浅谈预制装配式建筑设计刘曼曼

浅谈预制装配式建筑设计刘曼曼

刘曼曼1郝思怡2

中国建筑科学研究院有限公司北京100013

摘要：结合预制装配式建筑的特点，以乐山第一职业高中实训楼为例，阐述装配式建筑的设计要点与协同化工作模式，以期对预制装配式建筑的设计提供参考与借鉴。

关键词：预制装配式建筑SP预应力墙板叠合楼板

AbstractCombinedwiththefeaturesofprefabricatedbuildings，wetakeanexampleofLeshanFirstVocationalHighSchoolTrainingBuildingandexplaindesignpointandcollaborativeworkingmodeofassemblyarchitecture，soastoprovideabenefitialreferenceinprefabricatedbuildings.

KeywordsPrefabricatedBuildingsSPPrestressedWallboardCompositeFloorSlab

1概述

随着国家对城市建设贯彻集约、智能、绿色和低碳的方针，我国建筑行业也开始针对产业转型、节能减排、环保低碳等方面做出了更高的要求，向低碳环保、健康生态的可持续发展理念迈进。传统的生产方式以现场施工为主，多存在建造速度慢、建筑垃圾多，土建与精装修施工质量不稳定等问题；而以先进技术支持的预制装配式建筑，应用高效的建筑设计方法、严谨的生产与管理模式和先进的施工技术，一定程度上取代了粗放型的的建筑生产模式，进一步向集约型转换。

预制装配式建筑工业化的生产方式主要体现在标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和信息化管理这五个方面。这从根本上避免了传统生产方式的不足，实现了建筑生产产业链上下游的高度贯通与协作。

乐山第一职业高中实训楼建设于学校运动场北侧，规划建设用地4400㎡，建筑面积6099㎡（见图1）。建设用地狭长，建设范围局促。综合分析周边退线（规划退线和日照退距）的基础上，规划3栋实训楼，从西向东依次是C栋（单层）、A栋（三层）和B栋（三层），其中建筑结构构件100%采用预制装配式，包括有预制柱、预制梁、预制预应力空心楼板（叠合）和预制楼梯；外维护结构100%采用预制构件，应用预制预应力空心外挂墙板。在C、A栋之间留出机动车道，机动车（含消防车）可从小院内开至三栋建筑北侧（利用北侧退距作为道路和绿化），并在A、B栋间留出机动车回车场。

图1乐山第一职业高中实训楼总平面图

（来源：笔者自绘）

2装配式建筑的设计要点

2.1规划与单体设计要点

在规划设计中，预制装配式建筑同其他建筑一样，同样需要考虑采光、通风、间距和退线等规划条件。有所区别的是，装配式建筑的总平面设计，需要考虑施工过程中大量预制构件的运输与存放，总平面设计中应有效组织运输通道，该通道需要快速便捷的抵达施工过程中塔吊所覆盖的区域进行吊装。而且在施工过程中，预制构件需要临时堆场，在总平面设计中也需要考虑堆场的位置与面积。实训楼在施工过程中注重施工效率，充分考虑施工次序，施工安装依次为B栋、A栋、C栋。因为C栋为单层建筑，体量小，在建设过程汇总可先作为临时堆场，B栋和A栋依次施工完成后，最后再快速完成其装配。

乐山实训楼的施工过程中需考虑周边住宅居民日常生活和学校正常教学，同时克服用地狭长，施工场地有限的弊端，因此需要缩短工期，减少粉尘和噪声污染。此时装配式建筑的优势得以体现：构件在工厂中进行生产，缩短了现场施工时间；预制构件施工质量高，减少了装修施工环节；减少了现场浇筑，降低了粉尘污染和噪声污染；减少了钢筋的运输与堆放，降低了噪声污染。同时，建筑划分为3个单体，减小了建筑体量，降低了施工难度。

2.2平面设计要点

实训楼采用预制预应力空心板的装配整体式框架结构，适用于大跨度、规则空间、公共建筑。在平面设计中遵循模数协调原则，建筑平面设计标准化，根据教室功能空间的使用特点，采用规整的柱网体系，同时减少柱跨的种类，主要的柱跨以9m和12m为主。同时平面中的管井位置需要谨慎考虑将来功能空间的灵活性与可变性。

2.3立面设计要点

实训楼的立面设计利用了SP预应力墙板，其特点是板材宽度有1m、1.2m和2.4m三个模式，板长在10.5m内可任意切割。实训楼采用的SP预应力墙板受力原则是梁和外围柱对其进行固定（抵御水平荷载，不承受竖向荷载），上层墙板将荷载传给下层的墙板，由基础承载所有墙板重量（承载竖向荷载）。因此，每一块墙板需要与梁或者柱有不少于两个的固定埋件，同时相邻墙板之间也需要埋件固定。墙板的立面排列方式一般有两种：横排与竖排。在《中小学校设计规范》中，第5.1.8条规定各教室前端侧窗窗端墙长度不应小于1m，窗间墙宽度不应小于1.2m。因此在方案设计时，针对外墙板的受力特点，并考虑到规范对教室立面的要求，进行了图2的立面设计对比，横排将板固定于柱子上，墙板跨度大，板厚度大，窗户的长度和高度有所受限；竖排将板固定于梁上，板的跨度小，窗户划分自由，但与主体结构连接少，容易变形。综合两者利弊，考虑到结构的稳定性与建筑的美观性，采用了横排方案，板宽以1m板为主，窗间墙板采用了1.2m板。层高和窗高在设计的时候采取了板宽的整数倍（2m和4m）。在立面设计时，着重考虑了结构构件生产的可行性，采用了模数化的设计方案，以灵活组合的方式创造出富有工业化特征的立面效果，同时采用砖红色涂料和米白色涂料的色彩变化创造出有韵律的立面效果。墙板之间的板缝形成了水平线脚，丰富了立面的细部效果，同时给建筑带来了水平舒展的延伸感。

图2乐山第一职业高中实训楼立面图

（来源：笔者自绘）

2.4预制构件设计要点

装配式建筑预制构件设计应满足多组合，少规格的设计要求，这样可以最大程度上减少工程造价并满足标准化需求。针对设计中异形洞、洞口多而不规律、降板复杂的部位，建议采取现浇施工方式。预制构件设计时需考虑其运输与安装的便利性，使用过程中的耐火性、性与坚固性。针对实训楼较长的外墙板在设计时增加固定埋件数量，提高其安装牢固性。

2.5构造节点设计要点

根据当地气候特点，满足当地节能要求，外墙板之间采用槽口缝，缝隙宽度为20mm。采用内保温的形式，内墙面刷20厚保温砂浆内保温，板缝处采用岩棉填充，外侧用防火密封胶封堵。外立面防水通过涂刷彩色干粉砂浆，板缝处采用聚乙烯泡沫棒封堵，外侧采用密封胶封堵来实现防水处理。（见图3）外墙板之间的粘合密封胶需满足防霉、防火、防水、耐候性等性能要求。同时板缝采用深灰色干粉砂浆，结合结构增加立面细部设计，满足装饰美观需求。

实训楼教室外窗采用断桥隔热铝合金窗，窗框外侧氟碳喷涂，内侧粉末喷涂，窗框采用断热型材，外窗玻璃采用双玻中空玻璃，厚度不小于6+12A+6厚，暴露在空气中的夹层玻璃边缘做密封处理。

图3外围护构件保温与防水做法

（来源：笔者自绘）

3各方面优化协作

3.1各专业之间优化协作

因装配式建筑的特殊性，不同专业根据自身技术要点，做好协同工作。因为工厂预制一次成型，所以对各专业设计配合的要求更高，结合各专业设备设施、内装部品和预制构件的设计参数，需全面考虑各种设备管线与预埋预留要求，结构提前选择合适预制构件，评估建筑的经济性与稳固性，考虑施工难易程度、成本造价，施工时间与质量，采取有效科学的技术方案，优化建筑各部位各节点的防火、防水、隔声和节能等方面的设计。乐山实训楼各专业之间的配合包括有以下几方面：

1、建筑专业在方案设计时需结合考虑结构受力合理性，竖向受力构件应上下连续，减少柱跨种类，并考虑与预制板的模数关系，门窗洞口宜上下对齐，排列有序，洞口尺寸在保证通风、采光和节能的要求下还需满足结构构建的设计要求。

2、结构专业预制构件设计需满足结构受力要求，尺寸与重量设计适宜，控制成本并方便运输与施工。

3、机电专业之间需提前进行管线综合，一是防止水平管线交叉，方便竖向管线集中设置；二是向结构专业提供穿预制构件和预制梁的预留或预埋套管，穿预制楼板的预留洞口。实训楼采用叠合楼板的形式，包括200mm预应力空心板和80mm厚叠合层。机电专业可利用叠合层铺设水平设备管线，用来满足机电专业要求，电气专业线路在叠合楼板内暗铺设时，应采用线管保护，墙体上设置的接线盒、开关、插座等需提前预留预埋。

4、因楼梯采用预制楼梯，扶手栏杆的留洞与预埋件，楼梯的防滑构造需要在工厂预制时一次成型，所以在设计时就需要建筑专业选定栏杆形式并提供准确的预埋件与洞口定位。

3.2各单位之间优化协作

1、因预制装配式建筑其构件需要提前生产加工的特殊性，不同的构件拆分方案会带来不同的成本投入，如果设计单位提前了解预制厂家构件种类与型号，可根据建设项目的建设规模、项目定位、项目成本和场地条件等，加强与建设单位的沟通，严格按照建筑规范要求，可最终确认出最为合理与经济的设计方案。

2、厂家与设计单位之间需加强交流，厂家可结合实际加工经验，向设计单位提供合理的构件型号和尺寸，共同配合设计预制构建加工图。设计单位需精准提供预留洞口、预埋件等尺寸和定位，构件加工厂家需严格按照图纸施工，避免过大误差。但是有些洞口为考虑安装的精准性，并且考虑洞口尺寸不大，对结构影响小，可在墙板楼板安装完成后现场施工，而非构件预制打孔，例如教室吊扇与空调室外机的穿墙套管洞口等，就需要施工单位根据图纸中洞口尺寸与位置，避开板材钢筋位置现场开动。

4结语

预制装配式建筑在设计中应依据各地产业化政策，选择适当的建筑结构体系，结合当地的预制构件生产、施工水平，进行成本与效率评估，因地制宜的选择装配式建造方案。设计单位应主导各专业协调工作，规划与建筑方案应与构件的生产、运输、施工和装修等协调考虑，做到每个环节有机结合，形成EPC模式1，最终推动建筑业装配式建筑的发展，实现建筑业的提质增效。

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