预制装配式建筑结构体系与设计探析
[摘要]在我国的建筑工程领域中，房屋建筑通常采用的是现场浇筑的作业方法。但随着城市建设速度的持续加快，人口密集度也在随之提升，传统类型的施工方式已经不能够很好地满足城市居民的居住要求。针对此种情况，预制装配式建筑应运而生，并得到了广泛的应用，对预制装配式建筑的结构体系展开研究。
[关键词]预制装配式；装配式建筑；结构体系
最近几年来，虽然我国的城市建设工作在持续推进，但随着人口密集度的全面提高，各个地方都面临着资源短缺和环境恶化的问题，这在无形当中为建筑行业提出了更高的要求标准，建筑企业也要积极创新原有的管理模式，引用新型的施工技术来提高建筑效率和施工质量。预制装配式建筑是一种新型的建筑形式，一经出现则在整个行业内获得了广泛的关注。预制装配式建筑又称为拼装房，在建筑工程正式开展之前，在工厂内将相关的建筑构件进行预制完成，并通过适当的运输方式将其运送到施工现场。预制装配式建筑不仅可以简化不必要的施工环节，保证施工进度，而且还能够大幅度提升建筑工程项目的施工质量，增加企业的经济效益。
1.预制装配式建筑结构体系
1.1概述
装配式建筑的主要结构采用的是大板式，包括槽形板、屋面板以及圆孔板这几种预制构件。传统类型的装配式建筑在连接和受力方面均存在一定的缺陷，在使用过程中可能会导致建筑结构发生问题，随着整个行业的不断发展以及施工技术的积极创新，其逐渐被行业淘汰。近年来，在我国的民用建筑中，预制装配式建筑的应用范围在逐步扩大，其不仅可以简化施工流程，提高施工质量，而且还能够达到节能减排的发展目标。
1.2结构体系
从结构形式的角度加以分析，预制和现浇并不存在十分明显的差异，但预制装配式建筑对于构件之间的连接作业提出了非常高的要求，即使是结构布置处于完全一致的情况下，如果所采用的连接技术不符合要求，同样也会产生完全不同的力学性质，进而影响到建筑本身的抗震性能。这对设计人员的专业水平和工作经验提出了非常高的要求。随着整个行业的积极发展，诸如IMS体系被广泛应用，但由于在具体的安装施工作业中，需要在施工现场布置一定数量的斜撑，因此仍然存在着一定程度的应用局限性。如果按照配化程度来对装配式建筑的结构进行分类，那么大致可分为局部和全部这两类。需要强调的是，装配化程度本身并不会对建筑结构的刚度带来影响，主要和节点与构件之间存在着密切的关联性。相比较来看，干式节点不存在转动刚度，因此主要被应用到需要承受竖向荷载力的建筑工程中（图1）。
2.预制装配式建筑结构体系设计
2.1设计思想
施工单位在正式接到建筑工程项目的施工要求之后，需要面向整个行业市场来选择出设计能力优且具备丰富经验的预制建筑结构设计单位，并将预制装配式建筑的结构设计工作交给他们来全权负责。设计单位应当派遣设计人员提前深入到建筑工程项目的施工现场，全面掌握施工现场周边的地形地貌以及地下水的活动情况，提前列举出可能引发地质自然灾害以及相关安全事故的可能性。在这一过程中，设计人员需要将相关的信息数据收集到一起，并认真填写调查结果，严格按照《装配式混凝土结构技术规程》中的相关要求来完成后续的设计工作。在对预配式建筑结构进行方案设计时，其中应当包含框架结构、剪力墙结构以及各项施工步骤等多个环节，同时还要从细节入手来完善各项设计内容的可行性。在这一过程中，设计人员应当格外关注对于现浇刚性节点以及叠合技术的应用频率，避免整个建筑工程项目的成本过高而影响到建筑企业的经济效益。最后，为了能够进一步提高设计方案的可行性与整体质量，设计人员还需要认真研究不同形式下的设计要求，从结构力学特性的角度出发来完善设计工作。
2.2设计内容
2.2.1框架结构体系设计。预制装配式建筑的结构体系在进行组装过程中，其中最为重要的核心要素即为预制叠合板与叠合梁。在上文中已经初步了解了预制装配式建筑的主要特点，其中所需要应用到的结构构件均由工厂进行生产，将其运送到施工现场后完成后续的浇筑和焊接作业。为了能够进一步提高预制装配式建筑的施工质量，则需要认真考虑以下几个方面的问题：首先，施工人员必须要保证预制装配式建筑结构的规则性与平整性，严格按照施工设计方案中的具体要求来进行装配式框架结构设计。尤其是针对其中的支撑构件，务必要保证其强度符合施工标准，提前检查好相应构件的承载水平，核对好梁柱构件轴间的平衡性。其次，施工人员还要重点处理框架结构与梁柱之间的交接位置，不仅要确保框架的稳定性，同时也要保证框架的刚性符合施工要求，在选择混凝土材料时，应当考虑其强度需要达到C30以上。最后，在预制装配式建筑的施工过程中，施工环境的变化同样也会对建筑结构的承载力和稳定性带来一定程度的影响。因此，施工人员在对装配式建筑的内部构件进行焊接作业时，务必要提前准确计算出扭矩、弯矩以及剪力参数，以此来大幅度提高预制装配式建筑的结构稳定性，为后续的作业流程打好基础。2.2.2剪力墙结构体系设计。在对预制装配式建筑的剪力墙进行结构设计时，需要重点关注的是如下两点要素：首先，对承重墙板进行设计。承重墙板是装配式建筑的剪力墙结构中不可或缺的部分，同时也是整个受力体系中的核心部分。因此，设计人员务必要严格遵循建筑工程的承载墙内力计算结果来进行合理设计。在这一过程中，设计人员在对结构的竖向抗测力进行设计时，必须要确保承重墙的水平及竖向的重要连接部位之间的紧密度，在此基础上完善相应的抗震和连接设计方案，保证装配式建筑的结构性能符合施工要求。其次，构件加工与现场拼装。在对预制装配式建筑的剪力墙结构体系进行设计时，所采用的是分块式设计模式，因此设计人员务必要结合工程实际来合理确定建筑工程中相关构件的拼接位置。其中，针对竖向拼缝而言，设计人员则要将结构的受力面积控制在合理范围内，要保证所选择的构件符合要求，为后续的构件加工以及构件拼接作业打好基础。另外，在具体的设计过程中，设计人员还应当提前规划出预制构件的运输以及吊装验算工作，避免在这两项环节中引发钢筋变形或构件开裂等问题。如今，预制装配式建筑结构已经被广泛运用到我国的建筑工程体系中，并逐渐成为一项不可或缺的关键性内容。因此，设计人员同时还需要综合考虑到不同施工区域内对于建筑抗震能力的要求，在此基础上全面提高预制装配式建筑结构的稳定性和适应性。在未来的发展历程中，一方面要全面提高预制效率，另一方面则要在保证施工质量的同时将建设成本控制在合理范围内。
2.3设计流程
我国政府已经针对预制装配式建筑的结构设计制定出了十分明确的要求规范。因此，在日后的施工中，需要严格遵循如下流程来完成设计工作：首先，设计人员需要针对预制装配式建筑的相关特点进行全方位的了解，整合施工现场周边的具体情况，在此基础上全面提高建筑结构设计方案的标准性与可行性。在保证预制装配式建筑基本功能的同时，严格遵循少规格、多组合的设计原则，进一步突出设计方案内容的个性化和多元化特点。在这一过程中，设计人员还要根据建筑工程项目的具体要求来考虑是否要提前设计精装修方案。其次，应当参考现浇结构体系来完成相关的计算工作，提高计算结果的准确性，在此基础上对局部结构的参数作出适当调整，保证各专业之间的协同设计。此外，还要从客观条件出发来评估预制构件的经济性和可靠性，并将可能对最终的施工质量、施工进度以及施工成本带来负面影响的因素进行深入分析，提前给出解决建议。最后，应当根据初步提供的设计方案，合理利用BIM技术建设数字模型，以此来检验设计方案内容的可行性，并针对其中至关重要的连接节点进行内容优化。在这一过程中，设计人员需要与加工厂以及施工单位之间建立起密切的沟通关系，并提前做好技术交底工作，保证设计图纸的完整性。
3.结语
预制装配式建筑虽然在我国的应用时间尚短，但已经取得了十分优秀的建筑成果。相信在未来的发展历程中，预制装配式建筑将发挥出更多的优势，以此来有效解决我国现代化城市在建设过程中所遇到的环境保护问题以及人口密集问题，促进建筑行业的稳定前行，为人们打造出更加舒适的居住环境。
肖金敏 长沙市建筑工程质量安全监督站
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