陶匡义
[同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海 200092]
摘要：预制装配式建筑在国内已推行多年，近几年成效卓著，推广速度、实施广度有明显增加，技术本身与评价标准也日趋成熟。本文通过总结笔者在装配整体式混凝结构与钢结构这两种主流预制装配建筑类型的实践经验，阐明了预制装配建筑与建筑师工作的关联性，帮助广大建筑师在设计前期少走弯路，提升建筑的完成度。
关键词：预制装配建筑；装配整体式混凝结构；钢结构；建筑设计要点
一、背景
2016年,中共中央国务院发布了《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，该《意见》提出发展新型建造方式，指出大力推广装配式建筑，积极稳妥推广钢结构建筑；力争用10年左右时间，使装配式建筑占性建筑的比例达到30%。
上海市作为国家住宅产业化综合试点城市之一，装配式建筑的发展已经领先于其他试点城市，相应的配套政策也从2008年开始的鼓励阶段、 2013年起的过渡阶段，演进到了2016年起的强制阶段。同时上海也成为国内第一个实现装配式建筑技术规范化的城市。
随着装配式建筑技术与配套政策的完善，新建项目，特别是上海项目中装配式建筑比例必然逐渐增加，也会有更多的建筑设计师触到装配式建筑设计。许多建筑师在刚接触装配式建筑的时候都会有一个误解，认为装配式建筑主要是结构专业范畴的事，与建筑关系不大，实则不然。首先，预制装配结构会有一些特殊的构造或节点，如果还是按照普通现浇结构设计的话，很容易产生碰撞等设计问题。其次，建筑是一个整体，重结构轻建筑并不能体现中央发展新型建造方式的精神，同时由于装配式的政策越来越严格，很多时候光凭结构措施已无法满足预制装配率的要求，需要运用内装修等建筑手段，在未来建筑手段的占比很可能越来越高。
二、预制装配式建筑的方案要点
在方案阶段，建筑师需要与结构、深化单位等各专业配合，展开专题研究，结合装配式工艺特点与建筑造型，明确装配式建筑采用的装配体系，同时根据政策要求与业主要求，明确项目的预制率与装配率。
1.预制率与装配率的计算
预制率与装配率的计算是设计中的首要任务，计算方式也随着政策成熟有所更新。上海在2019年发布了《上海市装配式建筑单体预制率和装配率计算细则》(沪建建材[2019]765号)，新的《细则》将建筑分成为“主体结构、外围护、内装部品”三个部分进行评分，并更新了计算方式与各部件计算权重，特别强调了内装部品在预制率计算中的权重。
在2019版计算细则中，预制装配率的主要计算方法如下：
公式一（体积占比法）：
公式二（权重系数法）： 建筑单体预制率＝Σ（构件权重×Σ（修正系数×预制构件比例））×100%
建筑单体装配率＝建筑单体预制率＋内装权重系数×Σ（内装部品（技术）修正系数×内装部品（技术））部品装配率。
2.预制装配建筑的体系
预制装配式建筑的体系主要包含混凝土结构建筑、钢结构建筑、木结构建筑等，混凝土结构因为成本的优势目前还是主流。根据经验，预制混凝土结构中，装配率越高，成本增加幅度越大，当预制率达到35%以上时，预制混凝土结构相对装配式钢结构将不具备成本优势，同时钢结构自重比预制混凝土结构小很多，可以降低基础造价，施工速度快，相比预制混凝土结构可以节约近一半工期，财务成本也可以显著降低。可以预见，随着预制装配要求的逐渐严格，钢结构很可能将成为预制装配建筑的主流。
三、预制装配建筑的实践经验
近年笔者参与了两种不同类型的装配式建筑项目，均位于上海，分别是临港重装备产业区H36-02地块项目、宝山某商办项目；其中临港产业园项目采用的是装配整体式混凝土结构，宝山商办项目采用钢结构。临港重装备产业园项目业已竣工，宝山商办项目尚在设计深化中。
1.上海临港重装备产业区H36-02地块项目（装配整体式混凝土结构）
上海临港重装备产业区H36-02地块项目位于上海浦东新区临港科创中心主体承载区内，主要功能为研发及配套服务设施。项目总建筑面积约 20.6万m2，地上建筑面积约16.3万m2，地下约4.3万m2。由23栋建筑组成，其中7栋高层建筑，16栋多层建筑，建筑限高60m。该项目还申报了国家住建部装配式建筑科技示范工程项目和上海市科委计划项目“高预制率装配式绿色生态产业园区关键技术与集成示范”。除了满足预制装配率的要求，还采用了多项创新技术，包含装配式混凝土结构消能减震结构体系、预制预应力混凝土双T板叠合楼盖技术和BIM和RFID（无线射频识别芯片）技术等。
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项目中的楼板大部分采用了预制预应力混凝土双T板，顾名思义，双T板就是有两道竖向肋的混凝土板，截面形状像两个连续的“T”字。双T板取消了次梁的设置，可以提高施工效率，同时与钢筋桁架叠合板相比，受力性能更优秀，可以满足较大板跨，同时通过肋的排布，可以减少楼板厚度，降低材料成本，节约造价。在建筑设计过程中，双T板成为了对于建筑设计自由度最大的挑战。
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1.为了减少开模数量，双T板的尺寸需要精简在数个模数之内，这就使得每一跨的跨距需要满足双T板的模数。同时预制梁往往需要居轴线中,不能像常规设计中那样，根据建筑效果或者机电井道的需要偏移梁的位置。这需要在项目初期时，确定一个跨距规整合理的轴网。
2.双T板的肋代替了常规现浇楼板的次梁,肋高在400~500mm高, 肋间距与双T板尺寸相关,通常为固定数值, 无法像次梁那样调整梁位, 因此在布置楼板开洞时,需要避开肋的位置。
3.于双T板两道肋的间距通常小于常规次梁，遇到在结构梁腔中需要布置风机盘管等设备的情况，需要前置考虑设备的尺寸，避免最后机电安装时候放不下，导致房间净高减少。
4.双T板与混凝土梁的搭接关系与现浇体系不同，不是主要通过钢筋锚固，而是“搁置”在混凝土梁的挑耳上，有挑耳的位置需要避免管线穿越。常规项目中，水专业的立管经常贴墙贴柱布置，这样容易将立管隐藏，而混凝土装配式建筑中，墙、柱周围往往是有挑耳的，再加上双T板是预制的，要求洞口在加工时就留好，这就要求建筑师在图纸深化时将管线与结构图核对，合理规避这些小结构，管线密集的位置需要考虑局部采用现浇结构。
除了双T板的直接影响外，装配整体式混凝土结构对建筑还有其他一些影响：
1.装配式建筑更适合平面较为规则的建筑方案，特殊造型的部位装配式无法实现，需要采用现浇结构，对整个项目的预制率有所影响，需要在方案阶段就纳入考虑范畴，避免深化时无法达到项目的装配预制率要求。
2.结构柱需要凸出屋面进行锚固，对建筑第五立面的美观度有一定影响。
3.预制楼梯的梯段需要搁在支座上，支座可能会导致下一楼层梯段的净高不足，需要仔细核对。
4.临港项目部分单体创新性采用了设置黏滞阻尼器的装配整体式钢筋混凝土框架结构。目的在于不给结构增加额外的刚度的同时有显著的抗震效果。阻尼器藏在墙体中，需要考虑检修，在墙体中间设置宽扁的检修门。
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2.宝山某商办项目（钢结构）
宝山某商办项目由两栋100m高层办公、一栋24m多层办公以及一栋37.5m高层商业。项目总建筑面积约13万㎡，其中地上建筑面积约9万㎡，地下建筑面积约4万㎡。为了达到上海市的装配式要求，本项目采用了钢结构，其中项目塔楼办公部分采用钢框架-混凝土核心筒结构，商业楼部分采用钢框架结构。
钢结构是装配式建筑中应用很多也很成熟的结构体系，国内的项目出于成本考虑，除了大跨、悬挑等特殊情况，大部分还是会采用钢筋混凝土现浇结构，所以建筑师对钢结构相对没有那么熟悉。在初次接触钢结构时，也会明显感觉到相对现浇结构有些束手束脚。
1.钢结构体系中，与上文的装配整体混凝土结构类似，框架梁与圆柱连接时，梁柱需居中；框架梁与矩形柱连接时，梁柱也需尽可能居中布置。
2.当建筑带地下室时，地上部分钢柱需要延伸至地下，对应的地下室柱需要在地上钢柱的基础上，至少外包200mm厚混凝土，这就导致地下柱子的截面尺寸往往比普通混凝土结构大，而且在0标高的位置有一个突变，这对上下贯通贴柱布置的管井管线的有不利影响。
3.钢结构建筑往往会见到钢桁架的身影，钢桁架的斜撑多为V字形，不仅影响人员通行，也影响机电管线排布，所以需要在前期与结构充分交流，尽量避免在疏散通道或管线集中的地方设置钢桁架。钢桁架需要在法向设置额外钢梁作为面外支撑，在与地下室混凝土结构交接的部位与柱类似也需要有额外的锚固，所以在桁架两侧布置垂直管井或楼梯时需要考虑这些因素，避免有效净宽不足。
4.最令笔者“痛苦”的是钢结构构件的截面尺寸。钢结构的结构平面图中，梁仅用单线表示，相应尺寸需要根据梁编号在梁表中查询，不像混凝土结构中梁宽那么直观，增加了建筑师核对图纸的工作量。
在结构专业的结构截面尺寸基础上，还要考虑防火涂料的尺寸。钢结构的防火涂料分为薄型和厚型两种，主要与结构构件的种类、耐火时限要求和具体产品有关。厚型防火涂料的常用的厚度在10~50mm，这个厚度对构件净尺寸影响显著，必须在设计中纳入考量。
厚型防火涂料厚度汇总表
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建筑的各个洞口净尺寸都需要考虑结构构件的涂料厚度的影响，由于涂料厚度有一定不确定性，往往为了保险都按厚的留，一道200mm宽的钢梁含两侧的涂料在项目中就占用了300mm宽的空间，在交通核等本就捉襟见肘的空间极大的增加了布置难度。
砌块墙与钢柱的对位也需要考虑防火涂料的影响，如果像混凝土结构一样砌块墙与柱边平齐，且墙体的饰面只有20mm厚的粉刷，一旦柱子的防火涂料厚度超过20mm就会凸出完成面，只能通过加厚墙面粉刷来找平，费工费料。所以一开始在布置墙体时，砌块墙应当与钢柱的防火涂料完成面拉齐，这样可以保证最后粉刷完成面是平整的，即使钢柱的防火涂料比预留的厚度小了，也只需在钢柱局部补一些涂料即可。
钢结构建筑外围护是幕墙体系时，也需要提醒结构设计师预留防火涂料的构造厚度。
5. 钢框架结构的梁柱连接节点部位经常存在加劲肋、加腋、加宽等情况，很容易引起机电管线与结构的碰撞，需要请结构设计师提前预警，各专业沟通讨论，规避碰撞问题。
6.当外围护采用幕墙结构时，幕墙龙骨不能直接与钢梁连接，在节点设计时需要综合考虑结构设计师与幕墙设计师意见，确定幕墙龙骨是通过埋件与混凝土构件连接，还是在钢梁上的预焊钢板连接，如果需要在主体结构上焊板，需要在钢结构构件出厂前加工完毕，避免现场焊接破坏防火涂料的完整性。
四、结语
随着建筑技术的发展，我国的建筑工艺不可避免的正在走向工业化与精细化。
装配式建筑要求在设计中尽可能达到设计元素的“通用化、标准化、模数化”，这样方能最大程度地节约工期与成本，发挥装配式建筑的优势，装配式的连接节点构造逻辑也与现浇体系有很大的不同。这对建筑设计师提出了更高的要求，只有在合理的项目周期中，与各专业的设计师与顾问充分交流，方能保证建筑设计的品质。
参考文献
[1].装配式建筑评价标准，中华人民共和国住房和城乡建设部，GB/T51129-2017
[2].装配式钢结构建筑技术标准，中华人民共和国住房和城乡建设部，GB/T51232-2016
[3].上海市装配式建筑单体预制率和装配率计算细则，上海住房和城乡建设管理委员会，沪建建材[2019]765号
[4].同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，高预制率装配式绿色健康产业园区关键技术与集成示范，科研项目，2017.7
[5].赵昕，装配式钢结构高层建筑设计要点与案例，同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，2018.07