徐 陽

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司 北京 102600)

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，裝配式建筑的優(yōu)勢越來越突出：裝配式建筑質(zhì)量較高，可以最大限度降低因墻體破裂而滲漏的可能性，耐火耐熱等優(yōu)勢明顯；裝配式建筑生產(chǎn)成本較低，長期批量工業(yè)化生產(chǎn)可有效減少環(huán)境污染，突出了環(huán)保優(yōu)勢；裝配式建筑生產(chǎn)效率較高，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)可發(fā)揮良好的抗震性能。因此，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)作為創(chuàng)新性的房屋建筑技術(shù)，是促進現(xiàn)代大規(guī)模建筑發(fā)展的基礎(chǔ)。

1 房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計特點與基本原則

1) 特點分析。房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點為模塊化。模塊化設(shè)計是指利用通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進行組合，以此不斷以新的形式、新的結(jié)構(gòu)、新的單元產(chǎn)生不同或相同的功能狀態(tài)。房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計可應(yīng)用在營銷中心、商業(yè)街、民宿、學(xué)校、宿舍等建筑中[1]。

2) 基本原則。第一，因地制宜原則。在前期規(guī)劃與方案設(shè)計中，應(yīng)遵循裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求，結(jié)合建筑功能和類型，因地制宜采用新材料、新技術(shù)進行設(shè)計。例如，在設(shè)計中應(yīng)考慮混凝土結(jié)構(gòu)類型、配件制作以及堆放、起重設(shè)備半徑所需要的空間等。第二，科學(xué)劃分原則。在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對預(yù)制構(gòu)件柱、板、梁、墻的設(shè)計應(yīng)進行科學(xué)合理的劃分。在進行拆分和歸并預(yù)制構(gòu)件時，應(yīng)盡可能地使預(yù)制構(gòu)件實現(xiàn)基本單元標準化定性，并以減少構(gòu)件種類、提高模具重復(fù)使用率為目的，以此減少工程造價。第三，模數(shù)協(xié)調(diào)原則。在設(shè)計中應(yīng)以合理的搭配做到房屋建筑與部品模數(shù)的有效協(xié)調(diào)，并以標準化、工業(yè)化的生產(chǎn)要求，實現(xiàn)房屋建筑與裝修的合理性，確保后續(xù)裝修一次到位。目前裝配式建筑在我國發(fā)展迅猛，眾多施工單位也認識到裝配式建筑的優(yōu)勢，在逐漸形成較為完善的工業(yè)標準時，可將高預(yù)制率裝配式建筑與快速建造技術(shù)相結(jié)合，進而達到減少資源，提升施工質(zhì)量、安全的目的[2]。

2 房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

在房屋建筑裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計中，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計是以預(yù)制技術(shù)為基礎(chǔ)。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，直接決定了裝配式建造工藝是否規(guī)范，進而決定整體房屋建筑質(zhì)量是否過關(guān)。因此，應(yīng)以合理的預(yù)制技術(shù)，將房屋建筑裝配式混凝土構(gòu)件進行設(shè)計、生產(chǎn)與施工，確保良好的房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)性能，確保房屋建筑裝配式結(jié)構(gòu)達到質(zhì)量要求[3]。

1) 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)類型。目前，在我國傳統(tǒng)房屋建筑中，混凝土結(jié)構(gòu)主要包括預(yù)制的圓孔板、面板以及槽形板等。房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)類型是指利用預(yù)制混凝土構(gòu)件進行裝配與連接，并形成特定的混凝土結(jié)構(gòu)，其中包括全預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)和預(yù)制裝配整體式結(jié)構(gòu)等?；炷两Y(jié)構(gòu)從設(shè)計角度分析，還存在一定的缺陷，表現(xiàn)在抗震、防火性能較低，無法保證房屋建筑安全。但隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)階段房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)也有了顯著的提升，如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)等，這些混凝土結(jié)構(gòu)類型可合理滿足現(xiàn)代房屋裝配式建筑對結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求[4，5]。

2) 裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)。目前，我國房屋建筑常用的裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)包含預(yù)制樁、預(yù)制梁、預(yù)制樓梯、預(yù)制樓板等構(gòu)件。裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)在我國發(fā)展良好，且應(yīng)用較為廣泛，可以提升房屋建筑施工效率，提高房屋建筑施工質(zhì)量，并且由于裝配式混凝土現(xiàn)場澆筑工序較少，可以確保房屋建筑施工工期不延誤[6，7]?；炷量蚣芙Y(jié)構(gòu)可依據(jù)預(yù)制構(gòu)件分為梁柱一字型構(gòu)件、二維預(yù)制構(gòu)件以及三維構(gòu)件。梁柱一字型構(gòu)件主要是指預(yù)制梁構(gòu)件，該構(gòu)件具有良好的整體性能，但對于施工技術(shù)要求較高；二維預(yù)制構(gòu)件是由平面十字型和T型組合而成，二維預(yù)制構(gòu)件具有良好的穩(wěn)固性，但由于設(shè)計與結(jié)構(gòu)的原因，可能會出現(xiàn)因構(gòu)件接頭所處外力較小所引發(fā)的施工繁瑣等問題；三維預(yù)制構(gòu)件是基于二維構(gòu)件進行二次設(shè)計，一般采用雙十字型和三維雙T型進行連接，該構(gòu)件在實際施工中性能更可靠，并且可降低對鋼筋、混凝土材料的消耗，澆筑工作量也有所減少，但存在運輸困難等實際問題[8]。

3) 房屋建筑裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)類型。剪力墻結(jié)構(gòu)在裝配式建筑中與現(xiàn)澆剪力墻體系等同，但延性、耗能方面均優(yōu)于后者。在裝配式建筑中，應(yīng)以合理的改造發(fā)揮剪力墻構(gòu)造效果，將不連接裝配式剪力墻與傳統(tǒng)裝配式剪力墻比較，投入成本降低約10%；采用傳統(tǒng)的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，施工效率為5～7天/層，而采用豎向分布鋼筋不連接裝配式剪力墻，施工效率可達4～6天/層，施工效率提高15%，綜合效益提高約18%[9-11]。豎向分布鋼筋不連接裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢在于：通過抗彎等強的方式，適當增加邊緣構(gòu)件受力鋼筋面積，在保證抗震性能不降低的前提下，取消了豎向分布鋼筋的套筒灌漿、漿錨或螺栓等連接，降低了材料成本，提高了生產(chǎn)、施工的精度，提高了施工效率，規(guī)避了這些連接存在的安全隱患，具有較大市場競爭力和應(yīng)用前景[12]。豎向分布鋼筋不連接裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)徹底規(guī)避了傳統(tǒng)剪力墻連接形式存在的弊端，對建筑工業(yè)和裝配式建筑發(fā)展具有里程碑式的意義。剪力墻結(jié)構(gòu)與裝配式建筑設(shè)計要求見表1。

表1 剪力墻結(jié)構(gòu)與裝配式建筑設(shè)計要求

4) 裝配式混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。目前，在我國房屋建筑施工中，裝配式混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的使用較少。國外已經(jīng)將裝配式框架-裝配剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用在一些工程項目中，主要利用預(yù)制的剪力墻以及現(xiàn)澆剪力墻加以實現(xiàn)。為確保墻體結(jié)構(gòu)的整體性，建筑頂層和底層使用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，這樣就避免了豎向構(gòu)件的不連續(xù)。在剪力墻進行開洞時，應(yīng)上下對齊洞的位置；當房屋出現(xiàn)不規(guī)則凹凸時，應(yīng)將凹凸位置的長寬比減小[13]。

3 房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建造工藝改良分析

1) 針對現(xiàn)澆預(yù)制裝配進行改良。在房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，施工技術(shù)的不斷改良是滿足我國裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)展的關(guān)鍵。例如，在進行裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)針對現(xiàn)澆預(yù)制裝配進行改良，設(shè)計人員首先要對連接鋼筋的方式進行分析，并根據(jù)橫向、豎向結(jié)構(gòu)作出明確的設(shè)計規(guī)定，進而以漿錨的方式確保整體架構(gòu)的穩(wěn)定性，以此促進房屋建筑質(zhì)量的提高。

2) 針對預(yù)制構(gòu)件設(shè)計、制作、品質(zhì)進行改善。在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)對預(yù)制構(gòu)件從設(shè)計、制作、品質(zhì)等方面進行改良。首先，在裝配式混凝土構(gòu)建技術(shù)中，模數(shù)化以及標準化已經(jīng)成為主要的建造手段，在設(shè)計時應(yīng)合理分析兩者區(qū)別，并從綜合性能考慮構(gòu)件的設(shè)計及其制作手段。其次，應(yīng)鼓勵設(shè)計單位積極應(yīng)用建筑信息模型技術(shù)，依托標準化構(gòu)件產(chǎn)品目錄對住宅工程開展正向設(shè)計，住宅工程設(shè)計項目負責(zé)人、結(jié)構(gòu)專業(yè)負責(zé)人應(yīng)關(guān)注如何提高各專業(yè)協(xié)同設(shè)計能力，加強對裝配式住宅建設(shè)全過程的指導(dǎo)和服務(wù)[14]。再次，針對開展設(shè)計、協(xié)同設(shè)計并積極提供住宅建設(shè)全過程指導(dǎo)服務(wù)的設(shè)計單位和注冊工程師，建議市政部門對他們給予設(shè)計市場推薦、評先評優(yōu)加分、優(yōu)先辦理行政審批、減少事中事后監(jiān)管頻次等激勵措施。最后，應(yīng)支持設(shè)計企業(yè)、高校、科研院所積極合作創(chuàng)新，為進一步提高建筑工業(yè)化比例夯實理論基礎(chǔ)，改變現(xiàn)有的預(yù)制構(gòu)件吊裝、澆筑交叉施工模式，用裝配連接取代現(xiàn)有的后澆、灌漿連接，加強構(gòu)造防水，保證抗震性能，縮短工期，提高裝配式建筑質(zhì)量。

4 結(jié)束語

隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，人們對于裝配式建筑的需求也在日益增長。因此，應(yīng)以合理的混凝土構(gòu)件設(shè)計滿足裝配式房屋建筑施工要求，并針對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行改良，進而促進預(yù)制構(gòu)件施工達到標準化、規(guī)范化的要求，并結(jié)合房屋建筑施工需求選取相對應(yīng)的模型，提升房屋建筑施工質(zhì)量。