丁凯
成都建工第二建筑工程有限公司
摘要 本文通过对目前成都地区建筑工程结构设计工作中，装配式建筑的设计方法的总结，使我们结构设计人员能掌握这些内容的设计方法、在满足相关规范要求的前提下顺利完成此部分内容的结构施工图工作。
关键词 装配式建筑 叠合板 预制隔墙 PC构件率 装配率
一、概述
装配式建筑指在工厂加工制作好建筑用构件和配件（如楼板、墙板、楼梯、阳台等），运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配安装而成的建筑。预制装配式混凝土结构、钢结构、现代木结构建筑等均属于装配式建筑。因为采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、信息化管理、智能化应用，同时又能满足节能环保和绿色建筑的要求。所以装配式建筑就成了我们建筑业转型升级和绿色低碳发展的必然选择，同时也代表着建筑业的发展方向。
2017年1月11日，成都市城乡建设委员会发布了《成都市城乡建设委员会关于进一步明确土地出让阶段绿色建筑和装配式建筑建设要求的通知》。该通知对成都市范围内的装配式建筑（混凝土结构）提出了明确的建设要求：总建筑面积小于2万平方米的公共建筑项目和总建筑面积小于20万平方米的居住建筑项目，单体建筑预制装配率应不低于20%；政府投资项目、总建筑面积大于2万平方米（含）的公共建筑项目和总建筑面积大于20万平方米（含）的居住建筑项目单体建筑预制装配率应不低于30%；工业建筑工程项目，单体建筑预制装配率应不低于30%。
2017年11月23日，成都市城乡建设委员会发布了《成都市城乡建设委员会关于进一步规范全市房屋建筑工程施工图设计及审查工作的通知》（文号：成建委〔2017〕691号）。该通知明确要求施工图审查机构应将绿色建筑、装配式建筑、BIM技术应用等作为房屋建筑工程施工图设计文件审查内容进行审查。
至此，成都市范围内所有新开展的房屋建筑项目，装配式设计成为我们结构施工图中必不可缺的一部分。
本文通过几个已经主体验收的实际工程分享和总结，向大家介绍在我们日常的结构设计工作中，如何开展和进行装配式建筑的设计工作。让我们的结构设计人员，能掌握装配式建筑的基本设计方法和操作流程，在满足相关规范要求的前提下顺利完成此部分内容的结构施工图工作。
二、装配式建筑设计方法
目前成都市范围内所有新建的房屋建筑工程，若确定采用钢筋混凝土结构，就必须将其做成装配式建筑。相比于以往我们做的常规现浇钢筋混凝土结构，现在我们只需将一部分现浇构件（梁、板）改为预制构件，将一部分砌筑填充墙体改为预制墙体，然后通过计算满足PC率和装配率要求即可。然后在我们的结构建模过程中，满足装配式建筑的相关要求，最后通过计算即可。最后在结构施工图中，增加装配式建筑的相关内容，就完成了装配式建筑的结构施工图工作。
下面我就详细地介绍关于PC率和装配率如何计算，装配式建筑的结构计算和施工图工作如何进行。
1、PC率（工业化生产的预制构件比例）
根据《成都市建筑绿色设计施工图审查技术要点(2017 版)》要求，建筑单体需满足PC率≧15%的要求。尽管目前《成都市建筑绿色设计施工图审查技术要点(2019版)》已实行，而该版审查技术要点中对PC率并无要求，但目前审查单位要求建筑单体需满足PC率≧15%。
PC率的计算公式为：
PC率=预制混凝土构件体积÷全部混凝土构件体积。
上述公式中，相关名词的具体定义如下：
a、预制混凝土构件，指的是建筑单体的主体结构±0.000以上部分，使用在工厂或现场预先制作的构件，如剪力墙体、梁柱、楼板、楼梯、阳台、雨棚等。请特别注意，预制混凝土构件仅指主体结构中的预制构件；不含填充墙内的混凝土构件，如预制过梁、构造柱、圈梁、预制隔墙板等。在统计预制混凝土构件体积时，根据成都市建委给出的解释，叠合板的下部预制板和上部现浇层均可算进预制混凝土构件体积内。
b、全部混凝土构件，指的是建筑单体的主体结构±0.000以上部分，包括预制混凝土构件在内的全部混凝土构件。请注意，这里的全部混凝土构件，同样不含填充墙及填充墙内的混凝土构件，如过梁、构造柱、圈梁、预制隔墙板等。
根据以上算法，我们的实际工程中，仅将二层及二层以上、大屋面层（不含）以下的楼层中的现浇板设置为叠合板，就可满足PC率≧15%的要求。仅二层或一层的建筑单体，我们将楼层板和屋面板设置为叠合板，也可满足PC率≧15%的要求。通过对几个实际工程PC率的数据统计，我们发现仅设置叠合板时，一般住宅项目的PC率可达20%∽23%，多层框架商业的PC率可达23%∽25%，多层框架厂房的PC率可达26%∽28%。
在布置叠合板时，还需注意有几个功能房间是不能或谨慎布置叠合板的：
a、受目前施工质量水平限制，用水频繁的房间，如卫生间、厨房等、谨慎布置叠合板；
b、受特殊施工工艺限制，无法布置叠合板的房间，如采用同层排水的卫生间、厨房等，不要布置叠合板；
c、板内管线布置密集的区域，如楼电梯间前室等，谨慎布置叠合板；
d、需要后浇混凝土的功能房间，如水井、电井等不要布置叠合板。
e、一般情况下我们不将屋面板做成叠合板，是因为按照相关规范要求，屋面板为叠合板时，其总厚度不能小于160mm。这相对于一般120mm厚的现浇屋面板，无论是混凝土用量还是钢筋用量，都要大上一截，略显浪费。故在PC率满足要求的前提下，我们就没有必要将屋面板做成叠合板了。
2、装配率（单体建筑预制装配率）
各类房屋建筑工程，其单体建筑预制装配率（简称为：装配率）需满足的具体条件，前文中已做了详细的说明，此处就不在赘述。
2016年3月24日，成都市城乡建设委员会于发布了《成都市城乡建设委员会关于进一步明确我市装配式混凝土结构单体预制装配率计算方法的通知》。该通知中，对于单体建筑预制装配率的具体计算方法及相关名词解释，均给出了明确的要求。
单体建筑预制装配率=预制构件体积÷全部构件体积。
上述公式中，相关名词的具体定义如下：
a、预制构件，指的是建筑单体±0.000以上部分，使用在工厂或现场预先制作的构件，如剪力墙体、梁柱、楼板、楼梯、阳台、雨棚、预制隔墙板等。请特别注意，预制构件不仅包括主体结构中的预制构件；还包括填充墙中使用的预制隔墙板。简单点来讲，预制构件体积=预制混凝土构件体积+预制隔墙板体积。
b、全部构件，指的是建筑单体±0.000以上部分，包括预制构件在内的所有构件。请注意，这里的全部构件，不仅包括主体结构中的全部混凝土构件（柱梁板、剪力墙、楼梯、阳台、雨棚等）；还包括填充墙中的全部墙体（砌筑墙体+预制隔墙板墙体）。另外需注意的是，墙体体积统计中，过梁、圈梁、构造柱等构件已计算在墙体体积内，这些构件的体积就不要再单独计算、重复统计了。简单点来讲，全部构件体积=主体结构中全部混凝土构件体积+全部墙体体积。
根据以上算法，我们的实际工程中，20%的装配率要求很容易满足。只需将非用水房间的部分内隔墙，设置为预制隔墙板墙体即可满足。
在设置预制隔墙板墙体时，还需注意预制隔墙板的布置位置。前几年预制隔墙板使用较多是硅钙板，硅钙板受水影响较小且强度高，但硅钙板板缝间很容易开裂。至今此问题仍无较好的处理办法，所以这两年预制隔墙板多使用石膏板。石膏板没有板缝间易开裂的问题，但石膏板易受潮变形。所以目前，我们在施工图设计阶段设置预制隔墙板墙体时，仅将非用水房间的内隔墙设置为预制隔墙板墙体，其它位置（外墙、楼电梯间隔墙、厨房隔墙、卫生间隔墙、分户隔墙、设备井道隔墙等）仍按以往的做法砌筑填充墙。
当单体建筑预制装配率需满足不小于30%的要求时，我们仅将非屋面楼层处的部分板设置为叠合板，按照上述的原则将全部的内隔墙都设置为预制隔墙板墙体，可能单体建筑预制装配率仍无法满足不小于30%要求。此时我们就需要增大单体建筑的PC率，及扩大预制混凝土构件的使用范围，如：
a、将屋面板设置成叠合板；
b、采用预制楼梯构件（采用预制楼梯构件需谨慎，因一般预制梯板重量较大，常规的塔吊无法起吊。如果必须采用预制楼梯构件时，最好提前与甲方、总包单位协商，征得其同意后，再行采用）；
c、将标准层截面相同，跨度、配筋相近的次梁设置成预制梁构件（选择截面相同、跨度配筋相近的次梁，是为了减少预制构件的类型，减少施工过程中出错的概率）；
由以上的原则调整扩大预制构件的使用范围后，根据我们几个实际工程的实施过程及结果来看，都是可以满足最终其单体建筑预制装配率不小于30%要求。
这里要注意，目前成都市范围一般的房屋建筑工程中，混凝土装配式构件的应用，还仅限于预制叠合板；少量的会用到预制梁构件（仅用作受力简单的次梁）。这主要是受到装配率要求还较低，施工经验较少等因素限制所致。对于全装配式建筑中的预制框架柱构件与预制框架梁构件的梁柱节点连接及做法，目前省内施工企业的施工经验还很少。所以对于预制框架柱构件与预制框架梁构件，还须谨慎；非要采用时，应提前与甲方、施工方做好沟通与技术储备工作，避免因经验不足造成的质量事故。
3、装配式建筑的结构计算
对于装配式建筑的结构模型计算与分析，仅需注意三个问题：
a、由于一般的叠合板均是由下部60mm厚预制板+上部70mm后的现浇层组成，合计130mm厚。而同一结构单体若采用现浇钢筋混凝土结构，其相同位置现浇板，我们通常取的厚度为100～120mm。很明显，对于同一结构单体，采用装配式建筑时，相对于现浇钢筋混凝土结构，它的结构自重要大一些。根据我们的实际工程试算过程来看，多层建筑受到的影响不大，高层建筑（尤其是15层以上的高层建筑）受到的影响较大。其影响主要体现在墙柱的轴压比上，其它结构计算参数受到的影响不大。墙柱的轴压比变大甚至超限，解决方式也很简单。对于同一结构单体的现浇钢筋混凝土结构，采用装配式建筑时，提高底部几层的一个混凝土强度等级，就可以解决墙柱轴压比超限的问题。目前，还未遇到需要提高底部几层的两个及以上混凝土强度等级的建筑单体。
b、对于叠合板的板配筋计算，根据现目前的实际施工工艺及结构计算软件支持，我们还是将其按照现浇板来计算。仅需注意的是，对于选定的叠合板，一般情况下楼层板板厚应改为130mm厚，屋面板板厚改为160mm厚。根据实际板跨及荷载的不同，可以增大，但不能减小。
c、另外需注意的一个问题就是，在结构模型计算前，我们需要在前处理阶段选取结构计算参数时，点取“装配式结构”选项，其它参数的选取与现浇结构一样。当我们点取“装配式结构”选项后，结构模型计算时，会将结构地震力放大1.1倍。通过对比我们发现，点取该选项时仅会略增加结构内力，对结构计算参数没有太大影响。
4、装配式建筑的结构施工图
完成单体建筑的结构计算，结构相关参数及配筋满足相关规范的要求，确保单体建筑的PC率、装配率满足要求后，就可以开始结构施工图的绘制工作。相对于现浇钢筋混凝土结构的施工图，装配式建筑的结构施工图也只是多了几张预制构件的图而已。因为目前成都范围的新建房屋建筑工程，大多数项目仅需设置叠合板和少量的预制隔墙板，就可以满足装配式建筑的相关指标要求。所以，我们就以仅设置叠合板的项目为例，向大家介绍如何完成装配式建筑的结构施工图。
因为仅设置了叠合板，装配式建筑结构施工图中的基础、梁、墙柱等平面图，其实就与现浇钢筋混凝土结构中的一样。不同之处仅在板及与板相关的图中，主要有以下几点：
a、结构平面布置图
结构平面布置图中，应注明哪些板为现浇板、哪些板为叠合板。如YB*表示叠合板、LB*表示现浇板。
b、板配筋图
板配筋图中，对于现浇板的部分，其配筋图仍与现浇板配筋图一样；而对于叠合板的部分，根据软件计算的板配筋值，仅需在板配筋图中将叠合板的板面筋画上去，板底筋不画，同时应注明叠合板底筋详预制板布置图。
这个其实很好理解，因为目前的一般的叠合板均由下部60mm厚预制板+上部70mm后的现浇层组成。预制板在工厂支座完成，施工过程中只用完成吊装即可。所以叠合板底筋，在板配筋中不用表达。而上部70mm的现浇层，却是在现场完成，所以板配筋图中需要将其画出来，现场才能根据图纸完成施工作业。
c、预制板平面布置图
相对于现浇钢筋混凝土结构的结构施工图，预制板平面布置图为装配式建筑中新增加的内容。
预制板平面布置图中主要涉及三部分内容：预制板的布置、预制板统计表、相关说明及节点大样。
预制板的布置，要遵循尽量减少叠合板的类型的原则。在前期建模布置梁时，就要按照减少叠合板的类型的原则，合理的进行梁的布置。而在实际工程项目的设计过程中，住宅类的建筑可操作空间并不大，因为结构专业在进行结构建模前，其房间布置早已确定。厂房类、商业类、办公楼等建筑，因其多采用框架、框筒结构形式，结构设计人员就可以在进行柱网的排布，梁的布置等过程中，使建筑最终形成的较多的相同板跨及有一定建筑模数关系的板长。而在布置预制板时，就可以形成较多相同规格尺寸的预制板。相同的编号，即视为同一规格尺寸的预制板。
目前，成都范围的装配式建筑，其叠合板的设计主要参照的规范图集为《桁架钢筋混凝土叠合板》（川16G118-TY）。结构设计人员根据图集的相关要求，首先判断并确定该板为双向板还是单向板。确定该板为双向板还是单向板后，再按照图集中编号原则进行预制板的编号。在预制板的编号过程中，主要涉及两个方面内容：
板拆分：因为个别板跨或板长较大，无法完成吊装作业。此时就需要结构设计人员对预制板进行拆分，将一块板变成两块板或多快板。板拆分过程中需注意，双向板的拆分板间需要预留一定宽度的现浇带，并在平面布置图中表示出来。现浇带的宽度需满足钢筋的锚固长度要求，一般不应小于300mm。单向板的拆分板间不需要预留现浇板带。
板钢筋：预制板的底筋，应根据结构计算软件计算出的板底筋配筋值，同时结合钢筋代号表确定。图集中有两个钢筋代号表，分别为：双向板钢筋代号表、单向板钢筋代号表。
布置完预制板，对所有的预制板进行编号，再完成预制板统计表，最后根据图集给出的相关节点大样、绘制与本子项相关的节点大样图，预制板平面布置图就算完成了。
三、结语
通过以上内容的总结，结构设计人员可以初步掌握装配式建筑的基本设计方法，顺利完成相关内容的结构施工图工作。
但笔者毕竟水平有限，本文中也难免有错漏之处，或者认识不足之处。欢迎大家给予指正和批评。
参考文献：
1、《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010 （2015年版）
2、《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010 （2016年版）
3、《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1-2014
4、《桁架钢筋混凝土叠合板》川16G118-TY