装配式建筑结构体系设计发展趋势

【摘要】本文先简要阐述了装配式建筑结构，然后对装配式建筑结构体系设计要点进行详细分析，最后对装配式建筑结构体系设计的发展趋势进行了展望。

【关键词】装配式建筑；结构设计；发展趋势

装配式建筑是指把传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行，在工厂加工制作好建筑用构件和配件（如楼板、墙板、楼梯、阳台等），然后运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配安装而成的建筑。各地住建部门在国家绿色建筑理念的倡导下大力支持当地装配式建筑发展。装配式建筑开始进入程序化量产阶段。掌握装配式建筑结构设计要点是对建筑结构设计行业从业者提出的必然要求。

1装配式建筑结构的概述

20世纪初，装配式建筑的概念应运而生。但由于预制单元的形式很简单，所以阻碍了装配式建筑的推广应用。随着各种新技术和新材料的发展，极大地促进了预制结构形式的多样化，并通过与现浇建筑之间的有效链接，导致行业内对装配式建筑的研究和应用越来越多。装配式建筑中的关键接头和钢筋的主要结构可等效于现浇，可以有效节约资源和能源，提高材料利用率，减少建筑垃圾对环境的影响，实现建筑节能的同时改善建筑功能和结构性能，从而降低现场施工要求，最终实现低能耗，低排放的建筑过程，促进我国建筑业的整体发展，达到节能减排的目标。通常装配式建筑分为两部分，即预制和组装。组装是将所有建筑构件都在工厂制造，然后将完成的建筑构件运输到项目现场，根据结构设计实施构件装配。装配式建筑主要包括预制装配式混凝土结构、钢结构、现代木结构建筑等，因为采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、信息化管理、智能化应用，是现代工业化生产方式的代表。装配式建筑已成为建筑业发展战略的组成部分，对建筑业的绿色发展和人民生活质量的提高具有重要意义。装配式建筑必将成为未来的重要趋势。

2装配式建筑结构体系设计要点

2.1明确设计流程

在对装配式建筑设计的过程中，依照总体设计流程和标准，保障设计出内容能够符合国家相关标准，符合建筑行业的各项规范指标。设计人员在进行装配式建筑设计时，也要充分考虑该建筑的实际应用，结合具体的应用需求开展工程项目设计，防止出现问题和遗漏。这也可以保障建筑项目设计后续施工的顺利开展。在设计装配式建筑时要提前调查和分析施工现场以及周边环境。这样能明确在施工过程中可能会对施工质量造成影响的各项因素，从而让建筑结构设计具有更高的可行性和科学性。参与设计的人员还要了解项目规模以及成本控制等方面的要求，以行业发展的视角，在装配式建筑设计要点的基础上，对建筑结构的设计作出进一步的完善和创新，确保所设计出的建筑方案能够实现最佳的建设效果。

2.2剪力墙结构体系的设计

剪力墙主要承受风荷载与地震作用引起的水平荷载和竖向荷载，防止整体结构发生剪切破坏，对整个建筑结构起到稳固支撑的作用。剪力墙的设计需要把握以下几点原则：一是控制宽度与高度。剪力墙的平面布置应结合建筑物空间的使用功能，针对受力要求及建筑材料特性分析，有效控制剪力墙的宽度和高度，避免剪力墙刚度和承载力发生突变，使其发挥更好的抗震性能和安全性能。二是控制刚度和延展性。剪力墙不与外梁结构产生搭接，因为剪力墙平面内的刚度和承载力较大，而平面外的刚度和承载力则较小。三是控制剪力系数。剪力墙的剪力系数控制应根据建筑结构的抗震需求进行，通过对剪力系数的合理设计来提高剪力墙的抗震能力和倾向刚度能力。通常在剪力墙结构的倾向刚度能力设计时，在内部增加倾覆力矩来达到剪力系数的控制效果。四是注重剪力墙边缘构件及连梁的设计。剪力墙边缘构件的设置对提高墙肢的承载力、增强墙肢的延性、加大墙肢的塑性耗能有非常明显的作用。墙肢和连梁的设计应遵循强剪弱弯的原则，同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服，保证墙肢和连梁具有良好的延性。

2.3提升预制构件设计的标准化和协调化

标准化的原则为简化、统一、系统、通用。在装配式建筑设计过程中，要确保预制构件可共用模板，达到节约成本的目的。传统项目规划中常见到互为镜像式的楼栋相互拼接，但装配式建筑项目运用最多的是平移式。借助组合化及模块化对单一构件进行变化，借助一种构件或多种构件的巧妙排列组合使之呈现不同变化形式，并将其应用在建筑户型、立面及使用上。运用BIM软件绘制整合三维模型，能够直观观察各构件的布局情况，并分析各构件间的位置关系。装配式建筑工程的相关负责人员还可借助BIM的三维协同环境，提升设计、施工及机电安装等各环节工作的协调性与高效性，并对装配件及管线进行优化布置，提升其合理性及利用率。将BIM技术运用到建筑结构设计中能确保各设计人员集思广益，共同完成设计任务，并整合汇总各项数据信息，提升建筑结构设计的整体协同性，并且通过建设数据库将各项数据信息整合于同一数据处理平台，实现信息共享。

2.4建筑的审核过程

对于建筑企业来说，一个合格的建筑不仅需要满足住户的要求，还要达到国家所要求的审核标准。虽然装配式建筑比传统的建筑具有更高的安全性和环保性，但建筑施工人员在施工过程中对建筑的安全性也不容忽视。一个合格的建筑需要通过抗震性的检验，并且室内的甲醛浓度不得超标。建筑企业在施工过程中最好严格把控每个施工环节，如果建筑没有通过最终的审核过程，那么施工队必须对建筑进行整改或翻修。进行二次整改不仅耽误施工工期，影响住户的入住，还在一定程度上浪费了人工和资金，降低了企业的经济效益。

2.5建筑立面设计

相对于平面设计，立面设计更加具体，所以在开展立面设计时需要加强对每个细节的把控。首先，立面设计过程中要遵循标准化的原则，在坚持个性的前提下，内外墙的构件和装饰面要按照统一的标准进行。比如在外墙的装修中，可以利用带纹理的装饰面和材料，便于设计人员进行搭配和组合，然后再进行统一的设计。其次，要保证装配式建筑具有立面多元化效果。针对内外墙所使用的空调板、门窗等构件，可以依据立面所构成的效果开展搭配和排列，以立体构成为视角，对空调板及门窗等进行调整，保证装配式建筑所构成的立面更加大方得体，使装饰效果更加多元化。

2.6施工作业设计

装配式建筑需要对项目施工流程进行全面的考量和具体的分析，从而保证各工序间紧密连接，促进施工效率的提高。对各个构件运输的具体路线开展全面设计，保证构件能够运输到有效的吊装位置，提高吊装作业效率。另外，还要对预制构件临时存放的场地开展设计和规划工作，并对塔吊的位置以及吊起的吨位进行全面管理，提高构件运输流程的精准度，保证现场施工的安全有效。此外，要对项目的抗震情况进行设计。在进行预制构件设计时，主要原则是保证连接的简单性以及组合施工的方便性。建筑承重墙、墙柱等呈现垂直状态的构件要上下垂直，门窗洞要从上到下保持大小相同。装配式建筑还要对公共区域内管井的分布进行考量，避免出现互相交叉的问题，为后续维修提供便利。在进行公共空间的设计时，要为排水、电气以及暖通管道提供预设的位置和空间，设计人员要依据具体的生活习惯进行电箱、通风管道的规格设定，并保证暖通系统能够循环运行，此外，还要为照明系统、插座、网络接管口以及有线电视接口等预留位置。

2.7严格按照要求运输和摆放建筑构件

装配式建筑的施工流程一般分为生产和安装两个步骤，当工作人员完成建筑构建的生产工作以后，需要将建筑构建运输到施工地点，然后由施工人员完成建筑施工工作。那么在这种情况下，建筑构件的运输和摆放就需要格外注意，针对建筑构建的运输，工作人员需要注意以下几个要点：采用稳定性好的运输设备，同时在运输的过程中在建筑构件的外表做好包裹工作。当建筑构件到达施工地点时，工作人员需要按照摆放的要求合理摆放建筑构件。比如，工作人员需要使用立放或平放的方式摆放剪力墙板。同时，摆放建筑构件的地表需要进行硬化，以增强地表的结实度，防止地表出现软化的情况。

2.8调整结构设计

不同构件的衔接是装配式建筑的关键。因此，设计人员必须不断提高自己的洞察力和设计能力，以确保在设计时将结构节点之间的衔接工作做好。目前，许多施工项目的节点衔接工作仍有提升的空间，如叠合梁预留筋在节点内钢筋十分密集，造成施工难度极大。因此，施工单位必须不断地改进应用材料，并在节点技术上进行创新，以确保高质量的装配式结构节点设计。在结构设计之中应加强抗震缝设计，将此项设计中存在的不足之处进行整理，并结合实际问题提出有针对性的处理方案，最终完善设计方案。利用结构功能情况，可探究内部构造以及各种会对装配式建筑结构功能会产生影响的相应因素，联系所掌握的相关内容实现设计方案的优化，降低结构问题的产生。在设计中如果产生不规则情况，应探究连接性能方面的状况，联系结构设计需求进行科学调整，增强设计的可靠性、科学性。在结构设计中想要提升有效性，需要在多个角度着手，结合质量要求科学控制。在进行对地梁的设计中需要联系其在结构方面的要求，对地梁结构产生负面影响的相关因素进行控制，提升设计工作质量。设计人员需要明确在设计中的相关要求，将框架结构设计调整，以有效控制措施的落实将结构的科学性提高，以免质量问题的产生。

3装配式建筑结构体系设计的发展趋势

相比于传统建筑工程，装配式建筑工程的施工建设具有明显的节能、环保优势，能够紧密贴合绿色可持续的发展理念。现阶段，我国装配式建筑工程的建设施工技术仍不成熟，整体还处于初期发展阶段。要想推动此类建设施工模式在建筑行业内快速发展，还需加快完善政策法规，以及相应的市场管理规范，同时重视对规模化推广工作的组织与开展，针对整个工程的设计与施工，做好专业化合理化的分工。一方面加强产业链各环节间的有效衔接，另一方面逐步构建并完善实质性纽带。贴合图纸设计、构件生产以及现场安装等各个作业环节的实际需求，按照传统的条块分割方式合理布置各项工序，逐步推进装配式建筑结构设计体系的成熟化发展，完善构建质量安全标准，助力建筑工程设计与施工迈向绿色可持续的发展道路，拓宽其在整个建筑市场内的发展空间。

4结语

在装配式建筑结构设计中，保证结构设计的有效性具有重要意义，此项工作是装配式建筑设计中不能忽视的重点。它不仅需要满足当前装配式建筑使用方面的功能要求，还要确保在结构上的合理性和安全性，同时要兼顾经济、社会、环境等多方面效益。有效开展装配式建筑结构设计管理，可以从多方面加强装配式建筑质量，也能推动装配式建筑行业的健康发展。

【参考文献】

[1]黄勘，赵飞翔.浅论预制装配式建筑施工技术研究与应用[J].砖瓦，2022（6）：52-54.

[2]曹志芳.BIM技术在装配式建筑施工阶段中的应用研究[J].智能建筑与智慧城市，2022（5）：115-118.

[3]张之光，张凯.装配式建筑BIM深化设计研究[J].中国建筑装饰装修，2022（9）：54-56.

作者：何聪利 党智军 邱丰实 单位：中国建筑第七工程局有限公司 辽宁省石油化工规划设计院有限公司