探析裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點

                          2020.7.2號寫作  不付款

    摘要：現(xiàn)代工程建筑行業(yè)發(fā)展依賴于工程建筑結(jié)構(gòu)模式的創(chuàng)新。裝配式建筑的高效率和高質(zhì)量特點使得其在工程建筑設(shè)計中應(yīng)用廣泛。然而，裝配式建筑結(jié)構(gòu)自身的復(fù)雜性特點使得其工程施工面臨較大的挑戰(zhàn)。只有加強其設(shè)計要點分析，結(jié)合工程實際需求和施工環(huán)境進(jìn)行方案設(shè)計。因此，本文擬通過深入探究當(dāng)前預(yù)制裝配式建筑的發(fā)展?fàn)顩r，總結(jié)裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計流程，并從預(yù)制構(gòu)建的深化設(shè)計、連接設(shè)計、構(gòu)造設(shè)計及防水設(shè)計這四個要點進(jìn)行裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點分析，最后通過分析總結(jié)構(gòu)建特點和應(yīng)用效果來為整個工程設(shè)計及工程建筑行業(yè)結(jié)構(gòu)模式創(chuàng)新提供參考。
關(guān)鍵詞：裝配式建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計； 預(yù)制構(gòu)件；設(shè)計要點
引言
工程建筑行業(yè)在社會經(jīng)濟迅速發(fā)展的大前提下迅速崛起，其工程建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計及模式創(chuàng)新成為當(dāng)前建筑行業(yè)發(fā)展的突破口。當(dāng)前傳統(tǒng)的工程建筑結(jié)構(gòu)模式的粗放性特點使得企業(yè)成本資源配置利用不合理，工程施工過程中所帶來的環(huán)境污染和能源浪費等問題也使得工程建筑行業(yè)發(fā)展受阻。此外，人民生活水平的提升使得工程建筑產(chǎn)品質(zhì)量及工程建筑安全保障無法滿足人民的需求。因此，加強預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用進(jìn)而實現(xiàn)工程建筑結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)新完善對于助推建筑工業(yè)化具有重要價值。
1 裝配式建筑的相關(guān)概念
預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)是指由各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)過一系列現(xiàn)場施工流程實現(xiàn)連接進(jìn)而形成的結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)構(gòu)件大多為墻板及柱等，結(jié)構(gòu)構(gòu)件通過焊接和現(xiàn)澆混凝土等過程形成具有特色的建筑結(jié)構(gòu)。裝配率是指裝配式混凝土建筑室外樓板上部主結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)中裝配式構(gòu)件數(shù)量和相應(yīng)構(gòu)件總量的體積比。
2 預(yù)制裝配式建筑的發(fā)展
2.1 預(yù)制裝配式建筑的發(fā)展背景
2013年我國出臺了關(guān)于綠色建筑行動的政策方案，并明確規(guī)定了建筑體系設(shè)計應(yīng)以滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求為基礎(chǔ)，加強建筑工程的預(yù)制和裝配水準(zhǔn)提升重要戰(zhàn)略指導(dǎo)地位， 打造符合市場需求的預(yù)制混凝土建筑體系，進(jìn)而為實現(xiàn)工業(yè)化發(fā)展創(chuàng)造有利條件。建筑產(chǎn)業(yè)化的基本要求為基于工業(yè)預(yù)制工藝來設(shè)計科學(xué)可行的可裝配結(jié)構(gòu)體系。只有切實保障預(yù)制工藝的精確性和標(biāo)準(zhǔn)性，結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況進(jìn)行預(yù)制件的組裝，從而為重要構(gòu)件的預(yù)制質(zhì)量提供充分保障。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場澆灌施工方式相比，預(yù)制件組裝的工程大規(guī)模生產(chǎn)模式的產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率較高，更加滿足當(dāng)前工業(yè)化改革及工程建筑行業(yè)發(fā)展的需求。大規(guī)模生產(chǎn)模式可以實現(xiàn)對所有構(gòu)件的工業(yè)化生產(chǎn)及制作。此外，預(yù)制與裝配技術(shù)在構(gòu)件組裝生產(chǎn)和制作加工過程中具有重要應(yīng)用價值，其結(jié)構(gòu)性能的提升可以為建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展及工程建筑質(zhì)量提升提供重要保障。
2.2 預(yù)制裝配式建筑的使用情況
當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的生產(chǎn)能力及水平的缺乏導(dǎo)致預(yù)制與裝配技術(shù)體系在工程建筑施工過程中的應(yīng)用面臨較大的挑戰(zhàn)。許多地區(qū)的樓板建筑設(shè)計有采用預(yù)制產(chǎn)品的相關(guān)構(gòu)件，但是傳統(tǒng)的現(xiàn)澆方式仍然為其主要建筑結(jié)構(gòu)模式。相關(guān)工程建筑設(shè)計研究人員并沒有充分意識到裝配式結(jié)構(gòu)建筑的重要應(yīng)用價值，導(dǎo)致預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系發(fā)展及實際施工應(yīng)用發(fā)展面臨許多難題。此外，設(shè)計人員對預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的不認(rèn)可導(dǎo)致其市場及受眾人群較少。
2.3 預(yù)制裝配式建筑的優(yōu)勢
和傳統(tǒng)的現(xiàn)澆模式相比較，預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)具有以下幾方面的特征：
(1）預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)中所應(yīng)用的墻板采用的是較為輕便的構(gòu)件材料，對于實現(xiàn)房間空間自由布局及使用效率提升具有明顯優(yōu)勢。
(2）預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)對于工程總量降低和工程施工部門的建筑工作有序展開，創(chuàng)造了有利條件，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件在材料成本管理及生態(tài)環(huán)保問題上占據(jù)明顯優(yōu)勢，有效落實綠色建筑行動的相關(guān)政策方案。
(3）預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用有效提升了工程建筑的施工效率，施工時間的縮短可以為企業(yè)的經(jīng)濟效益提升提供充分保障。
(4）預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)下的工程建筑產(chǎn)品生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量得到了一定的保障，對于材料成本的控制管理更是堅持以生態(tài)環(huán)保和節(jié)約資源為核心。
2.4設(shè)計流程
裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計流程與常規(guī)建筑設(shè)計方式的差異性主要體現(xiàn)在工程方案及圖紙的設(shè)計、結(jié)構(gòu)選擇及實際工作操作注意事項等方面。在進(jìn)行裝配式建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計時應(yīng)體現(xiàn)設(shè)計的全面性和深化性，重點滿足工程建筑結(jié)構(gòu)模式適應(yīng)工程施工環(huán)境的需求。此外，工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實操過程中應(yīng)以工程規(guī)模及功能需求作為方案設(shè)計的重要內(nèi)容，工程成本控制管理對于整個建筑項目質(zhì)量及經(jīng)濟效益保障具有重要價值。最后，裝配式建筑結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)以滿足抗震設(shè)計規(guī)范及框架柱的可行性設(shè)計為重點，要求所有預(yù)制構(gòu)件都應(yīng)符合設(shè)計規(guī)范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)
近年來裝配式建筑的迅速發(fā)展也使得其建筑結(jié)構(gòu)形式呈現(xiàn)出多樣化的特點，其建筑結(jié)構(gòu)適用條件及工程項目也會基于工程施工環(huán)境具有一定的差異性。因此，工程建筑設(shè)計單位在確定建筑結(jié)構(gòu)時應(yīng)加強與建設(shè)單位的溝通交流，實現(xiàn)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點及流程上的認(rèn)知一致性，為后續(xù)的各環(huán)節(jié)工程施工有序進(jìn)展創(chuàng)造有利條件。常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案應(yīng)體現(xiàn)方案的全面性和實用性，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在生產(chǎn)及運輸過程中所存在的不可控因素對于整個方案設(shè)計及生產(chǎn)施工環(huán)節(jié)具有重要意義，因此，提升各環(huán)節(jié)的配合效率是提升工程建筑經(jīng)濟效益的重要內(nèi)容。為切實保障各類構(gòu)件工業(yè)化預(yù)制的效果，工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則應(yīng)集中體現(xiàn)工程施工操作便利及工程建筑結(jié)構(gòu)受力等特點，充分發(fā)揮各專業(yè)設(shè)備的優(yōu)勢，以高效處理各類管線的預(yù)埋為重要工作內(nèi)容。
3 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點
3.1 預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計
預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計應(yīng)結(jié)合設(shè)計圖紙和生產(chǎn)工藝等多種因素進(jìn)行優(yōu)化處理。現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的實時監(jiān)測對于其深化設(shè)計具有重要意義。在設(shè)計預(yù)制構(gòu)件的圖紙設(shè)計時應(yīng)保障設(shè)計內(nèi)容的覆蓋范圍及科學(xué)性，對于孔洞及管線的處理都應(yīng)體現(xiàn)在圖紙設(shè)計上來，并要求設(shè)計圖紙經(jīng)過科學(xué)檢驗并符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求才能展開具體施工作業(yè)。
3.2 預(yù)制構(gòu)件連接設(shè)計
套筒灌漿連接方式的特點為利用適量鋼筋實現(xiàn)豎向與水平接縫處的有效連接，以滿足相關(guān)施工作業(yè)需求。為有效保障鋼筋的作用，采用20mm的較厚的混凝土作為鋼筋接頭套筒處的重要組成結(jié)構(gòu)，且各套筒間距超過25mm更加符合預(yù)制剪力墻的基本要求。在具體施工過程中，預(yù)制板和預(yù)制梁之間所形成的疊合區(qū)域應(yīng)避免光滑面的結(jié)構(gòu)形式，粗糙面不僅應(yīng)用于其疊合區(qū)域，在預(yù)制梁端面施工中也具有重要應(yīng)用價值。同時，結(jié)合面與總面積的占比應(yīng)不超過20%，其余均為粗糙面。展開預(yù)制板粗糙面的設(shè)置與預(yù)制梁及強端的粗糙面設(shè)置應(yīng)對其產(chǎn)生的凹凸深度進(jìn)行差異化處理，一般情況下展開預(yù)制板粗糙面所產(chǎn)生凹凸深度更淺。此外，預(yù)制構(gòu)件連接處的穩(wěn)定性依賴于其座漿材料強度，只有較強的強度才能有效保障其穩(wěn)定性和安全性。
3.3 預(yù)制構(gòu)件構(gòu)造設(shè)計
疊合單板在預(yù)制樓板設(shè)計中應(yīng)用較為廣泛，一般需要對底板進(jìn)行開洞作業(yè)處理，在洞寬不超過300mm的情況下鋼筋位置的調(diào)節(jié)應(yīng)以避開洞口為基本施工要求，且應(yīng)保證洞口的完整性。在洞口超過300mm但小于1000mm時，洞口的大尺寸要求附加鋼筋的增設(shè)是保障洞口安全性的必要舉措。圈梁的增設(shè)處理一般出現(xiàn)在樓層屋面與立面為收進(jìn)式的施工環(huán)境，其核心作用在于保證樓層結(jié)構(gòu)的整體性。如果預(yù)制剪力墻頂部缺水后澆圈梁，水平后澆帶的增設(shè)是保障墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的重要施工環(huán)節(jié)。此外，還應(yīng)增設(shè)縱向鋼筋。
3.4 預(yù)制構(gòu)件的防水設(shè)計
由于太陽輻射及天氣等自然災(zāi)害及一系列不可控環(huán)境因素所帶來的影響導(dǎo)致建筑漏水現(xiàn)象嚴(yán)重，建筑的后期維護(hù)存在很多問題。因此，針對預(yù)制構(gòu)件的有效防水設(shè)計是提升工程建筑安全性的重要內(nèi)容。裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系下預(yù)制樓板和外墻沒有實現(xiàn)與外界環(huán)境的隔離，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到損害。在實際操作過程中可以采用三明治外墻板，其封閉型設(shè)計對于提升其防水性能十分關(guān)鍵。一般情況下外墻板最外層大多選擇聚氨酯密封膠作為原材料，而具有防水功能的橡膠條，來緊密連接各相鄰構(gòu)件，多重防水效果更能滿足預(yù)制構(gòu)件的功能保障需求。
4 裝配式構(gòu)件特點及其應(yīng)用效果
4.1 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)特點
裝配式混凝土結(jié)構(gòu)特點主要體現(xiàn)為以下幾個方面：第一，樓板在廠內(nèi)的工作主要為對除底面以外的其他結(jié)構(gòu)面的預(yù)留進(jìn)行鋼筋連接及孔洞和管線的施工，其實質(zhì)為樓板制作工程量只完成一半。在這一過程中所制作出來的樓板與組織上層鋼筋進(jìn)行綁扎及混凝土澆筑作業(yè)。主梁和次梁作為梁結(jié)構(gòu)的主要形式。對于梁上部荷載的承受主要依靠主梁，而次梁的傳遞荷載作用主要體現(xiàn)在實現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)荷載的傳送。在生產(chǎn)梁結(jié)構(gòu)過程中應(yīng)充分意識到預(yù)留連接鋼筋的重要性，以保障主梁上部的承受力和穩(wěn)定性。此外，次梁安裝口設(shè)計的意義在于為主梁與次梁的穩(wěn)定連接創(chuàng)造有利條件。
4.2 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)劣勢
(1）優(yōu)勢
第一，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在耐久性和耐火性方面比鋼結(jié)構(gòu)更占據(jù)明顯優(yōu)勢，可以有效降低因保養(yǎng)和后期維修工作所帶來的成本損失。第二，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的完整性特點顯著。第三，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)可以基于施工要求及施工環(huán)境現(xiàn)狀靈活調(diào)整其結(jié)構(gòu)體系，體現(xiàn)差異性和針對性。第四，與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)形式所耗鋼材原材料相比，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的材料成本較低，水泥混合料可以替代部分鋼筋從而有效節(jié)約工程建筑成本，從根源上為工程建筑經(jīng)濟效益提升奠定基礎(chǔ)。
(2）局限性
第一，與砌體和木材的重量相比，鋼筋混凝土密度更大，由于其截面尺寸較大的特點使得其自重在同跨度鋼筋結(jié)構(gòu)中明顯偏大。第二，混凝土抗拉強度較低使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫現(xiàn)象產(chǎn)生，導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的美觀和耐久實用性受到一定不利影響。第三，混凝土結(jié)構(gòu)對于施工人員投入量及質(zhì)量有更高的要求。第四，一般混泥土結(jié)構(gòu)會受到天氣季節(jié)等環(huán)境變化因素影響，導(dǎo)致其建筑性能受到制約。第五，一旦裂縫問題產(chǎn)生，后期的修復(fù)維修作業(yè)所耗時間成本及資源成本較高，且耐久性也很難得到有效保障。
結(jié)束語
綜上所述，裝配式建筑結(jié)構(gòu)作為一種新型的現(xiàn)代工程建筑結(jié)構(gòu)模式，是實現(xiàn)施工效率及質(zhì)量提升的必然要求。同時，管理人員對于工程建筑施工成本控制管理具有一定積極影響，廣大管理人員需要進(jìn)行積極的技術(shù)探索與技術(shù)創(chuàng)新，提升成本控制管理的綜合質(zhì)量。
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