装配式建筑结构设计 郝伟

发表时间:2021/7/12   来源:《建筑模拟》2021年第3期   作者:郝伟 李志恒
[导读] 随着我国经济快速发展,人们生活水平不断上升,人们对建筑工程的质量、安全性越来越重视,建筑工程结构设计已成为我国建筑工作的关键组成部分,其中就包括装配式建筑。然而,作为一种创新的建筑形式,装配式建筑在结构设计方面的要求也显著提升,相关结构设计要点更加明确,这对于装配式建筑整体质量与安全性的提升有着积极的影响。
        中国建筑第二工程局有限公司  河北石家庄  050000
        摘要:随着我国经济快速发展,人们生活水平不断上升,人们对建筑工程的质量、安全性越来越重视,建筑工程结构设计已成为我国建筑工作的关键组成部分,其中就包括装配式建筑。然而,作为一种创新的建筑形式,装配式建筑在结构设计方面的要求也显著提升,相关结构设计要点更加明确,这对于装配式建筑整体质量与安全性的提升有着积极的影响。
        关键词:装配式建筑;结构设计
       
        引言
        现阶段,绝大多数建筑工程项目在实际施工过程中均会使用现浇建筑模式,这种模式不仅会造成各种资源的浪费,而且施工周期长,非常不利于实现贯彻落实“环保”“绿色”等理念。在此环境背景下,装配式建筑应运而生,目前已经成为建筑行业发展的主流趋势。装配式建筑既可以满足消费者对建筑物的安全、舒适性、实用性等需求,又可以降低对城市生态环境的破坏,从源头上杜绝建筑垃圾的产生。
        1装配式建筑的发展
        装配式建筑是指预制构件在工地装配而成的建筑。在信息化时代,现代信息技术给建筑行业注入了科技的力量,正在逐步推动传统建筑行业转型升级,争取早日实现绿色建筑、绿色建造的长远目标。很早之前,英、法等发达国家开始率先尝试在建筑工程项目中采用装配式建筑的方法,并取得了不错的成效。装配式建筑经过大量的真实案例得出结论,其具有建造速度快、建造质量良好、投入成本低、建材损耗低、绿色环保等优势。因为我国建筑垃圾占城市垃圾的份额比较大,所以建筑垃圾在得不到有效处理的前提下会给城市生态环境造成影响。
        2装配式建筑常见的结构体系
        因为国家及地方政府想要争取早日实现绿色建筑、绿色建造的长远目标,所以在科研技术、现代信息化技术的助推下,建筑行业必须调整建造方式,以绿色建造方式实现节约资源、降低成本、保护环境等短期目标,推进建筑行业高质量发展。随着城市化进程的不断深入,对建筑物的需求量显著增加,对于建筑行业而言,是一次良好的发展机遇,建筑行业应当考虑、预测在未来很长一段时间内住宅类建筑工程项目发展的主流趋势;应当及时调整住宅建造方式,尽早填补房地产市场的大缺口,满足人们的购房需求。装配式住宅建筑完全可以满足房地产市场的大缺口,它可以利用工业化的生产方式大批量制造房屋构件,在施工场地仅需要完成构件的组装工作,这种方式既可以提高住宅类建筑工程的建造速度和质量,又可以减少不必要的资源损耗,对生态环境起到保护作用。历经多年,经过数百上千位优秀设计师的努力,装配式建筑的应用更具多样性、灵活性,促使装配式建筑拥有多种结构体系。比较常见的结构体系有巨型框架结构体系、钢筋混凝土板式结构体系、剪力墙高层住宅体系等。这三种结构体系的优势和劣势如下:(1)钢筋混凝土板式结构体系的优势是建造速度快、抗震性能好、相关施工技术比较成熟,劣势是投入成本高、连接方式多、连接难度大;(2)剪力墙结构体系的优势是技术成熟、应用范围广,劣势是现场安装工作量大、造价成本过高;(3)巨型框架结构体系的优势是增加建筑物的使用空间、适用于大空间建筑,劣势是应用范围受限。一般情况下,住宅类装配式建筑使用剪力墙结构,商场类建筑使用框架式结构。
        3装配式建筑结构设计
        3.1模数化
        模数化是装配式建筑的基础,科学拆分是实现装配式建筑结构标准化的关键点。由此可见,构件结构的科学拆分是装配式建筑结构的重中之重,也是装配式建筑结构设计的初步阶段,对装配式建筑结构受力状况影响较大。其既要保证生产与运输过程能够顺利进行,考虑构建的安装工序、难度与施工成本,同时也要确保能够被装配式建筑结构所适用,促使装配式建筑结构标准化设计。

在该装配式建筑结构设计中,以标准化与模数化为设计原则,依据实际应用中的使用要求,并将BIM技术应用到装配式建筑结构构件的拆分过程中,对于关键部位的受力点结合力学进行分析与计算,设计出尺度合适、耐久性较高的构件模型,使其满足抗震与使用需求,进而减少了装配式建筑结构间的误差,提升装配式建筑结构总体的合理性。
        3.2剪力墙结构设计
        剪力墙结构是装配式建筑结构的重要组成,主要指支撑上部楼层的墙体,主要用于承载各种荷载,具有防止结构剪切破坏的作用。装配式建筑结构设计中要重视剪力墙的设计,应当全面考虑空间与结构的问题,如注重剪力墙边缘的构造设计,同时也应当结合装配式建筑结构特征,将双面叠合剪力墙结构、纵肋叠合剪力墙结构、叠合剪力墙技术体系等先进剪力墙结构融入到装配式建筑结构中,以便减少各种荷载对墙体结构产生的压力,提升装配式建筑结构的整体性能。
        3.3框架结构体系设计
        框架结构体系仅限于应用大空间建筑,如商场、展厅、博物馆等,这种结构体系具有明显的优势,如成品构件质地较轻、抗震性能好、长途运输比较便捷、结构比较稳定。因为装配式建筑所使用的框架均是由专业工厂成批成套生产的成品,所以部分框架成品可以直接运输到施工场地,如叠合板、合梁。当部分成品框架进入施工场地之后,安装人员需要通过多种方式对其进行处理。只有保质保量地完成对部分框架成品的处理,才能进行下一阶段的设计工作。设计师要想大幅度提高装配式建筑物的受力,在设计装配式建筑建造方案时应重点关注以下方面:首先,需要科学控制钢筋、混凝土构件的强度,务必保证构件强度等级在C30左右;其次,需要高度重视预埋件处理工作,保证不同区域的预埋件均可以用不同的连接方式更好地连接在一起;最后,需要始终坚持平面设计原则,确保梁柱中心线可以做到对称。
        4装配式建筑结构设计的优化举措
        4.1科学应用设计结构方法
        装配式结构设计过程中,使用完善的设计方法可提升设计的科学性。在装配式建筑工程设计规划阶段,须进行统筹管理,前期规划时对实际施工过程中的问题进行预期处理,可加快施工进度。应用设计结构优化法可对施工问题进行完善处理,施工设计团队应明确装配式建筑结构设计要点,优化设计方案中统筹管理制度等。人们对装配式建筑工程结构质量提出了更高、更具体的要求,施工人员应充分重视建筑工程的耐用性。应在设计、施工、检验等阶段过程落实结构设计方法,在设计施工团队内部定期召开调整施工方案、技术的相关会议。根据工程施工实际情况,充分落实设计方案,及时商议每个阶段装配式施工质量优化的新对策。
        4.2注重研发结构设计方法,提高构件连接方式的紧密性
        建筑企业要想提高装配式建筑结构质量和性能,需要自主研发更多新的结构设计方法,确保新型结构设计相关技术可以满足装配式建筑工程项目实际建造需求。比如,重点研发如何提高剪力墙的内力及抗侧力,采取适宜的构件连接方式,以达到增强剪力墙性能的目的。
        结束语
        装配式建筑结构设计要注重构造节点的设计,这是因为传统建筑结构设计往往会将重心放在建筑结构的连接功能,而忽视相关的结构节点的设计与优化。在这样的工程背景下,应当结合装配式建筑对于内力要求满足、抗震要求满足等工程条件,考虑地震荷载、构件塑性时局部稳定、节点构造安装与调整的便利性等条件,对构造节点进行个性化设计,进而提高装配式结构的抗震性能,满足建筑物防水防震的要求。
        参考文献:
        [1]雷军.装配式结构设计的应用与优化[J].工程技术研究,2019,4(2):167-168.
        [2]胡晓莹.某装配式建筑结构设计方案分析[J].低温建筑技术,2020,42(6):77-79.
        [3]汤兰,汤宇.装配式建筑结构设计要点分析[J].工程技术研究,2020,5(10):216-217.
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