预制装配式建筑设计研究

［摘要］预制装配式建筑是未来建筑产业化的发展方向，笔者以上海市内环内第1个装配式住宅建筑———翡丽甲第的成功实施为例，对预制装配式建筑的设计施工全过程一体化进行研究。通过研究发现结构构件拆分深化设计联系现场实际、综合考虑施工全过程中构件的应力分布、机电管线设计优化、利用预制构件特性等对设计施工有极大促进作用。施工中充分领会设计意图、做好成品保护、优化关键施工节点等可有效地促进生产效率，提升经济效益，促进预制装配式建筑的发展。

［关键词］预制装配式;设计;施工;一体化;优化

引言

预制装配式建筑(prefabricatedconcrete)即PC建筑，是通过工厂化生产构件，经过养护、运输、吊装、连接、与现浇段结合等步骤形成的混凝土结构。预制装配式建筑是未来建筑工业化的发展方向，符合绿色建筑的理念。预制装配式建筑在我国仍处于发展的初期阶段，与传统的现浇结构建筑存在较大差异，其设计、施工也与传统建筑截然不同，至今仍没有国家标准规范指导，施工作业人员缺乏经验。本文以上海市内环第1个预制装配式住宅建筑为例，对预制装配式建筑的设计施工一体化进行分析研究。

1预制装配式建筑特点

预制装配式建筑与传统现浇混凝土建筑相比有如下特点。1)结构深化设计需要对建筑结构进行构件拆分，构件拆分需要综合考虑设计、施工、吊装、运输、施工场地布置等因素。机电管线、线盒需预埋预设在预制构件中，到现场后直接对接安装。2)构件工业化生产，生产模具重复使用率高，构件尺寸精度高，达到清水混凝土的效果，预制构件甚至能根据设计需要在构件表面印出清水花纹。3)构件在工厂中预制，后运输到施工现场直接吊装施工，方便快捷。最大程度减少现场湿作业，减少对环境的扬尘、噪声等污染，减少现场施工作业人员配置，在城市市区内施工有明显优势。4)预制构件与现浇构件结合的现浇节点受力复杂，是设计施工的关键节点，钢筋排布密集，在后期存在漏水隐患。预制装配式建筑的以上特点导致其设计、施工相比传统建筑有其自身特性，并且两者相互影响，因此单独研究预制装配式建筑的设计、施工存在片面性，不利于其发展，需对预制装配式建筑的设计与施工进行一体化研究，使预制装配式建筑的设计与施工相互配合、相互促进，优化提高，为建设项目增值。

2预制装配式建筑设计

2.1联系现场实际的结构深化设计

现阶段开发商为加快资金回笼，不断压缩项目周期，而预制装配式建筑在建筑施工图完成之后仍需对建筑进行构件拆分，进行结构深化设计。构件拆分的大小、质量、形状，直接影响到现场材料堆放的布置、施工临时道路的设置、吊装的选择、塔式起重机基础的设计等。在施工方案总设计中需考虑施工现场实际情况，并在可行的情况下进行优化，尤其在施工场地狭小的城市核心区域。因此预制装配式建筑的结构构件拆分深化设计需与施工单位紧密联系，并在前期总体设计中考虑运输、施工难度和成本等。

2.2考虑全施工过程的受力设计

预制装配式建筑构件在工厂内生产，经过养护，构件强度达到要求后运输到施工现场，再通过吊装安装到位。构件在成为结构的一部分前需要经过运输、翻身、吊装等多个过程，出现多种不同的受力形态，这些过程均需通过预埋在构件内的球形铆钉实现。因此构件拆分及设计过程中不仅需考虑构件在建筑结构中的受力还需考虑生产施工全过程中构件的受力。构件吊点的设置需考虑到构件重心位置、吊装中的平衡、构件运输过程中摆放角度等。以本工程中转角飘窗设计为例:转角飘窗属于多维度异形构件，构件内存在大开洞，构件自重达9.7t，且构件重心位置不在墙身竖向范围内，因此在构件上部设计了4个吊点，确保构件吊装的平衡。考虑吊装运输过程中构件的受力，通过MIDAS软件分析构件的应力分布，如图1a所示。通过分析发现，转角飘窗在吊装过程中局部应力分布过大，需进行加固处理。通过研究采用3根槽钢对转角飘窗进行加固处理，加固后的应力分布如图1b所示，应力集中明显减弱，可以确保吊装运输的安全。

2.3机电管线设计

预制装配式建筑中的机电管线与现浇结构中的机电管线施工存在较大不同，在现浇结构中机电管线通过预埋并直接整体浇筑在混凝土中，而预制装配式建筑中机电管线需预先埋设于构件中，抵达现场后与现浇结构中预埋管线进行拼接，体积和质量巨大的构件在现场完成机电管线精确对接施工难度极大。因此机电管线设计需尽量避免埋设于预制构件中，本工程同时使用BIM软件对现浇和预制构件部分进行建模，分析构件内部的管线排布、线管线盒的位置，确保机电管线能够精确对接。

2.4利用预制构件特性完善建筑设计

预制构件为工厂化生产，尺寸精度高，表面整洁，能达到清水效果，且能够预制出相应的花纹。在建筑设计过程中应充分考虑到预制构件自身优势，减少建筑做法，减少现场湿作业。在本项目中，设计多处利用到了预制构件的特性，如在楼梯部分充分利用了预制构件的精度，安装完毕后表面不再做面层处理，如图2所示;墙壁后期做挂石材处理，墙壁取消了传统的抹灰湿作业。

3预制装配式建筑施工

3.1充分领会设计意图

预制装配式建筑在国内仍处于发展的初级阶段，施工操作经验不多，因此在施工过程中需充分领会设计意图。构件作为一类特殊产品，在最终成为结构的一部分前需经历吊装、运输、翻身等过程，而构件一旦破坏再生产需经过较长周期，将直接影响到整个项目施工工期，因此施工需要充分领会设计对构件受力分布的考量，防止构件在吊装、运输等过程中出现破坏。

3.2施工关键节点优化处理

预制装配式建筑彻底颠覆了传统的施工方式，施工中的吊装作业、建筑做法等与传统的现浇结构完全不同，施工中要充分考虑施工的各个过程优化。预制构件与现浇段间的连接是装配式结构施工的关键，该节点受力复杂，钢筋预埋较多。施工中需充分理解构件预留钢筋与现浇段之间的连接关系，分层次完成钢筋绑扎连接。现浇结构中窗附框位置经常存在漏水隐患，若预制结构后期再装窗附框将同样存在漏水隐患，因此在施工前与设计沟通研究，将窗附框在工厂中与预制构件一同浇筑完成，形成整体，避免后期存在的漏水隐患。3.3现浇段与预制段节点处理预制构件与现浇段连接处是关键节点，因为混凝土浇筑时间不同，存在施工缝且收缩不一致，存在渗漏隐患，同时也是结构连接的薄弱环节。为避免后期出现渗漏情况，本项目在预制构件的上部和下部分别采取了不同的方式进行节点处理。为方便构件堆放，构件下部设计为拉毛平面，构件吊装完成后在构件外侧采取3道防水措施，如图3所示，从外到内依次为220mm防水卷材，13mm厚耐候胶，20mm×30mm橡胶条。在构件的内侧采用预制构件上部留有预留纵筋和箍筋，施工中无法采用上述3道防水措施，通过与设计沟通研究，将构件上部设计为凹槽形式，如图4所示。在与现浇段钢筋绑扎后采用防水混凝土浇筑，凹槽的设计不但可以防止水流向内侧，还能有效增强节点连接。

4结语

预制装配式建筑在国内仍处于发展的初级阶段，在进一步摸索前进的过程中，设计与施工一体化协作，可以有效地促进设计、施工的优化提升，为建设项目增值。通过本工程的应用研究，在结构深化设计中联系现场实际、综合考虑施工全过程中构件应力分布、机电管线设计优化、利用预制构件特性等对设计施工有极大促进作用。同时在施工中充分领会设计意图、做好成品保护、优化关键施工节点等可有效地促进生产效率，提升工程质量，提升经济效益，促进预制装配式建筑的发展。

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作者：蒋文龙 李磊 侯静 张忠良 郭志勇 单位：中国建筑第八工程有限公司上海分公司