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淺析裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法論文
［摘要］本文著重分析裝配式建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的實(shí)施方法，希望由此促進(jìn)我國(guó)裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)效益的取得。
［關(guān)鍵詞］裝配式建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法；BIM；PKPM
1裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀
1.1某住宅項(xiàng)目，剪力墻結(jié)構(gòu)，預(yù)制率20%，預(yù)制構(gòu)件：樓板、空調(diào)板、女兒墻、二層以上樓梯。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)依據(jù)：《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ1-2014；《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GBT51231-20163）；《鋼筋連接用灌漿套筒》（JG/T398-2012）；《鋼筋焊接網(wǎng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ114-2014）。該項(xiàng)目采用的標(biāo)準(zhǔn)圖集：《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造》（G310-1～2）；《桁架鋼筋混凝土疊合板》（15G366-1）；《預(yù)制鋼筋混凝土板式樓梯》（15G367-1）；《預(yù)制鋼筋混凝土陽(yáng)臺(tái)板、空調(diào)板及女兒墻》（15G368-1）。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)活荷載：施工集中荷載：1.0kN；施工階段驗(yàn)算（動(dòng)力系數(shù)）：脫模、翻轉(zhuǎn)、運(yùn)輸、吊裝：1.5；施工階段驗(yàn)算（脫模吸附力）：1.5kN/m2。連接方式：樓板上下鋼筋錨入現(xiàn)澆梁、墻連接；空調(diào)板上下鋼筋錨入現(xiàn)澆樓板連接；樓梯梯段板通過預(yù)留孔與現(xiàn)澆梯梁預(yù)埋鋼筋簡(jiǎn)支連接；女兒墻水平鋼筋錨入現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件中。
1.2某住宅項(xiàng)目，裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)，預(yù)制率40%，預(yù)制構(gòu)件：內(nèi)外墻板、樓板、陽(yáng)臺(tái)、凸窗、空調(diào)板、樓梯。設(shè)計(jì)方法：采用PKPM計(jì)算軟件，整體計(jì)算按等同現(xiàn)澆原則；同層構(gòu)件有預(yù)制有現(xiàn)澆的，現(xiàn)澆構(gòu)件地震力放大1.1倍（現(xiàn)澆墻肢水平地震作用彎矩、剪力乘1.1）；接縫部位需要驗(yàn)算；預(yù)制構(gòu)件增加多種工況驗(yàn)算（拆模、運(yùn)輸、吊裝等工況驗(yàn)算）。
2裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的差異。通過上述工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目不難看出，裝配式建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，不同于傳統(tǒng)建筑，設(shè)計(jì)人員需要考慮的部分更多更深入。
2.1預(yù)制部分如何考慮參與整體計(jì)算
傳統(tǒng)建筑是現(xiàn)澆的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中所有構(gòu)件建入模型，進(jìn)行整體計(jì)算即可。裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件部分如何考慮進(jìn)行整體計(jì)算，是裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分的一個(gè)難點(diǎn)。前述項(xiàng)目整體計(jì)算按等同現(xiàn)澆原則；同層構(gòu)件有預(yù)制有現(xiàn)澆的，現(xiàn)澆構(gòu)件地震力放大1.1倍（現(xiàn)澆墻肢水平地震作用彎矩、剪力乘1.1）。基于此計(jì)算原則，預(yù)制構(gòu)件之間以及預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆構(gòu)件之間節(jié)點(diǎn)的連接必須有可靠保證。
2.2預(yù)制構(gòu)件增加多種工況驗(yàn)算（拆模、運(yùn)輸、吊裝等工況驗(yàn)算）
傳統(tǒng)建筑在設(shè)計(jì)過行程中，僅考慮施工可行性即可。裝配式建筑在設(shè)計(jì)的時(shí)候要進(jìn)行全方位的考慮，即在常規(guī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上還要進(jìn)行深入設(shè)計(jì)。目前深入設(shè)計(jì)多是由預(yù)制構(gòu)件廠家進(jìn)行，需要進(jìn)行專業(yè)間工藝協(xié)調(diào)以及碰撞精細(xì)檢查，同時(shí)也要反饋給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)單位要結(jié)合深入設(shè)計(jì)、施工過程、預(yù)制構(gòu)件加工、運(yùn)輸、安裝各環(huán)節(jié)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無疑增加了設(shè)計(jì)難點(diǎn)，同時(shí)也需要設(shè)計(jì)人員對(duì)裝配式建筑的施工全過程深入了解不能遺漏。
2.3裝配式建筑需要采用BIM技術(shù)系統(tǒng)
裝配式建筑從設(shè)計(jì)伊始，到深化設(shè)計(jì)，到工藝協(xié)調(diào)以及碰撞檢查，到預(yù)制構(gòu)件加工、安裝，到項(xiàng)目施工，全周期內(nèi)均需要無縫銜接，需要進(jìn)行精細(xì)化集成設(shè)計(jì)，以確保工程順利實(shí)施。要達(dá)到這樣的要求，必須應(yīng)用BIM技術(shù)才可以做到。以建筑項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息作為數(shù)據(jù)建立起來的模型，為設(shè)計(jì)人員以及工程技術(shù)人員包括建筑運(yùn)營(yíng)單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供了協(xié)同工作的基礎(chǔ)，信息整合后同一平臺(tái)的應(yīng)用，其一致性、可視性、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性等特性使設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等各階段能夠共同執(zhí)行，才能保證裝配式建筑的順利完成。
3裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)施內(nèi)容
3.1裝配式建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算流程
結(jié)合某裝配式建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分，以PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件為例，其具體實(shí)施如下：首先進(jìn)行PKPM建模，與傳統(tǒng)方法一致，然后導(dǎo)入到PKPM-PC軟件中，接著確定工程預(yù)制率，進(jìn)行工藝原則確定，進(jìn)行拆分方案的初設(shè)及優(yōu)化，之后進(jìn)行裝配式整體計(jì)算，生成施工圖，最后進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。
3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員基本要求
通過結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的計(jì)算內(nèi)容可以知道，設(shè)計(jì)人員需要具備裝配式建筑的基本知識(shí)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員熟練掌握設(shè)計(jì)規(guī)范、圖集、基本的施工情況即可進(jìn)行設(shè)計(jì)。但在裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員首先要掌握裝配式建筑相關(guān)的規(guī)范、圖集、標(biāo)準(zhǔn)，這些方面包含的設(shè)計(jì)內(nèi)容、連接節(jié)點(diǎn)、構(gòu)造要求等均不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要重新學(xué)習(xí)熟練應(yīng)用。其次還需要了解深化設(shè)計(jì)的內(nèi)容，這就要求設(shè)計(jì)人員了解裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件加工工藝、安裝要求，了解裝配式建筑的施工方法，在此基礎(chǔ)上才能準(zhǔn)確的掌握深化設(shè)計(jì)的各方面需求，能夠正確進(jìn)行施工過程、預(yù)制構(gòu)件加工、運(yùn)輸、安裝各環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3.3對(duì)BIM技術(shù)的掌握及應(yīng)用
設(shè)計(jì)人員要對(duì)BIM技術(shù)有深刻的認(rèn)識(shí)。BIM技術(shù)近幾年在我國(guó)開始發(fā)展，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)單位還沒有形成規(guī)模，僅在少數(shù)設(shè)計(jì)院少數(shù)工程項(xiàng)目中才有應(yīng)用，并且有的項(xiàng)目中也僅僅是停留在翻模、碰撞檢查等表層應(yīng)用范疇。在深化設(shè)計(jì)部分，鋼筋端頭的調(diào)整、水暖管線預(yù)埋預(yù)留、預(yù)埋件布置、安裝模擬、碰撞檢查、施工吊裝、重心校核等方面，應(yīng)用BIM技術(shù)能夠很好的解決諸如此類的裝配方面的問題。對(duì)于裝配式建筑這類制作預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行安裝的項(xiàng)目，因其施工精度的增高BIM技術(shù)的應(yīng)用更是極為重要。后期的施工模擬，施工組織，工程算量都可以在BIM的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)上進(jìn)行。
3.4裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容
裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分應(yīng)有專項(xiàng)的結(jié)構(gòu)說明，并應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)總說明配合使用，預(yù)制構(gòu)件圖紙應(yīng)結(jié)合主體結(jié)構(gòu)施工圖配合使用。要明確給出施工集中荷載以及施工階段驗(yàn)算的荷載值。設(shè)計(jì)圖紙需要包括如下內(nèi)容：第一，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說明，是對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的指導(dǎo)文件，對(duì)預(yù)制構(gòu)件的加工，安裝的指導(dǎo)說明。第二，預(yù)制構(gòu)件平面圖，表達(dá)預(yù)制板分布位置，板名，重量。第三，剖面圖，與預(yù)制構(gòu)件相關(guān)建筑各部位墻身剖面，表達(dá)預(yù)制構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的相對(duì)關(guān)系。第四，樓層預(yù)埋件分布圖，表達(dá)預(yù)制構(gòu)件在裝配前需要事先預(yù)埋的金屬件位置。第五，預(yù)制構(gòu)件詳圖，構(gòu)件廠生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件用圖紙，表達(dá)構(gòu)件外形尺寸，配筋信息，相關(guān)連接件，金屬埋件定位與數(shù)量等。第六，節(jié)點(diǎn)圖，表達(dá)預(yù)制構(gòu)件之間及預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆構(gòu)件連接的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。第七，金屬件加工圖，表達(dá)PC生產(chǎn)、施工用到的所有金屬件的加工圖。
3.5裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件廠和施工單位的要求
目前的裝配式建筑還沒有形成真正的產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化，裝配式建筑因不同預(yù)制構(gòu)件廠家的工藝流程以及不同施工單位制定的施工方案從而影響到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分，要增加對(duì)預(yù)制構(gòu)件廠和施工單位的要求。如：預(yù)制構(gòu)件加工單位應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定和施工單位的要求編制生產(chǎn)加工方案。所有構(gòu)件加工前需要與各相關(guān)專業(yè)（建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣）確認(rèn)復(fù)核無誤后方可加工；施工總承包單位在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)制定專項(xiàng)施工方案。施工方案應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)、構(gòu)件制作、運(yùn)輸和安裝全過程的驗(yàn)算，以及施工吊裝與支撐體系的驗(yàn)算進(jìn)行策劃與制定，應(yīng)包括構(gòu)件安裝及節(jié)點(diǎn)施工方案、構(gòu)件安裝的質(zhì)量管理及安全措施等，應(yīng)充分反應(yīng)裝配式結(jié)構(gòu)施工的特點(diǎn)和工藝流程的特殊要求；工程施工總承包企業(yè)必須對(duì)諸如預(yù)制構(gòu)件吊裝、定位、縱向鋼筋連接等關(guān)鍵工序的施工管理和操作人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和崗位技術(shù)考核，施工人員在崗位上應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行操作標(biāo)準(zhǔn)；施工管理人員應(yīng)當(dāng)對(duì)每道工序進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)收，并如實(shí)做好施工記錄；工程監(jiān)理單位、施工承包單位、預(yù)制構(gòu)件加工單位和深化設(shè)計(jì)單位、其他與工程相關(guān)的產(chǎn)品供應(yīng)廠家，均應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行該工程在設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)規(guī)定。
4結(jié)束語(yǔ)
裝配式建筑不是新興事物，在各國(guó)都已有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但在我國(guó)，早期磚混結(jié)構(gòu)中樓板使用預(yù)制板，但連接方式不好，抗震性能差，所以后期均改為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。直到近幾年，開始推廣裝配式建筑，這對(duì)設(shè)計(jì)人員乃至整個(gè)建筑行業(yè)都是一個(gè)很大的變化。尤其對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，更是提出了艱巨的任務(wù)，相對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)無異于一個(gè)重大變革。本文基于此，從裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀出發(fā)，通過兩個(gè)工程實(shí)例，分析了裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的差異，分別是：預(yù)制部分如何考慮參與整體計(jì)算；預(yù)制構(gòu)件增加多種工況驗(yàn)算（拆模、運(yùn)輸、吊裝等工況驗(yàn)算）；裝配式建筑需要采用BIM技術(shù)系統(tǒng)。最后總結(jié)了裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)施內(nèi)容的五個(gè)方面，分別是：裝配式建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算流程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員基本要求；對(duì)BIM技術(shù)的掌握及應(yīng)用；裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容；裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件廠和施工單位的要求。筆者認(rèn)為，隨著各地裝配式建筑項(xiàng)目的建設(shè)，相關(guān)的規(guī)范、圖集、標(biāo)準(zhǔn)更加完善，我國(guó)的裝配式建筑必將實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化，由此促進(jìn)建筑行業(yè)及各相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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