程滿  徐春建  賀笑文
濟南市規(guī)劃設計研究院  山東濟南  250101

摘要：在我國的建筑工程領域中,房屋建筑通常采用的是現(xiàn)場澆筑的作業(yè)方法。但隨著城市建設速度的持續(xù)加快,人口密集度也在隨之提升,傳統(tǒng)類型的施工方式已經(jīng)不能夠很好地滿足城市居民的居住要求。針對此種情況,預制裝配式建筑應運而生,并得到了廣泛的應用,對預制裝配式建筑的結構體系展開研究。
關鍵詞：預制裝配式建筑；結構體系；設計
引言：使用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土施工技術，在施工現(xiàn)場可能會導致比較嚴重的污染，該技術在質量可控性上也存在不足。而通過使用預制裝配建筑結構體系，能簡化施工現(xiàn)場施工，降低環(huán)境污染，在工業(yè)化的建筑建設模式下，也提升了工程的質量可控性，因此近年來得到了廣泛使用。但是，預制裝配式建筑也需要有合理的結構設計作為指導，因此設計人員應設計合理的結構方案，保證建筑的質量，確保施工順利進行。
1 預制裝配式建筑概述
       裝配式建筑將各種構件轉移到工廠預制，建筑工程的施工現(xiàn)場主要完成對各種裝配置構建的組裝工作，使建筑工程具有更強的工業(yè)化特征，在質量控制、進度控制上比傳統(tǒng)的建筑施工方式更為優(yōu)秀[1]。同時，預制裝配式建筑也能滿足不同風格、結構建筑的建設需求，可以在工廠預定混凝土構件，對構建的尺寸、強度、材質提出要求訂制，完成構建制造后運送到施工現(xiàn)場，就可以開展對建筑的安裝施工，滿足風格、結構等方面的要求。
       與傳統(tǒng)的混凝土預制工藝相比，預制裝配式建筑在施工中大量使用了輕質墻板，施工時的靈活性和自由度更高，可以節(jié)省財力、人力和物力的投入；使用預制構件施工能加快工程施工速度，而且質量控制也非常簡單，縮短建設周期之后，能給施工企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟效益。實際施工中，現(xiàn)場的人員、材料都比較少，降低了施工的管理成本，能更好地對現(xiàn)場的安全和環(huán)境問題進行控制。
2 預祝裝配式建筑結構體系
2.1 預制裝配式建筑結構體系應用
       針對民用建筑可以使用的預制裝配式建筑結構形式包括木結構、輕鋼－木結構、鋼筋混凝土結構、輕鋼結構、普通鋼結構。由于成本的考慮，開發(fā)一般都選擇裝配式準凝土結構的建筑，鋼結構、木結構性能更強，主要使用在高檔別墅當中。也可以將預制裝配式建筑的結構體系分為特殊結構體系和一般結構體系，一般結構體系的應用比較廣泛，包括剪力墻結構、框架結構、混合體系；特殊體系能滿足不同建筑在功能和性能上的特殊需求，所以都針對專業(yè)性建筑使用，例如對住宅板樓和單一工業(yè)房中應用。
2.2 預制裝配式建筑的抗震性能
       從結構形式上分析，目前的預制裝配式建筑和現(xiàn)澆混凝土建筑并沒有太大的區(qū)別，但是預制裝配式建筑構件在連接技術上更為復雜，所以在結構形式不同、布置不同，以及采用不同連接技術的情況下，裝配式建筑的結構可能有不同的力學和抗震性能[2]。所以為了滿足防震的需求，設計人員一般會針對性地選擇連接技術，并專門設計連接的結構形式。
       預制裝配式混凝土結構根據(jù)裝配化程度的高低分為兩大類，包括全裝配式和部分裝配式。預制裝配式混凝土結構的整體剛度和裝配化的程度沒有直接關系，結合工程實踐，剛度只和受力構件的剛度和節(jié)點剛度有關。節(jié)點的連接方式包括干式連接、濕式連接、柔性連接。干式連接中的鉸鏈連接節(jié)點并沒有轉動剛度，因此對于儲存干式連接框架都只考慮承豎向荷載的情況。比如不會考慮抗震設防，并且基本風壓很小，的底層建筑中。使用濕式連接的剛性連接節(jié)點，轉動剛度接近現(xiàn)澆混凝土梁柱節(jié)點，所以濕式連接的混凝土框架在力學性能上和現(xiàn)澆混凝土框架結構類似，可以應用到低層到高層的所有類型建筑中。對于采用柔性連接節(jié)點剛度，處于干式連接和濕式連接之間，而且存在旋轉剛度。
       由于不同的連接節(jié)點形式結構不同，因此在剛度和耗能性能上也有明顯的區(qū)別。因此在進行抗震設計時，應該結合建筑的需求來選擇連接形式。而且，結構中不同位置對剛度和耗能性能的要求不同，所以建筑設計師也要根據(jù)抗震性能的要求確定節(jié)點類型的使用比例。
2.3 預制裝配式剪力墻結構
       很多住宅建筑都使用了現(xiàn)澆混凝土剪力墻，目前裝配式剪力墻結構也有可能發(fā)展為住宅的主要形式。預制裝配式剪力墻結構可能為純粹的預制裝配式剪力墻結構，也可融合一定的現(xiàn)澆混凝土技術。目前，裝配式剪力墻結構中含有大量的水平和豎向接縫，建筑結構的受力性能會直接決定結構的整體性能，所以在接縫的設計方法、構造要求、施工方法還需要繼續(xù)的系統(tǒng)研究。
3 預制裝配式建筑結構設計
3.1 預制裝配式框架結構體系設計
       由于預制裝配式框架結構的重量比較輕，因此構件的運輸難度比較小，所以一般應用在比較大的預制結構中，比如目前的高層建筑結構中，普遍使用預制裝配式框架體系。框架體系的結構主要在工廠中預制疊合梁和框架結構，對于處理節(jié)點和頂端的鍵槽會在運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場之后進行現(xiàn)場處理。對于框架結構柱的處理工作，需要根據(jù)現(xiàn)場的情況來確定預制或者現(xiàn)澆混凝土方案。
       對于結構的受力機理，設計過程中需要做好對以下幾個方面的控制工作：對預制混凝土框架柱、柱混凝土和底板的固定強度要保持在C30以上。需要做好對結構面質量的控制，以及做好對梁柱中心線位置的控制，做好對縱向、橫向框架柱對其工作，調(diào)整垂直面的狀態(tài)。在對框架梁柱的節(jié)點進行設計時，對于移交的部分必須要滿足剛性連接的要求。對于預制梁柱節(jié)點的焊接施工中，需要做好對焊接質量的控制，對于設計和生產(chǎn)工作，也要保證各種預埋件的合理設計。
3.2 預制裝配式建筑剪力墻結構設計
    裝配式建筑的結構鋼構件著重要組成部分為板結構、剪力墻結構和梁結構，還可以包括預制混凝土構件，包括層合板預制墻板和疊層梁。對于預制裝配剪力墻的設計，應該結合實際情況確定使用半預制還是全預制的剪力墻結構，而且為了確保剪力墻的質量，對橫墻結構的設計中，應該針對實際情況使用承重墻墻板結構或者輕墻板兩端的山墻，使預制承重墻的側向力能滿足結構需求；對于豎向抗側力的設計，對于裝配式結構的不同部位，都要保證豎向承重鋼筋注漿錨桿和連接都通現(xiàn)澆連接；兩個方向的動態(tài)特性應該因可能保持平面形式，對于E連接結構設計，需要確保機械的連續(xù)性和完整性。
    為了保證電力傳輸有清洗的結構，以及確保構件之間連接的緊密性，并且確保預制構件之間能滿足抗震的需求，對于預制構件的鋼結構應該使用連續(xù)高強度預制鋼。為了提升空間和關節(jié)的位置，需要在設計過程中分析場地條件的情況，結合實際情況，防止柱關鍵位置的垂直高度應該設計為一層或者兩層，并且盡量避免不同類型預制建筑出現(xiàn)設計過度的情況。建設過程中，還要根據(jù)要求校核鋼筋形變階段的應力，并且對每一棟復平面上的現(xiàn)澆樓頂板使用區(qū)域設計的方式。
3.3 不同結構建筑的設計方法
3.3.1 低層建筑
       對于底層需要考慮抗震設防為主的結構，一般會選擇鉸鏈為主的框架結構，比如混合連接結構滿足性能要求。剛性節(jié)點的數(shù)量以滿足位移1/550為目標進行設計，或者使用柔性連接的方式，最大程度發(fā)揮預制裝配式建筑的優(yōu)勢。
3.3.2 小高層建筑
       小高層建筑的結構會材料剛接－耗能減震元件－鉸接的組合式連接方法，可以充分發(fā)揮出預制裝配式建筑的優(yōu)勢，還能讓建筑具備更強的抗風、抗震性能，也能滿足對整體結構經(jīng)濟性的要求。
3.3.3 高層和超高層建筑
       高層和超高層建筑應該采用預制裝配式，對于結構的抗側力構件應該使用現(xiàn)澆混凝土，滿足高層建筑強度的要求。
4 預制裝配式建筑的設計思想
4.1 科學提高經(jīng)濟效益
       預制裝配式建筑能夠提升工程的總體質量和效率，但是單體造價要比現(xiàn)澆混凝土價格更高。為了提升預制裝配式建筑的經(jīng)濟效益，設計人員應該綜合研究裝配式建筑環(huán)境效益等方面的作用，通過合理的設計提升裝配式建筑的綜合效益。采用追求結構性能和技術先進性的理念開展設計工作，滿足工程建設目標的情況下，最大化發(fā)揮裝配式建筑的經(jīng)濟性能。
4.2 避免過度使用
       對于結構設計人員而言，設計過程中需要認識到預制裝配式建筑的優(yōu)勢，也要避免在建筑結構中過度使用。比如施工過程中需要使用復雜的剪力墻結構，將會導致工程的用鋼量增加，而且安裝成本也會較高。根據(jù)力學性能的要求，對于邊緣構件應該使用現(xiàn)澆的方式。
結束語：預制裝配式建筑的設計工作中，設計人員需要充分發(fā)揮預制裝配式技術的優(yōu)勢，建筑的結構做好優(yōu)化工作，滿足強度、成本等要求。針對不同類型的建筑，應該靈活使用相應的設計方法，保證建筑的結構滿足要求。
參考文獻：
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