淺談裝配式建筑設計要點
——以浙二建宿舍樓項目為例

韓云旦

( 浙江省建工集團有限責任公司,浙江 杭州 310015)

裝配式建筑是用預制部品部件在工地裝配而成的建筑。《國務院辦公廳關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》(國辦發(fā)〔2016〕71號)總體要求大力發(fā)展裝配式建筑,堅持標準化設計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理,提高技術水平和工程質量,促進建筑產(chǎn)業(yè)轉型升級。發(fā)展裝配式建筑是推進新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要舉措,有利于節(jié)約資源能源，減少施工污染，提升勞動生產(chǎn)效率和質量安全水平,有利于促進建筑業(yè)與信息化融合。

湖州浙二建鋼結構制造加工基地宿舍樓項目是2016年浙建集團下達給省建工集團的第一個裝配整體式框架結構總承包項目,建筑面積雖然只有1 040 m2,但卻具有里程碑的意義,可為后續(xù)集團預制化業(yè)務的拓展帶來契機。該項目PC預制范圍包括：2層梁、2層板、2層柱、屋面梁、屋面板、外墻板、部分內(nèi)墻板及樓梯,按2016版省《工業(yè)化建筑評價導則》計算的預制率(單體建筑±0.000 m以上主體結構和圍護結構中預制部分的混凝土用量占對應構件混凝土總用量的體積比)達到83%(圖1),裝配率(單體建筑±0.000 m以上的主體結構、圍護墻和內(nèi)隔墻、裝修和設備管線等采用預制部品部件的綜合比例)達到71%(表1)。下面從建筑設計角度來談本次實踐的體會。

圖1 預制率統(tǒng)計圖

1 建筑設計基本原則

設計模數(shù)化是建筑工業(yè)化的基礎,通過建筑模數(shù)的控制可以實現(xiàn)建筑、構件、 部品之間的統(tǒng)一,從模數(shù)化協(xié)調到模塊化組合,進而使裝配式建筑邁向標準化設計。在建筑設計中,要遵循預制構件“少規(guī)格、多組合”的設計原則,最基本的就是統(tǒng)一建筑的開間、進深尺度,形成標準的空間單元,從而減少構件種類。各專業(yè)在前期方案階段就應介入,確定好裝配式建筑的技術路線,依據(jù)標準化原則進行方案設計及創(chuàng)作[1]。

表1 裝配式建筑評分表

注：裝配率=66.56/(100-6)=71%。

因為本工程是浙建集團自籌資金的第一個裝配式建筑,投資有限,正好選擇擬建的2層宿舍樓作為實驗對象,宿舍樓的特點是每個房間平面一樣,這樣就形成了標準的柱網(wǎng),為預制構件拆分提供了良好的基礎,因為層數(shù)太少,所以整體構件的重復率自然較低,但我們還是努力爭取做出最少的規(guī)格：預制外墻板13種34塊,優(yōu)化后為11種34塊；預制內(nèi)墻8種98塊；預制樓梯2種4塊；預制梁19種186根,優(yōu)化后為11種186根；預制疊合樓板26種106塊,優(yōu)化后為18種106塊。優(yōu)化的方法有：在開間軸距保持一致的基礎上,邊跨也要求軸線居柱中,從而每個面上就形成一樣寬度的外墻板、疊合樓板及一樣長度的疊合梁,轉角外墻板處理通過山墻面外墻板進行轉彎處理；梁柱相交位置盡量梁居中,那么樓板在梁柱交接處切角就會形狀一致,如進深6 m的房間就可以分成上下兩塊完全一致的疊合板；同時梁寬梁高結合設計盡量保持一致。

在考慮外立面時,設計簡潔整體,沒有多余復雜的線腳,甚至雨棚也未采用預制PC,而是采用預埋鐵板后裝鋼結構雨棚的做法。預制外墻板嚴格按照柱網(wǎng)和樓層線劃分,拼裝完成后自然形成立面格構式分隔線。

2 預制構件設計

本工程預制構件包括2層梁、2層板、2層柱、屋面梁、屋面板、外墻板、部分內(nèi)墻板及樓梯。在連接構造、保溫設計、防水設計等方面都進行了考慮。

1)連接構造：預制柱和疊合梁頂層節(jié)點，中間梁支座節(jié)點，雙向樓板節(jié)點處采用現(xiàn)澆混凝土進行連接；預制主梁、預制次梁節(jié)點增加鍵槽采用現(xiàn)澆混凝土進行連接；柱和柱豎向鋼筋通過套筒灌漿連接(圖2)；外墻板和外墻板通過套筒灌漿連接。預制板表面做成凹凸的粗糙面；預制梁與后澆混凝土疊合層之間的結合面設置粗糙面；預制梁端面設置鍵槽,且設置粗糙面。

圖2 預制柱、疊合梁中間層中間節(jié)點構造圖

2)保溫設計：預制外墻板根據(jù)節(jié)能計算保溫層選用20 mm厚擠塑聚苯板,構造采用保溫夾心外墻板(50 mm厚鋼筋混凝土板+20 mm厚擠塑聚苯板+160 mm厚鋼筋混凝土板),板和板采用了板板連接件(間距500～700 mm),保溫板周邊也采用了連接件與鋼筋混凝土板固定。這種做法同時體現(xiàn)了墻體與保溫隔熱的一體化設計。

3)防水設計：預制外墻板50 mm厚鋼筋混凝土板本身形成結構自防水；外墻板豎向采用高低企口設置防水(圖3)；接縫處理時,外墻板豎向靠外墻處接縫先采用PU發(fā)泡劑填縫,再采用圓形聚乙烯棒填塞,最后采用厚度不小于10 mm耐候聚氨酯密封膠封閉；外墻板水平向靠外墻處接縫采用方形聚乙烯棒填塞,再采用厚度不小于10 mm耐候聚氨酯密封膠封閉(圖4)。外墻板上端方形橡膠條與側面圓形橡膠條由預制構件廠出廠前粘貼牢固。本項目窗框節(jié)點采用內(nèi)高外低的企口做法,上部設置滴水槽,下部設置斜坡泄水平臺[2]。

圖3 外墻板防水構造

圖4 外墻板與柱縫外處理

除上面重點處理外,預制構件設計還應注意：外墻板考慮空調留洞口，空調安裝預埋件，斜撐預埋螺母，吊裝用吊釘，調節(jié)標高用螺母，灌漿套筒等位置及埋件；疊合樓板考慮設備管線、吊頂、燈具安裝點位的預留和預埋, 滿足設備專業(yè)要求；房間隔墻和內(nèi)走道墻采用自重輕、隔聲好、防水、防火性能好的GRC預制內(nèi)墻板,之間采用企口連接。

3 BIM應用

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是建筑學、工程學及土木工程的新工具。BIM信息化串聯(lián)起設計、生產(chǎn)、施工、裝修和管理全過程,服務于設計、建設、運維、拆除的全生命周期。本項目采用EPC模式與信息化技術結合的方式,旨在全過程、各參與部門的信息交換能集成在一個平臺上[3]。

筆者用Revit軟件建模時,將建筑分現(xiàn)澆和預制兩個部分建?！，F(xiàn)澆模型包括非預制的建筑、結構、水、電模型,建模深度到達構件級；預制模型內(nèi)包含預制外墻板、預制梁、預制柱、預制疊合板等,建模深度達到構件級。模型由3人完成：1人負責鋼筋模型,1人負責水電,1人負責建筑、結構的預制現(xiàn)澆模型。通過本項目的實踐,總結出BIM信息化在設計各個階段的作用。在擴初設計階段, BIM模型數(shù)

據(jù)較為準確,所以能有效地提供準確的基礎數(shù)據(jù),將工程數(shù)據(jù)分解到構件級、材料級等,在這個階段可以進行結構計算、工程造價計算等,所以在這個階段BIM介入比較合適。而進入施工圖階段,BIM模型有可視化的優(yōu)點,對于復雜建筑節(jié)點及各專業(yè)碰撞,能直觀地呈現(xiàn)出來；在構件加工圖設計階段, 建筑專業(yè)提供預制構件的尺寸控制圖,并對預制構件中的門窗洞口、機電管線精確定位外,還考慮生產(chǎn)運輸和現(xiàn)場安裝時的吊鉤及臨時固定設施安裝孔的預留預埋；在施工現(xiàn)場,設計人員對于復雜建筑節(jié)點,利用BIM360,在現(xiàn)場查看BIM模型。

4 結 語

通過此次實踐,筆者深深體會到預制構件最高水平的設計應該是由設計人員、施工隊、機械承包商共同合作完成的,因此在裝配式建筑設計中,不僅要求建筑師對本專業(yè)及相關專業(yè)有深入了解,還要對施工運輸、施工現(xiàn)場、施工工藝及構件加工與模具利用有一定了解,同時要掌握BIM技術,通過對構件設計和構件安裝的直觀可視,提升裝配式建筑的設計能力,做到像對待機器零件設計一樣對待建筑構件設計,充分發(fā)揮設計在整個工程建設過程中的主導作用。

當然此次裝配式建筑的實踐還是有許多地方可以改進：如墻板連接進一步采用凹槽加鋼筋拉結的方式；預制外墻板和裝飾一體化,并盡量采用內(nèi)保溫便于提高構件安全性；外墻轉角處盡量采用現(xiàn)澆；窗框應預先埋于預制外墻板內(nèi)；設備管線盡量和結構體分離等。希望在后期項目中得到實踐。