公共文化建筑装配式设计施工探究

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［摘要］当前许多公共文化建筑由于建筑风格的形式化不是特别强烈，所以比较适于采用装配式技术，可根据实际情况选择采用全装配式或部分装配式。本文结合公共文化建筑项目案例，简要研究了装配式建筑的设计流程与技术应用要点。

［关键词］装配式建筑设计；公共文化空间；设计流程

公共文化建筑采用全装配式或部分装配式设计技术手段，主要是根据建筑的功能、风格及形式需要而定。一般情况下要根据公共文化建筑预制系统的需要，进行不同体系的划分，同时结合细节把握和落实整体建筑的设计风格与技术特点，从而提高公共文化建筑的装配式设计水平及施工质量。

1装配式建筑的设计要点与流程

装配式建筑设计前期方案阶段的设计流程与常规项目相同，需要根据场地条件、周边环境等因素，结合设计任务书内项目功能、建设规模及其他技术要求完成方案设计阶段的总平面规划及单体方案设计工作。方案设计确定后，相关专业（结构、给排水、电气、暖通空调专业等）需要配合进行方案深化设计及初步设计，此阶段主要结合项目所采用装配式建筑技术体系，针对关键技术以及疑点难点进行专项分析研究并提出合理解决方案，进而专业间互相协调、同步推进并最终完成施工图设计。以传统公共文化建筑设计为例，其所要解决的是平面布局与功能配置是否合理，建筑风格与周边环境是否融洽，建筑造型是否美观，结构体系是否坚固耐用，以及建筑本身的施工难易程度和整体成本造价。但在采用装配式建筑设计体系后，需要考虑的因素就包括了技术应用的有效性，施工组织的合理性，建造成本的经济性，通过建筑各预制体系科学拆分与标准化，对预制构件的合理组合运用，保证建筑外立面造型不单调且内部空间布局可灵活变化，同时也满足建造的基本安全性与可靠性要求。建筑的装配式设计阶段的基本设计流程。建筑体系拆分结构体系、内外围护体系、装修和设备管线体系）→部件设计→材料选择→墙体、楼板、屋面、楼梯预制→预制装配率计算。

2项目概况

2.1某公共文化建筑的装配式建筑设计概况。本项目为中型公共文化空间建筑，采用了装配式钢结构框架体系，为最大程度实现公共空间的标准性和灵活性，采用九宫格轴网平面布置，在布置的同时还要考虑到地下空间及各种设备功能房间的布局，采用了8400mm和9000mm的柱网组合。在首层柱网以外位置，为了有效增大建筑空间及有效使用面积，选用悬挑的方式，屋面部分主要使用轻钢屋架结构体系，用于大跨度的展厅空间。建筑的装配式体系主要包括了钢框架结构、预制墙体、预制楼板、预制屋面以及预制楼梯等5部分。2.2钢框架结构选型与连接节点设计。本项目的主要结构构件运用了箱形钢柱、H形热轧钢梁，其中主体结构钢柱采用400mm×400mm×14mm×14mm型号，轻钢屋架采用300mm×250mm×8mm×12mm型号。所有结构构件均在工厂预制完成并在现场直接吊装安装，这种施工操作可以发挥装配式建筑设计及施工的最大优势，有效地节省了大量的建造时间、施工空间并减少了资源消耗，体现了便捷高效的特点。在结构连接节点设计方面，项目采用了刚性连接柱脚位置，再利用垫板配合加强肋有效加强螺栓，确保做到基础与地上钢柱合理连接。在H型钢箱形柱连接方面，采用工字钢翼缘与腹板栓接直接焊接，悬梁臂段等其他部分也采用全焊接连接形式，满足主梁与次梁的可靠连接[2]。2.3预制墙体设计。本项目的预制墙体设计包括了外墙与内墙，其中外墙采用蒸压砂加气混凝土ALC板，综合考虑节能要求及隔声效果，采用200mm的厚度，设计最大长度控制在5000mm以内，同时内配直径8mm钢筋，具有良好的抗冲击性。在外墙拆分尺寸方面，为体现外立面的韵律感，在设计中结合柱网模数，同时考虑到预制件的标准尺寸，将ALC板宽度设置为600mm的模数。主体建筑南立面外挂外墙板的拆分尺寸经计算为3000mm×4800mm（600mm×8mm）（图1）。这样通过合理的模数设置及工厂预制生产，可以极大减少工地现场的切割量，提高建筑外墙施工安装速度及建造水平，节约了材料、节省了成本。在对外墙板与主体结构连接构造进行处理时，ALC板上下两端使用通长角钢与构造柱焊接固定，需保证墙板与钢梁通过螺栓连接。同时，在窗洞口四周采用扁钢焊接加固框加固，并将上下扁钢与螺栓、ALC板连接固定，最后在末端焊接与通长角钢连接。在整个外墙的装配过程中为确保墙、梁、柱面的相互可靠连接，采用直角钢件法、钩头螺栓法进行连接，并用岩棉、泡沫剂等进行填缝处理。本项目ALC外墙板的具体施工工艺流程主要如下：测量放线→设定水平控制线、垂直度控制线→钢梁通长角钢及支撑件焊接做防锈处理→墙板检验编号→门窗洞口加固角钢焊接安装→焊缝检查→防锈漆涂刷→板材吊装、校正平面与垂直度→板面破损修补→嵌缝→涂刷外墙涂料装饰外墙。本项目采用厚150mm聚苯颗粒水泥夹芯复合条板作为内隔墙，主要用于内部空间的分隔，组装快捷、方便切割。内隔墙的拆分设计中采用了标准板尺寸，板宽600mm，最大高度控制在5000mm以内，当排列剩余宽度不足一块标准板宽时，在现场使用切割补板，且控制切割宽度使其在200mm以内。在墙体连接节点构造方面，主要采用聚苯颗粒水泥夹芯复合条板横向连接，具体采用了双凹槽对接、平接、榫接等方式，再配合钩头螺栓法、直角钢法等，同时在条板隔墙位置上预留门窗洞口设计尺寸，距离板边120~150mm位置实施细石混凝土灌实操作，避免该位置出现空心孔洞漏洞问题。2.4预制楼板设计。对本项目中预制楼板体系的研究应该从降低自重、提高施工速度、增加建筑结构强度、节约成本等多方面入手，保证楼板与主体结构形成一体化系统，这也符合装配式建筑设计的基本宗旨。经过综合分析比较，本项目采用预制带肋底板混凝土叠合楼板，具体体现在以下几方面技术优势。（1）不需要支模，在施工过程中可同时吊装多个板块而互不影响，能大幅缩短施工工期。（2）装配化方面，预制底板均在工厂加工制作完成，所有构件在制作后都进行了精确校准，满足工业化生产要求。（3）刚度方面，采用高强材料的预制带肋底板混凝土叠合楼板，质量更轻、刚度更大、抗裂性能表现更好。本项目采用的预制楼板施工的底板厚度为300mm，整体造价较为合理，为项目施工节约了大量成本。在预制带肋底板混凝土叠合楼板生产预制过程中，保证带肋底板设置预留孔洞，在叠合层位置现场浇筑混凝土楼板现浇层，同时将底板通过预埋方式与钢梁翼缘相互焊接固定，最后再在底板上浇筑混凝土完成楼板施工过程。本项目预制楼板的具体施工工艺流程为：排板→放样→吊装堆放→敷设→钢梁临时固定→封口板收边、安装→临时支撑→钢筋绑扎→管线铺设、埋件→浇筑混凝土。2.5预制屋面设计。本项目的预制屋面设计围绕重点在于节点构造设计，即檐口与雨水管部位节点的设计。屋面装饰板采用铝镁锰金属板，在预制混凝土楼面板上铺设厚100mm岩棉保温层，间隔240mm铺设檩条，总体厚度约为370mm。在设计过程中，主要针对平屋面及展厅坡屋面檐口、檐沟等屋面不同部位的节点构造进行深化设计，同时处理好高低屋面、展厅屋面与外墙的连接节点构造等问题。另外，在对屋面组织排水与落水管进行处理时，屋面板与外墙板接缝位置处设置屋面排水口，并同时做好外挂墙板构造柱与竖向排水管的有效整合，确保屋面有组织排水设计的合理性，并将外立面落水管全部隐蔽设计，提升了建筑的整体观感，体现了装配式建筑的质感与细节。2.6预制楼梯设计。本本项目使用预制装配式钢筋混凝土楼梯，其包含了楼梯段与休息平台2部分。其中休息平台构件与楼梯段构件设计上完全分离，且全部在工厂生产预制，在施工现场组合安装。楼梯安装采用预制钢筋混凝土梯段配合U形筋，在预制楼板内预埋钢板箍连接，最后对预制梯段和楼板通过现浇混凝土使其成为整体[5]。整体看，本项目装配式体系的主要施工过程可概括为围绕地上部分钢框架结构展开，在完成钢筋混凝土浇筑后，结合主体结构的梁柱安装预制楼板（预制楼梯同步安装），在预制外墙体系部分安装完成后铺设预制屋面板，如图2所示。

3结束语

总体来说，在公共文化建筑的设计施工中采用装配式建筑技术，结合建筑设计所要求的平面尺寸及层高设计，实现内外空间设计的标准化、统一化，满足设计功能及建筑风格需求的同时满足装配式建筑评价标准要求。正如本文中所述的公共文化建筑案例所示，在采用装配式建筑设计后，非但不影响建筑功能布局的合理性，建筑造型的风格特点，又能很好加快施工进度，节省建筑成本，节约建筑材料，并能体现建筑的高品质，让建筑设计和施工更加具有创造性。

参考文献

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作者:王伟 单位:河南五方合创建筑设计有限公司