錢翔宇

摘要：建筑業(yè)始終作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，與發(fā)達(dá)國(guó)家不同，我國(guó)的建筑施工，一直以現(xiàn)澆、現(xiàn)砌、現(xiàn)砸為主。比如：現(xiàn)場(chǎng)澆筑樓板、現(xiàn)場(chǎng)澆筑屋頂、現(xiàn)場(chǎng)澆筑剪力墻墻體、現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋、現(xiàn)場(chǎng)砌筑墻體等等，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，污染空氣嚴(yán)重，施工周期較長(zhǎng)，受季節(jié)天氣的束縛因素較多。而實(shí)現(xiàn)建筑生產(chǎn)制造工業(yè)化，大力發(fā)展污染少、周期短、不受季節(jié)天氣等因素影響的裝配式建筑，已成為我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑;裝配式建筑設(shè)計(jì);PC設(shè)計(jì)。

所謂裝配式建筑，就是各種構(gòu)件組裝而成的建筑，經(jīng)工廠生產(chǎn)出來構(gòu)件和配件后，現(xiàn)場(chǎng)組裝拼接而成。從工廠制作到現(xiàn)場(chǎng)安裝，僅僅兩個(gè)步驟。和傳統(tǒng)的建筑施工相比，省去了購(gòu)買原材料、現(xiàn)場(chǎng)配比材料等環(huán)節(jié)，而工廠配件、構(gòu)件的模塊化生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，使施工的速度增加，對(duì)現(xiàn)代化的建筑業(yè)發(fā)展意義重大。

1 裝配式建筑的發(fā)展

受政府推廣影響，裝配式建筑在我國(guó)各地區(qū)迅速得到了推廣，從大面積的標(biāo)準(zhǔn)住宅小區(qū)到小面積的標(biāo)準(zhǔn)住宅小區(qū)。從居住建筑到辦公建筑，再到商業(yè)、工業(yè)建筑、體育文化建筑等等，各種各樣類型的建筑都在朝著裝配式的方向發(fā)展。

2 裝配式建筑結(jié)構(gòu)形式

裝配式建筑常見有兩種結(jié)構(gòu)形式：裝配式鋼結(jié)構(gòu)、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，而我們通常說的裝配式結(jié)構(gòu)，英文Prefabricated? Concrete? Structure，是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)稱，又簡(jiǎn)稱為PC。

裝配式鋼結(jié)構(gòu)，我們通常稱之為鋼結(jié)構(gòu)，由鋼制材料組成的結(jié)構(gòu)，是主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一。鋼結(jié)構(gòu)主要由型鋼和鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成，因其自重較輕，且施工簡(jiǎn)便，廣泛應(yīng)用于大型廠房、各類場(chǎng)館、超高層建筑等領(lǐng)域。

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，是以預(yù)制構(gòu)件為主要受力構(gòu)件經(jīng)裝配連接而成的混凝土結(jié)構(gòu)，是裝配施工工法的體現(xiàn)。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要方向之一，之前傳統(tǒng)的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)建筑，都在轉(zhuǎn)變?yōu)檠b配式結(jié)構(gòu)建筑，目前大范圍應(yīng)用于高層住宅、高層辦公樓、大型商場(chǎng)、標(biāo)準(zhǔn)化廠房等等。

3 裝配整體式框架結(jié)構(gòu)市場(chǎng)應(yīng)用：

裝配整體式框架結(jié)構(gòu)，是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的一種表達(dá)形式，是一種預(yù)制與現(xiàn)澆相結(jié)合的形式，也就是先安裝法，從在編的國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》內(nèi)容來看，國(guó)內(nèi)裝配式的發(fā)展方向是裝配整體式結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)眾多企業(yè)在裝配式技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)也與此相符，比如長(zhǎng)沙遠(yuǎn)大地產(chǎn)集團(tuán)都經(jīng)歷了從學(xué)習(xí)“日本工法”開始，后來逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋愀酃しā保瑥亩呦虺墒爝\(yùn)用。

所謂“日本工法”也就是后安裝法。即：待房屋的主體結(jié)構(gòu)施工完成后，再將預(yù)制好的PC構(gòu)件作為非承重結(jié)構(gòu)安裝在主體結(jié)構(gòu)上。所謂“香港工法”就是先安裝法，即：在進(jìn)行建筑主體施工時(shí)，把PC構(gòu)建先安裝就位，再用現(xiàn)澆的混凝土將PC構(gòu)建與現(xiàn)澆構(gòu)件連接為整體的結(jié)構(gòu)。我國(guó)大部分建設(shè)集團(tuán)也都采用了“先立墻、后澆筑”的先安裝法的施工工藝，走的也是裝配整體式結(jié)構(gòu)的道路，這些用先安裝工法建造的裝配式建筑，其性能與傳統(tǒng)工藝建造的建筑基本沒有區(qū)別。

4 裝配式建筑設(shè)計(jì)案列分析：

我們以上海莘利橡塑制品廠-汽車橡塑零配件產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目為例，本項(xiàng)目層數(shù)為地上五層，地下一層。因地下一層為地下車庫，為合理布置車位，大部分的柱網(wǎng)都是采用8.4*8.4米標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)來設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定本案列不低于40%的裝配率。經(jīng)過模型計(jì)算分析后，滿足裝配率的前提下，地下一層和地上一層采用現(xiàn)澆設(shè)計(jì)，地上二層到五層采用裝配式設(shè)計(jì)。

建筑的可預(yù)制部位包括樓板、墻體、樓梯、柱子、梁等等，由于項(xiàng)目的為一性，需要我們對(duì)項(xiàng)目可預(yù)制部位進(jìn)行分析，分析哪些部位適合預(yù)制，哪些部位適合現(xiàn)澆。

墻體——在建筑中墻起到的圍合、分割的作用，從結(jié)構(gòu)上分析，有承重墻和非承重墻之分;從布局上分析，有內(nèi)墻和外墻之分;從抗震角度分析，有剪力墻和普通墻之分;本項(xiàng)目為框架結(jié)構(gòu)，無比較復(fù)雜的抗震剪力墻，都是普通磚砌墻體，現(xiàn)場(chǎng)磚砌起來也比較簡(jiǎn)單，所以本項(xiàng)目墻體也采用現(xiàn)場(chǎng)磚砌的方式。

樓梯——是建筑中垂直交通工具的一種，即是上下層聯(lián)系的交通工具，也是疏散安全出口的作用。從形式上來講，有單跑樓梯、雙跑樓梯、多跑樓梯、剪刀樓梯等多種形式，本案列樓梯無復(fù)雜的多跑樓梯、剪刀樓梯的形式，全部采用雙跑樓梯的形式，因各單體使用性質(zhì)不同，樓梯的尺寸規(guī)格要求也不同，加上數(shù)量也不多，如選擇預(yù)制樓梯構(gòu)件，就起不到快速大批量生產(chǎn)的目的，所以本案列樓梯選擇現(xiàn)澆方式。

樓板——在建筑中起到分割樓層的作用，主要是承受水平方向的豎直荷載，是墻、柱水平方向的支撐及聯(lián)系桿件。本案列樓板總面積不大，但樓板上要開設(shè)的設(shè)備管線洞口較多、點(diǎn)位尺寸也不同，如選擇全預(yù)制樓板，樓板上的的設(shè)備管線埋管就要走明線，走明線外觀上不美觀，為了美觀，就要暗埋線管，所以本案列采用半預(yù)制半現(xiàn)澆樓板，既下層是預(yù)制樓板部分，上層是現(xiàn)澆樓板部分，現(xiàn)場(chǎng)澆筑部分可以把設(shè)備線管等埋進(jìn)去，避免外露，這種預(yù)制+現(xiàn)澆的結(jié)合形式樓板，我們通常又稱為疊合樓板。

經(jīng)過分析，本案列預(yù)制的構(gòu)件為：預(yù)制結(jié)構(gòu)梁、預(yù)制樓板、預(yù)制柱子，下面我們對(duì)幾樣構(gòu)件進(jìn)行裝配式設(shè)計(jì)分析。

5 預(yù)制結(jié)構(gòu)梁的設(shè)計(jì)分析：

常見的結(jié)構(gòu)梁形式有兩種，一種是交叉梁，又稱為十字梁，另外一種是單向梁。

交叉梁又稱為格形梁，是由同一平面內(nèi)相互正交或斜交的梁所組成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)力分布均勻，在工程建筑中的應(yīng)用也十分廣泛，適用于中、大跨度的建筑。

單向梁，看字面意思就能理解，它是單向放置的結(jié)構(gòu)梁，是在同一個(gè)方向上受力的結(jié)構(gòu)梁，應(yīng)力分布不均勻，所以不適用于大跨度的單體建筑。

我們以本案列比較多的柱網(wǎng)8.4米的柱網(wǎng)為例，簡(jiǎn)單進(jìn)行拆分。8.4米柱網(wǎng)也算是大跨度結(jié)構(gòu)，一般我們會(huì)選擇十字梁的結(jié)構(gòu)梁形式，下面對(duì)8.4米的柱網(wǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的拆分分析，拆分圖如下圖拆分所示：

由圖可見（粗線為結(jié)構(gòu)梁線，細(xì)線為拆分分割線，下余同），預(yù)制樓板被均勻拆分成4塊，每塊的尺寸為4.2米*4.2米。設(shè)計(jì)師前期都會(huì)選擇這種拆分方式，簡(jiǎn)單明了，乍一看也沒什么問題。但問題就在于尺寸上，此時(shí)拆分板尺寸為4.2米*4.2米，超出普通貨運(yùn)汽車寬度，一般貨運(yùn)汽車寬度為2.0-2.5米，為了運(yùn)輸，只能立在貨車箱中，但拆分板兩端都有連接梁體的鋼筋，立放時(shí)受力點(diǎn)集中在鋼筋端，容易造成鋼筋受壓強(qiáng)過大而變形，變形后的拆分板不能正常使用。為了便于于運(yùn)輸，相同的結(jié)構(gòu)梁下，我們?cè)黾硬鸱职鍞?shù)量，減小拆分板尺寸，如下圖拆分所示：

由圖可見，預(yù)制樓板被拆分成8塊，每塊板尺寸為4.2米*2.1米，看尺寸是符合運(yùn)輸要求，但拆分板的數(shù)量較多，尺寸過小，生產(chǎn)和安裝都費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為了較少數(shù)量，也能滿足運(yùn)輸，最后改變了結(jié)構(gòu)梁的設(shè)計(jì)，由十字梁改為了單向梁，如下圖拆分所示：

由圖可見，樓板被拆分成3塊，每塊板尺寸為8.4米*2.8米，既有利于運(yùn)輸，也減少了數(shù)量，由此得出結(jié)論：“在滿足結(jié)構(gòu)梁設(shè)計(jì)荷載，也滿足運(yùn)輸數(shù)量少的前提下，對(duì)于中、大形柱網(wǎng)建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師要合理選擇結(jié)構(gòu)梁的形式”。

6 預(yù)制疊合樓板設(shè)計(jì)分析：

預(yù)制疊合樓板有兩層結(jié)構(gòu)，既下層是預(yù)制板，上層是現(xiàn)澆板。預(yù)制板部分上部凸出有連接筋，用來連接上層現(xiàn)澆板的部分。本案列設(shè)計(jì)分析得出樓板的厚度為120毫米。我們用裝配式規(guī)范規(guī)定的最小預(yù)制板厚度60毫米來作為下層預(yù)制板部分，那么剩余現(xiàn)澆板部分的厚度為60毫米，本項(xiàng)目前期也是這樣的設(shè)計(jì)，最后廠家深化拆分圖的時(shí)候提出來，在60毫米現(xiàn)澆板部分當(dāng)中，中間配雙向三級(jí)鋼厚度各為8毫米，再埋入直徑為20毫米厚的PVC電線管，剩余上下部的保護(hù)層的厚度是24毫米，24毫米中要做上下兩層保護(hù)層，既保護(hù)層的厚度為12毫米。違反了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中保護(hù)層厚度不小于20的規(guī)定，由此可見我們?cè)O(shè)計(jì)的60毫米+60毫米的疊合板是不符合要求的。最終經(jīng)過商議，現(xiàn)澆的部分改為70毫米，既預(yù)制60毫米+70毫米現(xiàn)澆，多出的10毫米的厚度，可以計(jì)算在建筑的面層荷載中來，本案列建筑的面層預(yù)留厚度為50毫米，設(shè)計(jì)的面層為粘貼面磚，實(shí)際粘貼面磚的厚度為35毫米，富裕的15毫米的厚度滿足現(xiàn)澆部分增加的10毫米的厚度。由此我們可以得出結(jié)論，在雙層疊合樓板設(shè)計(jì)中，現(xiàn)澆的部分要滿足埋入鋼筋和設(shè)備管線的厚度及保護(hù)層的厚度。

7 預(yù)制柱的選擇分析：

本案列為多層建筑，柱子截面由于受到預(yù)應(yīng)力不同，柱子截面設(shè)計(jì)尺寸為變截面，既下面大，上面小，本案列地下柱子截面設(shè)計(jì)尺寸為800*800毫米，一、二層柱子截面尺寸為750*750毫米，三、四層柱子截面尺寸為700*700毫米，五層柱子截面尺寸為650*650毫米。最后廠家深化拆分圖的時(shí)候提出來，柱子變截面較多，不利于大批量生產(chǎn)，最終在滿足結(jié)構(gòu)荷載的前提下，將地上二層至五層的裝配部分的柱截面由三種變?yōu)榱藘煞N。由此得出結(jié)論，裝配式部分設(shè)計(jì)柱網(wǎng)時(shí)，設(shè)計(jì)師一定要靈活計(jì)算，合理分析，盡量減少柱子截面的數(shù)量，統(tǒng)一柱截面，從而更利于工廠大批量生產(chǎn)。

8 結(jié)語

在做裝配式建筑設(shè)計(jì)時(shí)，前期一定要多翻閱資料，多查看一些具體的設(shè)計(jì)案列，以了解其裝配式設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，合理利用規(guī)定的裝配率，分析得出哪些部件適合預(yù)制，哪些部件適合現(xiàn)澆，在滿足裝配式設(shè)計(jì)的特點(diǎn)上，多加分析，從而靈活設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

GB/T 7714

楊志剛， 劉波， 胡文利， 等. 高等教育“十三五”應(yīng)用型規(guī)劃教材 建筑工程概論. [M]. 成都：電子科技大學(xué)出版社，2017.09.

GB/T 7714

王笑夢(mèng)， 馬濤. SI住宅設(shè)計(jì) 打造百年住宅. [M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2016.12

GB/T 7714

陳衛(wèi)平. 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)與管理. [M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2018.11.

GB/T 7714

同繼鋒， 馬眷榮. 綠色建材. [M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.10