编制装配率计算书以及装配式建筑实施方案。初步设计中应包含装配式混凝土建筑的专篇设计内容，需要进行抗震设防专项审查的装配式混凝土建筑，超限审查报告中应包含装配式建筑专篇。

施工图设计阶段应满足施工及设备材料采购，非标准设备制作的需要，以及满足预制构件深化设计的需要，准确表达预制构件与现浇构件的相互关系，各项评价指标得分项均应在各专业施工图中逐项落实。

深化设计阶段主要为满足构件招投标、模具深化、构件生产、运输、安装的需要，并与主体施工图设计的结构安全、建筑性能等要求一致，主要内容包括构件外形尺寸模板图、安装连接图以及构件配筋图。

1.2 类型概述

根据国家标准《装配式建筑评价标准》（GB/T51129-2017）[2]和广东省装配式建筑评价标准《装配式建筑评价标准》（DBJ/T15-163-2019）[3]中的装配率要求，预制构件按施工部位分为主体结构，围护墙和内隔墙。其中主体结构又分为竖向构件和水平构件，围护墙需要满足与保温、隔热、装饰集成一体化等要求，主要预制构件类型分析表详见表1。

表1 装配式混凝土建筑预制构件类型分析表

根据相关工程的统计和工程经验，各类预制构件的拆分与预制率有密切关联，同时需要考虑运输和安装条件对预制构件的限制，包括：重量、高度、宽度、长度以及场地存放等要求[4]。

1.3 适用分析

住宅项目主要以叠合楼板、预制楼梯、外挂墙板等构件为主，其特点在于布置规则、利于生产、吊装方便。办公楼主要以钢筋桁架楼承板为水平构件，竖向构件采用单元式玻璃幕墙或者外挂墙板。工业厂房项目，为适应大跨度和承受较大荷载的特殊要求，水平构件通常采用预应力带肋叠合楼板或者钢管桁架预应力混凝土叠合板，外墙通常采用轻型墙板，便于现场安装调节。

不同类型的建筑所采用的构件适用分析，还需要考虑构件的尺寸规格，以及所采用的材料。例如层高较大的公共建筑，采用竖向构件需要考虑构件最大高度及安装时支撑的设置要求，如果采用高度大于5m 的预制柱或预制剪力墙，应考虑构件运输是否存在困难，现场施工起重机械最大起重量是否满足要求，以及临时固定斜撑应增设一道加以防护。

2 预制构件深化设计

2.1 设计内容

构件深化设计阶段主要内容有：预制构件明细表，各类预制构件深化图（模板图、安装图、配筋图），装配式建筑安装、连接节点大样，装配式建筑设计总说明，以及预制构件在各工况作用下的受力分析。

根据构件位置，所采用的连接方式各不一样，外挂墙板需要考虑水平、竖向钢筋的连接方式以及防渗漏水措施。叠合楼板需要考虑后浇拼缝的连接钢筋碰撞以及支座钢筋与梁柱纵向受力钢筋的干涉。预制剪力墙，预制柱需要采用灌浆套筒连接方式，保持竖向受力钢筋连续并且起到有效传力的作用。在连接方式上，有向明[5]列举了螺栓和焊接等连接方式的使用范围。

2.2 关键连接节点

因工程实际项目中所涉及的优化措施，本文主要论述的关键连接节点为预制凸窗水平连接节点。分别有三种不同的连接方法：封闭箍筋连接如图1 所示，开口箍筋连接如图2 所示，弱连接如图3 所示。三种不同的连接节点的优缺点分析，详见表2。

图1 封闭箍筋连接

图2 开口箍筋连接

图3 弱连接

表2 预制凸窗水平钢筋连接节点优缺点分析表

存在的主要问题如下：

（1）开口箍筋现场施工常见质量缺陷表现为露筋，如图4 所示。主要成因在于现场施工安装人员随意弯折外伸钢筋，如图5 所示，导致钢筋位置无法按设计图纸正常落位，同时改变结构受力形式，存在一定的安全隐患。

图4 露筋质量缺陷

图5 水平钢筋随意弯折

（2）封闭箍筋连接主要存在的问题在于竖向主体钢筋定位绑扎困难，如图6 所示。封闭箍筋会增加现场施工难度，影响施工进度。

图6 竖向主体钢筋定位绑扎困难

三种不同连接方式分析总结：

（1）根据项目实际情况，若单个标准层预制凸窗数量较多，为保证工期要求，采用“弱连接”方式较好；

（2）若需要受力牢固，并且不产生竖向裂缝导致渗水风险，采用“封闭箍筋连接”的方式较好。

（3）如果预制凸窗数量较多，安装影响进度，在保证安装过程中钢筋正确搭接的前提下，采用“开口箍筋连接”的方式较好。

优化建议：采用组合封闭箍的方法，施工现场绑扎形式，由开口箍转变为封闭箍，如图7 所示。

图7 组合封闭箍

3 设计质量风险划分及防控

3.1 风险等级划分

在构件深化设计和现场施工过程中，存在若干风险，主要的风险等级和所含种类详见表3。

表3 预制构件风险等级分析表

在关于装配式建筑构件深化设计中存在的问题分析中，王绍龙[7]所列举的三种不同位置的连接情况，主要为梁柱、梁梁之间的钢筋碰撞检查，墙板之间、墙板和柱之间缺乏连接钢筋，预制层与现浇层连接不合理，从而影响到吊装效率。

3.2 风险防控

从设计的角度上考虑，避免构件深化图纸质量问题的措施主要在于：前期做好风险分析，逐一列举项目中可能存在或可能发生的质量事故，提前防控，主动出击。运用好相关BIM 模型软件，模拟现场施工吊装，以及构件尺寸复核确认，钢筋碰撞等常规性检查。

从构件生产的角度上考虑，应对常见的质量缺陷，形成标准的操作流程，对工人进行岗前教育培训和技术交底，规避人为因素导致的钢筋定位偏差或预留管线定位不准等其他一般风险。针对特大风险，主要在于构件出厂前应复核混凝土强度是否达到规定的设计强度，以及对吊钉进行拉拔试验检测，满足相关技术规范标准要求。

从现场施工角度上考虑，总包单位需要组织编制预制构件专项施工方案，从构件进场运输堆放，到吊装连接施工，分别具有安全控制措施和质量控制措施，对构件定位和钢筋连接进行符合性检查，以及灌浆套筒连接是否按施工标准执行。同时建立装配式建筑施工安全风险识别方法[8]，并确定风险控制步骤，明确对象，分析原因，为安全措施提供一定依据。

4 总结

装配式混凝土建筑预制构件深化设计是一项系统性的工作，需要项目各参与方工程技术人员地共同努力下，才能够保质保量完成。其中设计人员应具备十分扎实的理论知识作为技术支撑，以及自身较高的责任心和爱岗敬业的工作态度。随着科技的不断进步和人们对高品质生活的向往和追求，作为参与装配式建筑中的每一位工程技术人员应当紧跟时代步伐，凭借自身的专业优势，更加有效地服务于工程建设当中。