浅析装配式建筑结构设计方法

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［摘要］本文着重分析装配式建筑在结构设计过程中的实施方法，希望由此促进我国装配式建筑结构设计标准化的进度，促进各项效益的取得。

［关键词］装配式建筑；结构设计方法；BIM；PKPM

1装配式建筑的结构设计现状

1.1某住宅项目，剪力墙结构，预制率20%，预制构件：楼板、空调板、女儿墙、二层以上楼梯。该项目设计依据：《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014；《装配式混凝土建筑技术标准》GBT51231-20163）；《钢筋连接用灌浆套筒》（JG/T398-2012）；《钢筋焊接网混凝土结构技术规程》（JGJ114-2014）。该项目采用的标准图集：《装配式混凝土结构连接节点构造》（G310-1～2）；《桁架钢筋混凝土叠合板》（15G366-1）；《预制钢筋混凝土板式楼梯》（15G367-1）；《预制钢筋混凝土阳台板、空调板及女儿墙》（15G368-1）。该项目设计活荷载：施工集中荷载：1.0kN；施工阶段验算（动力系数）：脱模、翻转、运输、吊装：1.5；施工阶段验算（脱模吸附力）：1.5kN/m2。连接方式：楼板上下钢筋锚入现浇梁、墙连接；空调板上下钢筋锚入现浇楼板连接；楼梯梯段板通过预留孔与现浇梯梁预埋钢筋简支连接；女儿墙水平钢筋锚入现浇混凝土构件中。

1.2某住宅项目，装配整体式剪力墙结构，预制率40%，预制构件：内外墙板、楼板、阳台、凸窗、空调板、楼梯。设计方法：采用PKPM计算软件，整体计算按等同现浇原则；同层构件有预制有现浇的，现浇构件地震力放大1.1倍（现浇墙肢水平地震作用弯矩、剪力乘1.1）；接缝部位需要验算；预制构件增加多种工况验算（拆模、运输、吊装等工况验算）。

2装配式建筑与传统建筑

在结构设计过程中的差异。通过上述工程设计项目不难看出，装配式建筑在结构设计过程中，不同于传统建筑，设计人员需要考虑的部分更多更深入。

2.1预制部分如何考虑参与整体计算

传统建筑是现浇的，在结构设计过程中所有构件建入模型，进行整体计算即可。装配式建筑的预制构件部分如何考虑进行整体计算，是装配式建筑结构设计部分的一个难点。前述项目整体计算按等同现浇原则；同层构件有预制有现浇的，现浇构件地震力放大1.1倍（现浇墙肢水平地震作用弯矩、剪力乘1.1）。基于此计算原则，预制构件之间以及预制构件与现浇构件之间节点的连接必须有可靠保证。

2.2预制构件增加多种工况验算（拆模、运输、吊装等工况验算）

传统建筑在设计过行程中，仅考虑施工可行性即可。装配式建筑在设计的时候要进行全方位的考虑，即在常规设计的基础上还要进行深入设计。目前深入设计多是由预制构件厂家进行，需要进行专业间工艺协调以及碰撞精细检查，同时也要反馈给结构设计，设计单位要结合深入设计、施工过程、预制构件加工、运输、安装各环节进行结构设计，无疑增加了设计难点，同时也需要设计人员对装配式建筑的施工全过程深入了解不能遗漏。

2.3装配式建筑需要采用BIM技术系统

装配式建筑从设计伊始，到深化设计，到工艺协调以及碰撞检查，到预制构件加工、安装，到项目施工，全周期内均需要无缝衔接，需要进行精细化集成设计，以确保工程顺利实施。要达到这样的要求，必须应用BIM技术才可以做到。以建筑项目的各项相关信息作为数据建立起来的模型，为设计人员以及工程技术人员包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供了协同工作的基础，信息整合后同一平台的应用，其一致性、可视性、协调性、模拟性、优化性等特性使设计、施工、运营、维护等各阶段能够共同执行，才能保证装配式建筑的顺利完成。

3装配式建筑的结构设计实施内容

3.1装配式建筑结构计算流程

结合某装配式建筑工程的结构设计部分，以PKPM结构设计软件为例，其具体实施如下：首先进行PKPM建模，与传统方法一致，然后导入到PKPM-PC软件中，接着确定工程预制率，进行工艺原则确定，进行拆分方案的初设及优化，之后进行装配式整体计算，生成施工图，最后进行深化设计。

3.2结构设计人员基本要求

通过结构计算软件的计算内容可以知道，设计人员需要具备装配式建筑的基本知识。传统设计中设计人员熟练掌握设计规范、图集、基本的施工情况即可进行设计。但在装配式建筑的结构设计当中，设计人员首先要掌握装配式建筑相关的规范、图集、标准，这些方面包含的设计内容、连接节点、构造要求等均不同于传统设计，需要重新学习熟练应用。其次还需要了解深化设计的内容，这就要求设计人员了解装配式建筑的预制构件加工工艺、安装要求，了解装配式建筑的施工方法，在此基础上才能准确的掌握深化设计的各方面需求，能够正确进行施工过程、预制构件加工、运输、安装各环节的结构设计。

3.3对BIM技术的掌握及应用

设计人员要对BIM技术有深刻的认识。BIM技术近几年在我国开始发展，在传统的设计单位还没有形成规模，仅在少数设计院少数工程项目中才有应用，并且有的项目中也仅仅是停留在翻模、碰撞检查等表层应用范畴。在深化设计部分，钢筋端头的调整、水暖管线预埋预留、预埋件布置、安装模拟、碰撞检查、施工吊装、重心校核等方面，应用BIM技术能够很好的解决诸如此类的装配方面的问题。对于装配式建筑这类制作预制构件进行安装的项目，因其施工精度的增高BIM技术的应用更是极为重要。后期的施工模拟，施工组织，工程算量都可以在BIM的数据集成平台上进行。

3.4装配式建筑结构设计内容

装配式混凝土结构设计部分应有专项的结构说明，并应与主体结构总说明配合使用，预制构件图纸应结合主体结构施工图配合使用。要明确给出施工集中荷载以及施工阶段验算的荷载值。设计图纸需要包括如下内容：第一，预制混凝土结构设计总说明，是对整个项目的指导文件，对预制构件的加工，安装的指导说明。第二，预制构件平面图，表达预制板分布位置，板名，重量。第三，剖面图，与预制构件相关建筑各部位墙身剖面，表达预制构件与主体结构的相对关系。第四，楼层预埋件分布图，表达预制构件在装配前需要事先预埋的金属件位置。第五，预制构件详图，构件厂生产预制构件用图纸，表达构件外形尺寸，配筋信息，相关连接件，金属埋件定位与数量等。第六，节点图，表达预制构件之间及预制构件与现浇构件连接的节点构造。第七，金属件加工图，表达PC生产、施工用到的所有金属件的加工图。

3.5装配式建筑结构设计对预制构件厂和施工单位的要求

目前的装配式建筑还没有形成真正的产业化和标准化，装配式建筑因不同预制构件厂家的工艺流程以及不同施工单位制定的施工方案从而影响到结构设计。所以在结构设计部分，要增加对预制构件厂和施工单位的要求。如：预制构件加工单位应根据结构设计规定和施工单位的要求编制生产加工方案。所有构件加工前需要与各相关专业（建筑、结构、给排水、电气）确认复核无误后方可加工；施工总承包单位在装配式混凝土结构施工前应制定专项施工方案。施工方案应结合结构深化设计、构件制作、运输和安装全过程的验算，以及施工吊装与支撑体系的验算进行策划与制定，应包括构件安装及节点施工方案、构件安装的质量管理及安全措施等，应充分反应装配式结构施工的特点和工艺流程的特殊要求；工程施工总承包企业必须对诸如预制构件吊装、定位、纵向钢筋连接等关键工序的施工管理和操作人员进行技术培训和岗位技术考核，施工人员在岗位上应该严格执行操作标准；施工管理人员应当对每道工序进行检验和验收，并如实做好施工记录；工程监理单位、施工承包单位、预制构件加工单位和深化设计单位、其他与工程相关的产品供应厂家，均应严格执行该工程在设计中的各项规定。

4结束语

装配式建筑不是新兴事物，在各国都已有了长足的发展，但在我国，早期砖混结构中楼板使用预制板，但连接方式不好，抗震性能差，所以后期均改为现浇结构。直到近几年，开始推广装配式建筑，这对设计人员乃至整个建筑行业都是一个很大的变化。尤其对结构设计人员，更是提出了艰巨的任务，相对传统设计无异于一个重大变革。本文基于此，从装配式建筑的结构设计现状出发，通过两个工程实例，分析了装配式建筑与传统建筑在结构设计过程中的差异，分别是：预制部分如何考虑参与整体计算；预制构件增加多种工况验算（拆模、运输、吊装等工况验算）；装配式建筑需要采用BIM技术系统。最后总结了装配式建筑的结构设计实施内容的五个方面，分别是：装配式建筑结构计算流程；结构设计人员基本要求；对BIM技术的掌握及应用；装配式建筑结构设计内容；装配式建筑结构设计对预制构件厂和施工单位的要求。笔者认为，随着各地装配式建筑项目的建设，相关的规范、图集、标准更加完善，我国的装配式建筑必将实现产业化、工业化、标准化，由此促进建筑行业及各相关产业的发展，促进社会的可持续发展。

参考文献

[1]装配式设计全流程应用详解PKPM构力科技徐卫东.

[2]SATWE多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件用户手册.

[3]装配式建筑设计实例分享上海中森建筑与工程设计顾问有限公司邱令乾.

作者:王海峰 王春杨 单位:吉林建筑大学城建学院