上海天华建筑设计有限公司 200233
摘要：随着我国建筑行业的快速发展，建筑施工技术不断更新，预制装配式结构成为我国房屋建筑的主要结构形式，大大提升了房屋建筑建设水平。在预制装配式住宅工程设计中，工作人员要明确工程设计要求，形成整体设计方案，之后展开一系列的装配式构件及连接设计，借助BIM技术深化设计、碰撞检查，形成系统、全面、有效的预制装配式住宅设计方案，为之后的工程建设提供可靠依据。本文结合具体工程案例，围绕预制装配式住宅整体设计，对预制装配式住宅整体设计要点进行深入探究。
关键词：住宅；预制装配式；设计
相较于传统建筑设计，预制装配式住宅设计涉及到更多的预制构件设计、构件连接设计、预制剪力墙设计，且设计质量能够直接影响工程建设的整体水平。科学合理的预制装配式住宅设计方案能够为工程施工提供明确、具体的指导，是开展施工建设的主要依据；若设计参数不合理、预制构件之间衔接不良、缺乏碰撞检查等环节，就会导致后续施工人员无法有序展开施工，影响工程的建设进度、建设质量与建设安全。由此可见，设计人员要根据工程实际情况，立足于整体形成合理的设计方案，之后严格依照行业标准对预制装配式剪力墙、预制结构、预制构件的连接等进行设计，形成具有较强可行性的设计成果[1]。
一、设计案例
本次工程案例为华润置地闸北10-03地块住办商品房项目（以下简称“闸北10-03地块项目”），总建筑面积311935.78m2，地上建筑面积约100051.7m2，地下建筑面积约213280.36m2。本次设计内容包括28栋建筑，其中1~24号楼为住宅，28号楼为办公楼。高层建筑均采用“预制夹心保温墙体+整体式剪力墙”结构，多层均采用现浇剪力墙结构，24号楼采用装配整体式剪力墙结构，28号楼采用钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构，整体布局如图一。本次研究内容主要为项目高层建筑的预制装配式结构设计。
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图一 “闸北10-03地块项目”整体平面图
二、预制装配式住宅整体设计
根据“闸北10-03地块项目”高层部分目标结构，本次设计中的标准层预制构件平面布置（如图二），设计人员在建筑立面设置石材干挂外墙，在上部采用仿石涂料作为外墙装饰面。依照预制装配住宅工程的装配率要求，设计人员确定设计方案为：（1）选择预制剪力墙为山墙部位结构，控制单块预制剪力墙重量≤5t；（2）采用预制夹心保温外墙作为住宅外围居室房间材料。设计外页墙厚度60mm，夹心保温层厚度30mm；（3）采用现浇结构作为建筑物楼梯间、核心筒部分结构。（4）确定阻燃型挤塑聚苯乙烯泡沫板为夹心保温材料，干密度系数30 kg/m3，拉伸强度≥0.10 MPa。
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图二 标准层预制构件平面布置
三、预制装配式住宅整体设计要点
结合“闸北10-03地块项目”预制装配式住宅整体设计，可以看出，相较于普通房屋建筑设计，本次设计更加繁复，尤其是立面设计部分与预制构件设计部分。在设计中，工作人员要遵循标注化、模数化原则，控制构件使用类型，充分考虑构件吊装、构件加工情况，避免出现预制构件尺寸过大或者过小的情况，适当增加预埋吊点，保证预制装配式住宅设计的科学性、合理性与发展性[12]。关于本次设计的具体情况，可以分别体现为如下几点。
（一）预制剪力墙体系
根据上述概况可以知道，本项目高层建筑物均采用预制夹心保温墙+整体式剪力墙结构，其中外墙夹心保温就是指将保温材料放置在外墙内外侧墙片中，提升墙体本身的保温隔热性能，充分发挥这一技术防水性良好、耐候性较佳的优势，形成有效的内侧墙片保护层。整体式剪力墙就是指采用预制墙板连接之后浇筑，形成整体的剪力墙结构。考虑本地区预制构件生产条件、运输条件，设计人员采用平面构件为主要预制构件，设计墙板预制率为18.1%、阳台板预制率约为2.3%，楼梯预制率约为1.4%、凸窗预制率约为9.9%。在预制外墙设计环节，根据《预制混凝土夹心保温外墙板应用技术规程》要求，设计外页墙板厚度约60mm，内页墙板厚度约200mm；夹芯板材料为XPS材料，夹芯保温层厚度约30mm，采用拉结件连接内外页墙板。为了提升工厂制作预制构件的一体化水平，设计人员确定外页墙板内置直径参数为8mm，设置钢筋分布间距为200m，且采用配筋混凝土实现中线脚与外页墙内钢筋的有效连接，促使工厂更容易加工预制构件，提升本部分设计的集约化。
（二）预制构件荷载及节点设计
预制构建施工荷载与预制构件连接节点设计极为重要，此部分设计能够直接影响预制装配式住宅的整体建设质量。在预制构建施工荷载计算中，设计人员根据《混凝土结构工程施工规范》内容，确定吊装与运输时的动力系数数值为1.5，确定安装、翻转与固定时的动力系数数值为1.2，之后工作人员分别计算预埋吊件、临时支撑施工安全系数如表1
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表1 预埋吊件、临时支撑施工安全系数
预制构件连接节点设计环节，工作人员分别完成如下设计内容：（1）采用竖向连接方式安装预制平窗；（2）在预制构建的底部与顶部分别预埋套筒，灌入灌浆料进行连接；（3）采用结构胶、橡胶条等材料填充分缝处，在内侧灌浆，形成封闭性空间，满足防水要求。（4）将窗的四周与分缝位置埋入夹心保温层，促使外页墙板与内页墙板在这两处形成连接，配置钢筋提升抗裂性能（如图三）。
（5）在卫生间与厨房位置，考虑其防水需求，参照现浇结构在窗台底部设置现浇导墙，设计导墙高度在190mm，提升预制构件与现浇结构连接缝高度，促使其高出顶板标高；（6）在导墙顶部设置斜坡，设计斜坡高度为20mm，提升本结构防水能力。
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图三 预制构件连接节点
（三）剪力墙连接设计
剪力墙连接设计就是指在本项目的高层建筑物设计中，对预制剪力墙之间、预制与现浇剪力墙的连接部分展开设计。（1）考虑预制夹心保温剪力墙板是竖向连接的，设计人员对中轴线位置进行设计，选择具有一定间距的粗钢筋网取缔原本的竖向钢筋网，需要控制粗钢筋网在预制剪力墙两侧的锚固长度为1.2laE，，界面面积大于剪力墙纵向钢筋面积的1.1倍。采用预留粗钢筋的方法衔接建筑物五层以下的现浇部分与五层以上的预制剪力墙部分，通过灌浆套筒连接两处。（2）在预制剪力墙与填充墙之间的连接部分，设计为水平连接方式；在本环节设计中，设计人员在预制剪力墙位置设置伸出的水平钢筋，将其与现浇部分边缘构件相连接，通过互相搭接进行连接，能够有效提升外墙体的预制率，同时满足本地区预制装配式住宅设计中的抗震规范要求[3]。（3）在PCF板竖向连接设计环节，考虑到外页墙板中没有设置桁架钢筋，外平面的整体刚度较低，会影响后续的施工效果，设计人员在此部分设置模板拉结件，采用拉结件连接金属板，促使外页墙与预制构件形成一个整体（如图四）。（4）在预制凸窗连接设计中，采用竖向连接方式；在设计之前，设计人员积极与厂家沟通，对预制凸窗板进行调整，根据本工程的建筑立面设计要求，采用发泡水泥填充凸窗上下板，以便于满足预制凸窗与不同立面线脚之间的连接需求。同时采用顶部线连接、底部点连接的方法，将预制凸窗固定在现浇上翻梁部分，提升预制凸窗与现浇部分的粘结性，改善预制凸窗对住宅建筑结构刚度的影响。
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图四 外页墙与预制构件的连接图示
（四）BIM建模及深化 381
在完成各项预制构件、预制夹心保温剪力墙、构件与剪力墙连接设计之后，工作人员要利用BIM技术构建三维模型，全面展示设计内容，通过碰撞检查优化设计方案，提升本次预制装配住宅设计的合理性、科学性与可行性。（1）在三维建模环节，设计人员借助BIM技术，采用Revit建筑信息模型构建软件，将设计方案数据输入系统中，按照高层建筑物的预制构件结构单体进行建模工作，将预制装配式住宅设计以可视化的形式展现出来。设计人员深化各预制构件单体图纸，对复杂连接点进行验证；之后利用动画模拟工法楼拼装预制构件单体，形成整体模型（如图五），及时发现施工难点，完善设计内容。（2）完成模型之后进行碰撞检查，借助3D实时漫游功能，从整体上观察整个模型，对工法楼模型进行碰撞检查（如图六），及时发现设计图纸不足，为修改图纸提供依据，进一步提升预制装配式住宅设计的整体质量。
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图五 本项目整体模型
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图六 碰撞检查
结语：
综上所述，在预制装配式住宅设计中，工作人员要结合工程实际情况，综合分析多方因素，在保证设计方案科学性与合理性的基础上，对预制构件、构件连接、剪力墙形式等展开设计，优化管辖预埋、混凝土构件安装等细节。本次工程中，设计人员使用重复户型，目的是提升预制构件的重复率，提高设计效率，强化建筑结构构件的标准化水平，有效改善预制构件不规范引起的后续问题。之后，在预制外墙、剪力墙、预制构件等设计中，严格依照国家有关规范，保证设计方案的可持续性与合理性。
参考文献：
[1]贾岳.预制装配式建筑的设计要点探讨[J].中国室内装饰装修天地，2020，000（006）：160.
[2]武超.浅析预制装配式建筑设计要点及问题[J].砖瓦世界，2020，000（006）：31.
[3]黄澄.预制装配式建筑设计要点探究[J].冶金丛刊，2020，005（003）：213-214.