装配式建筑结构设计要点研究

朱小晖

(泾川县建筑工程服务中心 甘肃 泾川 744300)

随着建筑结构设计水平的发展,与现浇混凝土建筑相比,装配式建筑结构得到极大了发展和进步,但这种现浇建筑结构状态存在着高污染、高能耗、结构建筑难度大等严重问题,现阶段,我国在积极推进绿色建筑结构设计计划,要求相关建筑部门以积极创新姿态改善现阶段常见的建筑结构状态,用绿色理念设计建筑结构,以达到保护环境和节约能源的目的,以有效解决建筑施工的现状和发展问题,最终促进建筑业向新方向发展。

1 装配式建筑概述

装配式建筑是指在施工现场对不同施工单位所需的各种结构和附件进行生产、加工,并将其安全运输到施工现场。将预制件预先装配好的梁、板、柱、墙等结构部件,各种结构和附件都需要通过焊接、螺栓、浇筑等方式组装而成。中国自五十年代至八十年代就开始了对装配式建筑结构的开发,其种种优点使得它在近代的建筑行业的而建构中占有很大的地位。当前,随着能源和环境保护标准的不断提升,加上劳动力成本的不断上升,中国的预制装配式建筑结构得到了大力发展[2]。预制装配式建筑结构的研发与应用越来越广泛,但是,由于我国的预制装配式建筑结构产业系统不健全,施工难度大,国内相当大一部分的设计工作者缺少预制装配式建筑结构的设计经验,也很难与有关制造商进行有效的沟通,这严重影响了装配式建筑结构的发展与进步,现阶段要想推动装配式建筑结构的应用就是要充分理解装配式建筑的设计要点,加强与各方面的交流,并根据我国的经济和社会发展要求,制定出符合目前情况的建筑标准,为装配式建筑结构的普及和应用提供一个良好的基础。

2 装配式建筑的结构设计要点

2.1 完善装配式建筑结构设计方案

对于承包商而言,在装配式结构元件制造时,他们应根据技术设计标准,对结构图纸的设计、部件设计过程、部件运输和结构元件的后续安装进行一系列标准化要求的约束,以改进装配式建筑结构的设计方案。在设计制作装配式建筑结构图时,需要考虑不同部件和机电设备之间的预设管道和孔洞预埋问题,并确定预埋部件的位置,以改进所有制造部件的施工工艺,为后期单元部件安装奠定一定的基础。在改进系统设计后,装配公司必须再次检查和审查设计图纸,以进行科学有序的部件精加工。

2.2 科学设计装配式连接结构构件

为了确保连接的稳定,必须在纵向和横向连接处设置无缝连接,并进行套管注入。必须采用标准的加工工艺,在设计加固剪力墙时,必须保证混凝土节点的厚度。如果是预制构件的加强节点,则连接处的外侧也需要用水泥进行加固,在设计预制梁、板构件及混凝土桩时,应将二者有机地,联系在一起,科学地划分出表面的粗糙面与键槽的位置,以保证其设计的科学性剪力墙和混凝土构件的上部、下部按照粗糙表面的位置进行科学的衔接,结合部位采用键槽设计以达到加固作用[3]。

2.3 科学设计装配式构造结构构件

建筑工程中的楼板结构多为装配式单层叠合板。在构架的设计中,应在基座上预留一个空洞。在对孔洞进行定位时,应避免对衔架钢与结构之间有交叉。因此,要合理地设计钻孔的宽度,并在施工中采取“取绕洞口”的方法,如果开孔的宽度太大,则需要对其进行调整,在开孔部位增加钢筋,使其截面比钢筋的截面大,在装配式结构的上部,对结构进行了闭环强化。

3 装配式建筑的施工要点

3.1 装配式构件的运输和存放

在装配式建筑结构设计施工过程中,要及时对装配式构建进行运输或储存,在运输、贮存期间,装配式建筑结构构件的安全防护措施要科学、合理,以防止由于运输、贮存不当而引起的零部件损伤,从而影响到产品的性能。因此,必须对装配式建筑结构构件的运输、贮存过程进行标识,并对其进行监督与管理,以保证其产品的品质,首先,采用低底板运输车运输装配式建筑结构构件方法,并在车内设置专用框架,保证装配式建筑结构构件的稳定运输[4]。

对于预制剪力墙板构建时,应选择垂直自支撑方式,并将预制底板整合在一起。对于预制阳台和预制楼梯,选择水平运输,并且必须对构件进行支垫处理。其次,预制件运至施工现场后,必须妥善存放,仓库必须选择土壤硬化程度高、排水系统完善的地方。预制室外墙板应垂直放置,墙板外侧应放置在内部,预制层板底板和预制阳台应水平存放,并相互对齐。墙体部分的装配式施工与建筑物的装饰密切相关[5]。随着装配式建筑的发展,其施工方式也在不断优化,装配式建筑施工工艺和技术得到了改进。因此,有必要将重点放在墙体构件的施工上。装配式墙体结构施工主要包括以下几个方面:

施工前,要科学选择合适的装饰材料和涂装材料,确保油漆和装饰材料的质量,确保壁挂结构的环保。

其次,在建筑过程中,应按设计要求定期或不定期地对墙体进行检查,科学地选择制造的结构构件,在进行墙体填充时,应选择最基本的几层和墙板之间的空间进行填充。选择填充材料时,应重点考虑,不仅要确保设计性能,还要确保施工质量,提高墙体的使用寿命。

3.2 吊顶环节的装配式施工

吊顶施工是整个建筑施工的主要阶段。传统的吊顶施工人员设备运行效率低。采用装配式吊顶结构后,建筑的效率可以显著提高,这也有助于节约建筑材料,达到节能的目的。确保部分预制装配式吊顶构件的设计精度,确保装配式结构构件的质量。在施工过程中,为了科学评估不同类型吊顶的重量,确保顺利施工,提高设计精度,有必要测量吊顶龙骨进行测量并明确其元件的位置,金属天花板在施工前也需要进行测量,以确保天花板安装均匀。

3.3 装配式幕墙的施工

装配式幕墙是指建筑中的玻璃幕墙,由于其特殊材质影响建筑的安全,因此有必要重点进行装配式幕墙的施工。通常,在建造玻璃幕墙时,所选的人造幕墙玻璃都是彼此分离。这些独立的玻璃幕墙需要重新组合成成品玻璃幕墙。在玻璃幕墙施工过程中,生产施工流程是固定的,因此无需加工,只需确保生产的玻璃幕墙尺寸符合标准即可[5]。

3.4 外墙装配式施工防水处理

外墙装配式施工防水技术的应用必须严格按照施工技术规范进行,并根据人工外墙的实际设计进行科学操作。与传统的防水方法不同,外墙装配式施工防水技术必须结合建筑结构和外墙装配式施工防水处理的特点,正确解决常见问题,明确外墙漏水的具体位置,在设计外墙结构时,有必要将建筑物内的灰尘排放,并使用内部排水系统将内部水池排放到外部。此外,一些装配式结构在施工期间会使用特殊材料,这种材料制成的外墙会有接缝现象,因此更容易连接,这一现象必须及时解决,避免漏水,影响建筑质量。

4 案例

4.1 工程概况

一个项目由8栋12～27层住宅楼、1栋1层电气室、6栋3～7层商业楼和一座地下室停车场组成。这栋建筑的结构此时采用了一种相对较新的结构,即装配剪力墙结构。许多经典建筑结构代表:外墙、内部隔墙、地板和楼梯都是由预制构件组成。

4.2 预制装配式建筑技术的优势

4.2.1 经济效益显著

预制装配式建筑结构设计所需的工序相对较少,所采用的大部分是轻型壁板,其人力、物耗相对于传统的方式有明显的减少。通过对已有的研究发现,预制装配技术在很多建筑的分类中都有很大的经济优势,例如装潢、采暖等,其成本变化较大。根据相关资料,与传统的施工工艺比较,预制装配建筑结构式施工的工程造价明显下降,带来显著的经济效益,另外,与传统的混凝土结构相比,采用预制装配式建筑结构,减少了施工难度,提高了工程进度,提高了产品的质量。尤其是采用外墙预制件,可有效降低建筑外墙浇灌问题,增加经济效益,近几年,建筑行业的发展,加上物价上涨、环保要求的提升、组装工艺的规范化和产品的使用,使得建筑行业的整体造价预算上升了3.5%。但随着装配式建筑结构设计技术的优化,配件和消耗品的价格会持续下跌,工人的技术水平会得到提升,而劳工的成本会更低,所以装配式房屋的造价和传统的建造成本相比会越来越有优势。

4.2.2 能源消耗较少

在结构上,装配式建筑更加合理。在外墙工程中,由于不需要安装电动吊篮,而且木制模板的数目也比较少,从而解决了传统结构中存在的高能耗问题。在建筑阶段可以节省15%的能量。另外,这个好处还会延伸到应用的各个阶段。可采用分层隔热技术,使建筑物具有较好的隔热效果,节约能源约25%～35%,节约用水量36%以上。

4.2.3 良好的环保效果

结合国内外相关数据,提出了预制装配式建筑结构在环境保护方面的优越性。例如,与传统建筑相比,建筑垃圾总量减少了0.3%。同时,对各种污染物如灰尘的抑止效果较传统方法提高了0.2倍,噪音降低了15分贝。由于预制装配式建筑构件的隔音效果好,因此对使用者的影响很少,由此看来,装配式建筑结构既能保证施工质量,又能节约成本,还能达到环保的目的,为使用者营造一个舒适的居住环境,是顺应环保的发展潮流。

4.3 装配式建筑的设计要领

4.3.1 对预制件进行分解和加深

在预制件制造之前,要对其进行合理的分离和加深。在设计时,应结合设计、生产效益、生产工艺、施工工艺、相关标准、交通状况等设计图纸,进行合理的设计。预制件预留的预留孔洞、预埋件、机电管线等,在下一次切割之前,要认真检查图纸,以确定是否准确。

4.3.2 预制件的联结

生产结构的纵向和横向的接缝应与套管接头有效地结合,其连接质量应满足有关规定。在预应力滑移墙中,混凝土连接处的斜坡厚度应该至少为15 mm,在连接处的保护层应该至少为20 mm,并且在套管间的自由间距应该是25 mm。在预制构件的端面上,应该有一个合适的“粗略”通道,其尺寸和数量要满足有关的工业标准和技术规范。在预制剪力墙安装后,其顶部、底部、侧面等接缝处应为粗糙,并可在侧面设置键槽。在上述工序中,粗面的整体接合面应维持在80%以上。在初始表面凹陷处,预埋件的下陷深度应大于4 mm,而预埋件与墙体的下陷深度应大于6 mm。此外,预制构件接头处的密封强度等级应该与混凝土强度等级相适应。

4.3.3 预制件的结构设计

该方案的预制块是一种预制的叠合式单向砖块。在生产时,地板上要留下空洞,要避免在钢筋上打洞,以免影响工程的质量。在预留孔径小于300 mm 时,应将受力钢筋直接插进,禁止按要求剪断;隧道宽度为300～1 000 mm 的情况下,应在隧道两侧各增设两根钢筋,其截面面积不得少于所切钢筋。在屋顶和后立面的预应力滑动墙上,采用了封闭的后浇钢筋混凝土圈梁,从而形成了一个稳定的整体。在各楼层均应设有连续的横向浇注,在该浇注料中,应至少布置两根纵向连续钢筋,且直径应超过12 mm[6]。

4.3.4 预制件的防水处理

建筑竣工投入使用后,必然要受到太阳辐射、雨雪侵蚀、公用工程用水等诸多因素的影响。这对工程的质量产生了一定的影响,所以在工程中,既要保证所用混凝土的防水性能,又要保证其稳定性和耐用性。预制的地面和墙体是最易受到外界影响的预制结构,因此,与邻近构件的有效连接是建筑防水的关键。本工程所用的预制夹心外壁板为封闭式防水结构,采用三种方法对其进行有效的防水密封。二是减压腔,其表层用防水胶带进行有效的压缩;外层采用高弹性耐候聚氨酯密封件,泡沫条密封,起到了很好的防水防护作用[7]。

4.4 预制构件的运输与堆放

在运输、堆放预制构件时,要特别注意对成品的防护,如在运输、堆放期间出现质量问题,将被认为是不合格的,不得在工程中使用。另外,在预制件的显眼处应设置警示标识,严禁在搬运、堆放时造成破坏,造成资源的浪费。

4.4.1 预制构件运输

预制构件的运输工具必须是低平车,车上必须设置特殊的框架和适当的稳定装置。预制滑板在运输过程中应垂直放置,预制层压板底板、预制阳台、预制楼梯等应垂直放置。可水平运输,但运输过程中应停止使用支撑垫和其他必要的紧固方式。

4.4.2 预制构件堆放

预制层板底板、预制阳台和预制楼梯水平铺设到位时,应在层间对齐,特别是,最底层的支撑垫应设置为其全长。

5 结语

在技术施工结构方面,与传统混凝土结构相比,装配式建筑结构具有更明显的优势。因此,相关建设工程单位需要更加重视装配式建筑结构的设计,实现装配式建筑结构设计优化,从总体上保证建筑结构的安全和质量,以满足现代建筑结构的需要。装配式建筑结构构件设计与重点施工现场有着直接的联系,相关施工单位需要加强装配式建筑结构构件的质量控制和过程管理,为装配式建筑结构构件的科学发展奠定基础。