基于模块化的装配式结构设计要点分析

王群

武汉和创建筑工程设计有限公司

【摘要】随着我国建筑行业步入新的发展阶段，装配式建筑大受欢迎，被广泛应用到工程领域中。在装配式结构中，各构件的制作质量将直接影响整个建筑工程的施工质量，因此需要加强装配式结构设计和效率，这样才能为建筑工程提供质量保障。基于此，本文将对装配式结构设计要点进行分析，以便能够帮助设计人员设计出更标准的装配式结构构件，满足建筑结构需求。

【关键词】模块化；装配式结构；设计；要点

模块化设计能够有效缩短设计时间和成本，通过以某个构件为参照物，使其他构件也按照相同的要求生产，就能开展系统化生产模式，减少调试、修改时间和成本。但目前我国的装配式结构设计还存在不足，难以兼顾高度、功能等多方面需求，需要从具体问题着手，才能设计出符合相关工程的预制构件，提升工程作业施工效率。

1.模块化装配式建筑概述

模块化装配式结构就是将叠合板、剪力墙等构件在构件预制厂先生产制作出来，之后再将预制构件统一运输至施工现场进行装配，使其转变成一个整体性建筑。装配式结构设计是为了降低传统建筑方式的原料浪费，可以有效减低原料成本和提升节能环保标准。比如，采用装配式结构应用到的木材才是传统混凝土结构的五分之一左右，大大减少对木材的需求量。另外，相对于传统混凝土的现场施工来说，装配式结构可以现在预制厂生产，然后再在现场进行装配，实现生产、应用同时进行，大大减少现场施工时间。预制模块化构件，还能实现流水作业，大大提升建筑施工效率。

2.工程概况

某地初中教学楼设计，每栋楼都层数都为8层，采用现浇钢筋混凝土框架结构和柱下独立基础，混凝土的强度等级为C35。该建筑工程的总面积为3 500m²，分为5栋楼，绿化环保要求为预制率不低于30%^[1]。本项目中，1-4号教学楼都采用装配整体框架结构，只有5号楼采用钢筋混凝土结构和装配式结构搭配。本工程的岩土地基分为三种类型，分别是杂填土、粘土和亚粘土，杂填土含有混凝土块、煤渣、石灰渣等物质。需要满足地基值为2层承载压强200 kPa、3层承载压强310 kPa，场地的的设计相关标准如下：设防烈度7度，抗震等级三级、防风压强为0.35 kN/m²。

3.模块化设计思路分析

3.1模块化

在进行教学楼设计时，会采用模块化建筑设计，并先进行单独结构设计，在进行整体设计规范，对设计的模块进行组合连接，满足建筑项目的使用功能^[2]。比如，在进行3号教学楼设计时，该号楼包含的区域模块有3个教师模块、2个公共办公区域及2个其他模块。每个房间的平面都是一样的，因此可以采用模块化设计思路，尽可能保证构件设计的标准化，从而实现流水作业，提高对建筑成本的控制力度。需要注意的是，在公共办公模块中，主要的用途为阅览室、走廊、楼梯间、办公室等公共空间，某些空间的功能不同，采用的空间布局也有所区别，需要结合实际进行调整，提高装配式构件的科学性。

3.2经济性

在该工程中，只有5号楼采用的是现浇混凝土框架结构，其他四座楼都采用装配整体式混凝土框架结构。因此，前四号楼的可以采用相对规则的结构体系，不仅能够于实现模块化施工，还能减小主体建筑结构体量，在有限的空间内提升室内面积。5号楼的设计较为不规则，因此采用现浇混凝土框架结构，这样能够将制作成本控制在一定范围内。需要注意的是，虽然说1-4号楼采用的装配整体是框架结构，但并不是所有结构都是预制结构，还有一些环节会采用到现浇混凝土结构。开展模块化装配构件设计，能够降低现浇次数和成本，提升工程的标准化建设的经济性，同时也能减少现场施工影响因素。由于本工程的层数不高，采用到的预制构件有限，设计者可以在满足预制控制率的基础上加入竖向构件，提高框架柱体性能。

4.模块化装配式结构设计要点分析

4.1叠合板

本次项目采用的预制楼板都是叠合单向板，并遵循以下原则进行设计：第一，保证施工的正确顺序，按照标准化施工顺序施工，从而保证板缝与板的长边能够保持垂直。第二，明确叠合板生产规格，保证工厂生产的构件宽度与运输车辆宽度限制一致，保证叠合板构件的运输畅通度。第三，减少叠合板规格，尽可能提升叠合板的标准化设计，从而能够减少生产难度。

4.2叠合梁

叠合梁是建筑结构的重要支撑构件，控制好叠合梁的生产质量和拆分位置，是保证梁端结构的重要方式，能够确保梁端结构的槽节点能够与现浇框架柱结构完美连接，从而保证钢筋连接的质量。一般来说，叠合梁的后浇混凝土厚度不能小于120mm，叠合主梁的后浇厚度不能小于150 mm。如果在进行叠合梁连接时，叠合板的厚度小于叠合梁厚度，需要将这个部分设计成凹口截面，以便满足两个构件相连接的目标。在进行叠合梁设计中，需要注意三个方面内容：第一，明确叠合梁中的钢筋规格和间距。第二，设计好构件钢筋伸出长度和样式。第三，做好水电点位预埋及点位设置，保证建筑项目的电气工程、排水工程能够顺利完工。

4.3预制楼梯

学校教学楼采用的都是楼梯形式，预制楼梯是装配式结构的重要组成部分^[3]。本次项目工程设计的楼梯形式为双跑楼梯，采用简支方式连接楼梯和楼梁，并在预制楼梯的上部结构中采用固定铰支座，在下部结构采用滑动铰支座，以此形成相互作用力。为了有效避免地震等不可抗因素，将至上部结构中设置5 mm厚的聚四氟乙烯板结构，可以提升对结构梁的约束作用。在具体预制构件设计中，需要充分考虑设计图纸、生产工艺等多方面因素，全面考虑钢筋结构的数量、参数规格、长度及样式，并在建筑工程的水电暖点位置进行预埋施工，再做好吊装的点位设计和安装方向标记，以便能够按照图纸完成设计工作。

4.4剪力墙

剪力墙使装配式建筑的主要荷载结构，具有保护结构稳定的作用。因此，在进行装配式结构设计时，需要重视剪力墙结构设计，充分把握剪力墙的设计要点，以便提升整个装配式结构的设计质量。在进行剪力墙设计时，需要避免单方向简历请设置，并采用对称时施工方式，提高剪力墙的厚度和边缘设计，以便能够提高建筑的抗震性能。

5.结束语

总而言之，在进行装配式结构设计时，要综合考虑成本、质量、环保等因素，在保证工程质量的前提下有效控制工程成本和加快建设速度，改变传统人工密集型管理模式，采用先进的技术形式提升施工效率好质量，促进建筑项目标准化、模块化发展。

参考文献

[1]马海英,戎文杰,李新华.装配式结构在百年住宅中的研究与应用[J].建筑结构,2019,0(15):14-17.

[2]张红州.装配式混凝土结构应用与设计关键点探讨[J].建筑与装饰,2020(20):9.

[3]梁晨,吕彦斌.试析装配式建筑结构体系设计要点及其发展趋势[J].工程建设与设计,2018,0(11):56-57.

作者简介:王群，工作单位：武汉和创建筑工程设计有限公司，主要从事建筑结构设计、装配式深化等研究。