装配式建筑设计要点分析与优化策略

李鑫

摘 要： 我国建筑行业在近些年得到飞快发展，装配式建筑作为一种施工效率高、成本低、绿色环保的新型建筑形式，在我国得到广泛地应用，并且近些年发展态势良好。装配式建筑比传统建筑施工能够节省更多的时间，有着较为丰富的结构形式，同时也对设计方面提出了一定的要求。设计人员需要充分分析装配式建筑功能性，采取合理的设计办法，提升装配式建筑的安全性。为了进一步推动装配式建筑工程发展，本文在分析装配式建筑特点的基础上，以泰国曼谷一莱装配式酒店公寓为研究对象，对装配式建筑的设计施工展开探讨。通过研究泰国曼谷一莱装配式酒店公寓的设计施工情况，认为在装配式建筑设计施工中，应当根据建筑工程结构特点，做好结构选型，重点加强建筑超限设计和检查，并且从钢筋连接、建筑管线、混凝土结构、各个部门协同等方面加强管理，全民提升装配式建筑的整体可靠性，确保装配式建筑能够为人们提供舒适安全的生活工作场所，确保工程的使用寿命和抵抗外界影响的能力，进而推动装配式建筑进一步发展。

关键词： 装配式建筑;设计要点;优化措施

【中图分类号】TU208     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）21-0109-02

1 装配式建筑概况

我国近些年装配式建筑发展速度较快，并且有着十分广阔的发展前景。但是由于我国装配式建筑工工程的起步较晚，其施工技术和管理水平都和发达国家存在一定的差距。其中项目管理是常见的一个问题，很多装配式建筑工程建设中都存在一定的管理问题。和传统的建筑工程相比，装配式建筑有着其自身的特点。其一，在车间中生产大部分建筑构件。其二，需要现场完成大量装配式构件的装配，但是节省了很多现场施工作业，有助于节省施工时间。其三，设计和施工是装配式建筑建设的主导，可以同步实现装修施工作业。其四，标准化生产是装配式建筑施工的最为典型的特点，管理信息化技术能够达到充分利用，有助于控制工程造价等内容。其五，具有较强的节能环保性能，很多构件可以重复循环利用。

2 装配式建筑的特点

2.1 建筑设计标准化

装配式建筑建造的基础和前提是标准化的建筑设计。和现浇结构相比，模块化设计和生产是装配式建筑的一个非常显著的特点，这就对保证构件的类型、尺寸、材料等方面提出了较高的要求。通过标准化设计可以将设计周期缩短，能够将成本、造价进行严格地控制，有助于后期制作、安装等工作的顺利完成，有助于建筑施工质量水平的优化。

2.2 构配件生产工厂化

工厂化生产是装配式建筑的核心特点。作为建筑物的基本零部件和组成部分，构配件的生产和制作都是十分重要的，工厂需要在标准化设计的基础上统一生产制造构件，这种批量生产的方式能够显著提高构配件生产的质量和效率，有助于节省施工之间。

2.3 施工装配化

所谓施工装配化，主要是将预制构件从工厂运输到现场，在现场完成装配件的拼装。相比于传统的现浇作业方式，气候、环境等因素不会对装配式建筑的生产严重影响。机械化程度高是施工装配化的主要特点，施工现场不会应用到大量的施工人员，需要使用大量的机械设备，这对于节省人力，降低能耗、提高施工效率等都具有十分明显的优势。

2.4 管理信息化

装配式建筑的设计、生产、安装全寿命周期中，可以充分利用BIM、互联网等信息技术，可以有效提高运营管理的效率和准确度，能够全方位监控和管理整个设计、施工、运营过程，能够将工程施工质量和施工效率显著提升。

3 装配式建筑设计的应用

3.1 建筑工程概况

泰国曼谷一莱装配式酒店公寓采用的是框架剪力墙主体结构，建筑的安全等级以及结构设计使用年限分别为二级和50年。工程裙房为多层大型商场，抗震类别和烈度分别设置为乙类和6度。

3.2 结构选型

框架剪力墙结构是该酒店公寓的主要结构，在电梯间、楼梯间分布剪力墙结构，底部四层南面设置少量纵墙，各个结构共同组成了高宽比高达16的偏心布置筒体，设计时为了能够满足核心筒要求需要从上到下在角部边缘设置约束边缘构件。

钢筋混凝土剪力墙式本工程结构体系的第一道放线，第二道防线为钢筋混凝土框架，两者共同抵御地震、风等带来的外力荷载。通过水平梁板传递竖向荷载，荷载通过框架柱、剪力墙传递到建筑基础结构。剪力墙承担水平荷载中的倾覆弯矩和水平剪力，对于小于50%的水平剪力和倾覆弯矩由框架柱承担。

首层塔楼和地下室部分使用现浇钢筋混凝土梁板体系即可满足要求，叠合楼板应用于二层及以上的结构当中。

3.3 建筑结构超限检查

本工程重点检查了结构中不规则性条文，最终将建筑结构高度确定为B级，该公寓楼建筑归类为超高层建筑当中。本工程按照设计标准规范开展设计和高度超限规定，对局部楼板不连续性、扭转不规则等项目进行重点分析和控制。

3.4 超限设计的措施及对策

泰国曼谷一莱装配式酒店公寓采用YJK空间分析程序、MidasBuilding空间分析软件程序及SAUSAGE进行结构计算，并且对比核算计算结果。弹性分析塔楼抗震情况，对抗震规范中地震的作用进行充分考虑，通过弹性分析对建筑结构动力特性进行确定，通过对比相关规范限制要求可知，此设计指标能够满足规定要求。按照10年一遇的风荷载检查风荷载作用下建筑结构的舒适度和安全性，确定其能够达到标准规定。通过检查中震，对建筑主体结构抗震性目标进行了检查，确定其能够达到规定要求。该酒店公寓设计中分析了结构中大、中、小抗震性能，并且保证实现抗震性能目标。通过动力弹塑性分析检查了建筑结构整体性能和关键构件的塑型转角，结果表面最大层间位移、塑性变形等都可以和建筑结构地震下性能标准要求相符合。各个构件承载力在地震作用下能够满足性能目标标准。设计师分析了二至四层大开洞处楼板在多遇地震和设防地震的楼板应力，计算结果显示建筑结构可以满足標准规定。通过分析特征值屈曲对建筑穿层柱的失稳屈曲模态和屈曲系数确定，认为该建筑有着足够的稳定性。

本工程加强处理了结构的薄弱部位，主要措施如下：

第一，将底部加强区延伸到二层，将底部加强区框架梁柱截面适当加大，将底部加强区剪力墙墙厚和配筋适当增加，配筋率控制在0.30～0.35%，将连梁两端大震中出现塑性铰处剪力墙暗柱配筋及配箍率加大从而达到建筑结构抗剪承载力提升的效果。

第二，将超过8m的墙增强，提升整体配筋率，纵向配筋率和水平配筋率分别控制在1.2～1.5%和0.30～0.35%之间，绝对轴压比进行严格地控制。

第三，按《高层混凝土结构规程》中规定特一级构造设计建筑的地步加强区的竖向构件，从而保证建筑结构整体抗震性能能够满足实际条件要求。

第四，将楼板大开洞处周围楼板的配筋适当增大从而将楼板的整体承载力提升，加高加密穿层柱的箍筋。

第五，提高顶部竖向收进框架柱抗震结构到一级，加厚退台处楼板厚度到16cm。

第六，加强楼、电梯井处剪力墙筒体结构，用边缘构件约束转角处。

第七，将塔楼背面、地下室顶板的框架刚度加强，柱箍筋加密。

4 装配式建筑设计优化

4.1 钢筋连接设计

装配式建筑采用最多的材料之一就是钢筋，在剪力墙钢筋结构设计施工中需要注意：第一，对钢筋配筋和配筋率进行合理设计，确保其能够达到抗震性能标准规定，做好墙体轴线的设计，保证墙体截面能够均匀受力。第二，合理设置剪力墙水平配筋，均匀地分配竖向和水平的配筋，将配筋率控制在至少0.25%以上，将剪力墙结构墙体配筋率控制在0.3%以上。第三，设计钢筋焊接搭接时要对搭接距离进行重点控制，焊接和连接方式要根据实际要求合理选择。第四，在安装钢筋过程中应当对整个框架剪力墙解耦股的影响因素进行充分地考虑，做好焊接位置、钢筋规格的确定和控制。

4.2 管线设计要点

在设计建筑管线过程中设计人员需要加强和负责单位的沟通，控制好管线的规格、布局、质量等。比如在预制设计电气管线过程中需要综合分析电气管线的安装要求、运行要求等，根据防腐标准、接地要求、消防要求做好控制，合理设计电气管线路线和预留孔洞，加强各个工種之间的协调。设计人员可以积极利用BIM等先进的设计人员模拟设计方案，从而对设计方案中存在的问题进行直观地分析，将设计的整体可靠性、可行性提升。

4.3 混凝土结构优化设计

可以采用体外预应力的处理方式将建筑混凝土结构强度提升，也就是通过外来预应力来将钢筋在混凝土中的截面磨损度降低。预应力技术的应用能够将施工质量全面提升。在实施混凝土施工中，不但要考虑施工材料的质量，同时还要合理设置混合材料的配置，确保混合料能够达到施工标准规定。同时，应当清理和检查好模板，将模板中的杂物清除干净。最后，要养护好混凝土结构，做好温度、裂缝等方面的控制。

4.4 专业协同设计问题与解决

装配式建筑设计施工需要多个专业和学科参与，需要采用工厂化加工的方式，做好构件加工参数和性能的严格控制，确保设计效果和建设要求能够满足预期的目标。如果各个专业没有过度配合，那么很容易对装配式建筑的可靠性产生不良影响。为此，在设计预制装配式建筑过程中，可以积极利用BIM等技术，构架协同平台，保证各个专业人员通过协同平台能够及时交流，优化调整设计方案。如果设计发生变更，各个专业的人员可以通过可视化平台全面评估分析设计变更可行性及产生的影响，确保工程能够顺利地建设。

4.5 完善装配式建筑政策制度

第一，顶层制度设计的优化。当前为了保证持续推进装配式建筑的设计施工水平，需要制定完善的制度和政策为装配式建筑发展提供保障，顶层制度框架体系的构建和完善是持续推进装配式建筑发展的基础和指导。第二，加大政策支持力度。有的建筑企业仍然严重传统的管理理念，缺乏创新，缺乏对新事物的研究和应用，此时政府应当加大宣传，可以制定配套推广支持政策，让越来越多的企业能够主动、深刻地认识装配式建筑，加强对装配式建筑的应用和推广。此外，有的经济发展较好、产业基础较强的地区可以尝试强制性推广的方式，探索尝试装配式建筑发展。

4.6 施工过程中的控制

（1）后浇带施工技术。后浇带是建筑工程施工中重要的组成内容，工作人员需要以设计图纸为基础展开施工作业，在施工中注意避免踩弯钢筋，要凿除一些疏松的混凝土。工作人员要严格按照规定政策以及施工流程开展作业，保证后浇带能够将建筑物横截面贯通，进而实现后浇带两侧板块伸缩自由。

（2）加强施工过程管理。设置操作台进行楼板混凝土浇筑作业，施工人员注意避免踩踏钢筋混凝土，管理人员要加强管理施工过程中的材料尤其是钢筋材料，将钢筋位置精准度提升。

（3）严格控制施工过程。在搅拌混凝土前，需要对配合比进行合理地调整和实验，确定砂石、含水量等，将材料计量的准确性提升，严格按照规定的要求控制搅拌时间。在搅拌水和粗骨料过程中，要对搅拌温度进行良好控制，避免过高，最好在低温时节进行混凝土浇筑，如果气温过高应当采取有效的措施将浇筑温度降低。有的工程处于夏季高温地区，此时需要将混凝土运输时间尽量缩短，避免暴晒混凝土。环境温度是对混凝土裂缝产生较大影响的一个因素，为此工作人员应当加强养护浇筑完成的混凝土，如果温度过高或者过低都要采取一定措施进行温差调节，降低外界气候环境对混凝土结构的影响，确保混凝土特性能够发挥出来。为了进一步保证混凝土施工的质量，可以指派专门的人员监督记录混凝土施工和养护过程。

结论：总之，设计人员应当加强控制预制装配式建筑的重难点，将常见问题进行预防，提高设计方案的可行性，为装配式建筑的顺利建设提供保障。

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