装配式建筑结构设计优化路径研究

装配式建筑结构设计优化路径研究

杨立

济宁市规划设计研究院 山东省济宁市 272000

摘要：随着城市化进程不断推进，建筑工程正在向着高层化、轻型化的方向发展，装配式建筑顺应了这一发展趋势，同时也满足绿色建筑的要求，符合新时期建筑业持续发展的要求。近年来，装配式建筑逐年增多。结构设计一直是建筑工程建设重点，优化装配式建筑结构设计，对保证施工质量，缩短工期，降低成本等方面皆有非常重要的意义。基于此，开展装配式建筑结构设计的优化策略探讨就显得尤为必要。

关键词：装配式结构设计；应用；优化

1预制装配式结构概念简述

装配式建筑简单来说就是以在工厂已经预先完成的构件为组合材料。由于建筑的主体结构已经在工厂内准备完毕，因此在规定区域进行施工仅仅只是将构件按照预定的设计形式进行组装即可，不仅施工速度极快，受外界环境因素的影响也将降到最低，同时节约了大量的劳动力资源从而大大缩减了施工成本。从现场实际的施工情况来看，相较于传统的现浇作业方式，建筑的各个结构由于已经在工厂内生产完毕，因此大大减少了施工现场的存放材料种类。预先生产完毕的构件主要包括外墙板、楼梯、预制梁以及预制柱等。

2装配式建筑结构

随着我国建筑行业的发展，我国的装配式结构件制作往流程精细化、设计模数化发展，装配式构件的生产效率得到了明显的提升，装配式结构件的制作成本降低，同时装配式结构更加符合绿色环保标准，降低了工地施工中浇筑工作对环境的污染程度，并且在一定程度上减少了建筑材料的使用，符合节能要求。下面将对装配结构中常用的四种装配模式进行简述。

2.1砌块建筑

这种建筑使用预制块状材料砌成墙体，适用于三至五层的建筑物，对于高层砌块而言，砌块内还会留有钢筋孔道，加强砌块建筑的物理强度，砌块包含大中小三类，方便施工人员选择，并且具有易搬运的特点，节约了施工时间。砌块分为实心与空心两类，根据建筑要求的不同可灵活使用，降低了施工难度，同时由于砌块为预制构件，减少了砌块养护的工作量。

2.2升板和升层建筑

这种建筑的结构体系是由板与柱联合承重，在底层混凝土地面上重复浇筑各层楼板和屋面板，竖立预制钢筋混凝土柱子，以柱为导杆，提升楼板和屋面板至设计高度，然后加以固定。至于内外墙体，可现浇钢筋混凝土，也可砌筑砖墙，还能安装其它轻质幕墙等。它将大量现浇过程挪到地面进行，减少了高空作业和垂直运输，节约了模板和脚手架工程，并减少了施工现场面积，非常适合施工现场受限的建筑，多用作商场、仓库、工厂和多层车库等。

2.3盒式建筑

这种建筑是从板材建筑的基础上发展而来的一种新型的装配模式，通过墙体组装完成盒式建筑的整体外部结构，同时还能够对盒式建筑的内部进行设备、装修施工工作，之后将预制好的盒式建筑吊装到施工现场，由施工人员对盒式建筑进行管线铺设，即可将盒式建筑投入使用。

2.4骨架板材建筑

这种建筑由预制的骨架和板材组成，承重结构一般有两种形式，一种是由柱、梁组成承重框架，再搁置楼板和非承重的内外墙板的框架结构体系；另一种是柱子和楼板组成承重的板柱结构体系，内外墙板则是非承重构件。骨架板材建筑内部分隔灵活，适用于多层和高层的建筑。

2预制装配式建筑结构的设计

2.1预制装配式框架结构体系设计的要点

在预制装配式建筑结构中，框架结构与剪力墙相比，拥有重量轻、运输方便等优势。框架结构主要被应用在较高楼层的施工中，这更加符合当今社会的建筑潮流。框架结构中的预制叠合梁和预制叠合板是在工厂加工得到的，生产完成后，需将其及时运输到施工现场，在现场实施节点焊接和浇筑成型作业。

框架结构施工中须注意以下几点：

①梁与柱的交接点应采用钢节点，在其底部的柱基须安装牢固，实际牢靠等级必须高于C30。②框架内支撑柱的材质须坚固。③注重内部连接构件的焊接设计，预埋件必须依照其所在实际位置和抗压能力采取不同的焊接技术与方法。

2.2预制装配式剪力墙结构体系的设计要点

按照实际施工需求选择结构纵墙的设定情况，并且需考虑内力和外力的共同影响。进行布局结构横墙施工前，预制承重墙板适合布局在两侧端部的山墙上，内墙可以按照结构抗侧力构件的需要进行施工。此外，需根据内力计算结果，结合实际情况布置预制承重墙板。计算剪力墙之间连接的承受力大小，根据实际情况进行设置。

3、装配式建筑结构设计优化策略

3.1设计流程的优化策略

在装配式建筑结构设计中，既要充分考虑建筑使用功能、结构安全性及抗震性能的要求，同时还要重视预制构件制作及现场施工的要求。简而言之，装配式建筑结构设计需要综合考虑整个建设过程，因此，需要做好构件设计、构件拆分、构件吊装等多方面的设计优化工作。以保证结构设计、构件设计、构件生产、构件运输、构件吊装等流程可以紧密相连，形成一套完整的工艺流程。施工图设计时，要考虑设计方案的可行性和实用性，精细化设计各个构件，降低构件生产、运输及吊装的难度和成本。

3.2结构体系的优化策略

结构体系优化的关键在于，结构选型时应尽量选择规则、简单，传力明确的结构体系，以满足装配式建筑对经济性及功能性的要求。设计时可尽量减少楼板、外墙的构件种类，提高施工效率。装配式建筑结构的优化设计还可以与装配式建筑标准化设计有机结合，户型设计时，可以适当调整开间、进深、楼梯尺寸、通道尺寸，使其符合预制结构构件模数。

3.3预制构件节点设计的优化策略

对于装配式建筑结构设计，节点设计是其关键点与难点。节点构造措施对装配式建筑的使用性能、外观及抗震性能均有较大影响；节点构造措施中需要采用锚板、钢筋、连接件等，对造价有较大影响。应在确保建筑使用性能与抗震性能的前提下，综合考虑造价、性能与施工，合理设计预制构件节点[3]。

3.4框架结构体系设计优化策略

3.4.1混凝土强度等级应符合规范要求

装配式框架结构中，框架梁、框架柱混凝土强度等级不宜低于C30。

3.4.2应按平面设计原则进行结构设计

装配式框架结构的框架梁、框架柱中心线宜重合，如梁柱中心线无法重合，在设计过程中应考虑偏心影响；竖向构件也宜上下对齐，尽量避免偏心。

3.4.3重视预埋件设计

预埋件是装配式框架结构体系的重要结构构件，预埋件应与主体结构可靠连接，有效承担、传递结构内力。

3.5剪力墙结构体系设计优化策略

3.5.1优化设计承重墙板

承重墙板是装配式建筑剪力墙结构体系的重要结构构件。应将承重墙搭建在两侧山墙上；并借助结构分析设计软件，进行整体内力分析与构件设计，确保承重墙板能够有效地承担竖向荷载和水平荷载；

3.5.2重视节点设计

确保装配式建筑拥有良好的整体性，确保节点处能够有效传递内力，节点连接处应稳定，可靠，满足长期使用要求。

3.5.3设计时应考虑现场吊装、运输、安装的影响

对于装配式建筑剪力墙结构体系，如果采用分块设计，应考虑施工现场实际情况、承重墙板拼接位置等是否符合设计假定。竖向接缝应尽量避开剪力墙边缘构件处。设计时还应验算装配式建筑结构在施工工况下，是否满足承载能力极限状态与正常使用极限状态的要求。

结束语：

综上所述，随着装配式建筑的不断增多，人们对建筑质量的要求也在不断提高。为了满足人们对建筑的要求，设计人员要不断进行结构设计的优化和改进。通常要从设计流程、计算方式、设计体系等方面着手优化，通过有效的监督和管理工作确保设计优化的有效性，从而促进装配式建筑工程项目效益的全面提升。

参考文献：

[1]刘国福.BIM技术在装配式建筑结构施工中的应用研究[J].建筑技术开发,2019(9):1-2.

[2]朱振宇.关于装配式建筑结构设计中的施工因素分析[J].建材发展导向,2019(17):15-16.

[3]卜凡杰,武晓凤,代婧.北京某公租房项目装配式住宅结构设计[J].中国高新科技,2019(4):62-65.