预制装配式建筑方案设计的探索与实践_李晶磊.pdf

2023年第1期李晶磊：预制装配式建筑方案设计的探索与实践预制装配式建筑方案设计的探索与实践李晶磊（中铁第五勘察设计院集团有限公司常州分院，江苏 常州213000）摘要：下文基于预制装配式建筑方案设计要求、原则、要点的分析，理解设计规范要求、掌握设计要点，结合预制装配式建筑特点确定设计程序、设计中的优选次序、设计流程，最后结合实例分析预制装配式建筑方案的具体设计策略。关键词：预制装配建筑；方案设计；设计要点Abstract:Based on the analysis of the design requirements,principles and key points of prefabricated buildings,the paper understands the design specification requirements and grasps the design key points,and determinesthe design procedure,design optimization order and design flow according to the features of prefabricatedbuildings.Finally,it analyzes the specific design strategy of prefabricated buildings with examples.Key words:prefabricated assembly building；scheme design；key points of design中图分类号 TU2文献标识码 A 文章编号1004-5538（2023）01-0061-031预制装配式建筑方案设计要求与原则1.1设计要求1.1.1装配率要求目前，有关规定要求房屋建筑项目的整体装配率50%，并对不同类型结构预制装配率做出明确要求。预制装配式混凝土结构预制装配率计算公式见式（1）。预制装配率=3i=1（aiZi）+S（1）式中：ai表示预制装配率计算权重系数；Zi中，Z1表示整栋建筑中主体结构、外围护结构预制构件预制装配率，Z2表示整栋建筑中装配式内外围护构件的预制装配率，Z3表示整栋建筑中工业化内装部品的预制装配率；S表示集成应用加分项。1.1.2设计方式要求预制装配式建筑中的主要预制构件为楼板、空调板、阳台、楼梯等，要求必须设计为简单的形式，既方便安装，也提高结构重复率，避免生产加工环节频繁更换模板提高预制成本。且根据工程的功能与具体要求，厕所、电梯、厨房等局部不规则空间的楼板也可以进行预制，但此类空间的楼板与阳台楼板要求一致，必须为叠合式楼板，厚度60 mm，并且要求楼板上部必须现场进行混凝土浇筑施工1。1.1.3特殊要求预制装配式建筑方案设计应以抗震设防烈度要求为基础，不同结构、不同抗震设防烈度下结构高度要求见表1。1.2设计原则1.2.1基本原则预制装配建筑方案设计必须依法、依规进行，严格遵守项目审批文件中的要求，并满足业主提出的基本要求以及想要达到的目标，设计过程中必须克服技术难题，设计安全、美观、实用、经济的建筑。1.2.2拆分原则预制装配式建筑设计中拆分应首选非抗侧移构件，以框架结构为例，楼板、楼梯等组成部分是主要预制构件，应以2M、3M作为模数化标准展开设计。而拆分时则要遵守以下原则：减少预制构件规格、多组合；拆分宽度3.3 m、长度6 m；楼梯应拆分成单块斜板，不带休息平台以及楼梁。而为保规划设计61-2023年第1期图1拆分处现浇节点形式证拆分的便利性、可实现性，应设计简单的拆分方式；如在框架柱结构当中，预制单根梁，并在层高处、梁柱节点位置设置现浇节点（图1），该方式是目前设计中最常用的拆分方式之一2。表1预制装配式建筑抗震设防烈度对结构高度的具体要求单位：m结构类型非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度/0.2 g8度/0.3 g装配整体式框架结构装配整体式框架现浇剪力墙结构装配桩体式剪力墙结构装配整体式部分框支剪力墙结构70150140（130）120（110）60130130（120）110（100）50120110（100）90（80）4010090（80）70（60）308070（60）40（30）李晶磊：预制装配式建筑方案设计的探索与实践2预制装配式建筑方案设计程序2.1方案设计在第一阶段，设计工作主要任务为建筑方案模型的创建，具体包括四项设计内容：一是户型标准设计、二是标准层设计、三是确定拆分原则、四是混凝土预制构件选择。该设计环节应以大进深、大开间的形式考虑模型基础设计，且平面设计时应保证承重构件上下处于对齐贯通形式，外墙洞口应处于规整有序状态，集中完成建筑设备、管线处的设计。标准层设计时建议采用功能复合的部件，可以根据设计要求进行部件规格优化；标准层应满足承重要求、预制构件运输要求、预制构件安装要求；标准层的不同位置上对设计也有着特殊要求，在外围系统中，应集中完成空调板、外墙板、阳台板等设计，根据每个位置预制构件的特点、结构要求，选择合适的连接措施；禁止在受力大的位置或节点连接位置设计设备管线接口。在总的拆分原则基础上，应根据每个部位的特点确定拆分原则，如楼板拆分要考虑受力是否合理、每个拆分节点均应考虑模具的可操作性。在混凝土构件选择上，应着重分析特殊构件的特殊要求，如阳台位置预制楼板为叠合楼板，要求其厚度不低于60 mm，其上部需要现浇厚度在60 mm以上的混凝土，为方便黏合，更宜选择表面为粗糙面的预制叠合楼板。2.2初步设计该阶段已更进一步的了解了设计要求，并在形成的标准层基础上加强细节设计，需要考虑不同类型结构的要求，保证设计的合理性。其中除了要符合结构抗震设防烈度要求外，在地下室设计时，剪力墙结构底部加强部位设计时以及在框支剪力墙结构底部加强部位设计时应考虑用现浇混凝土，在框架结构中首层柱应现浇完成，以上位置若仍要采用预制混凝土构件，必须采取可靠的措施，加强安全问题的预防。同时，结构设计中最关键的是构件的连接设计，设计中应保证配筋方便标准化生产与现场连接，且尽量将连接位置设计在受力小的位置上，但连接部位混凝土结构强度等级至少应与预制混凝土构件强度等级一致；此外设计中还要考虑温度变化下混凝土收缩徐变产生的不利影响，使配筋构造更加合理。2.3施工图设计第三阶段则进一步深化建筑方案设计，完善每个部分的细节，提出更详细的要求。以抗震设防烈度8度的高层建筑为例，若采用装配整体式剪力墙结构，设计中应沿两个方向完成剪力墙的布置，并按照自上而下的顺序连续完成剪力墙结构布设，避免在层间出现侧向刚度突然改变情况；设计中利用套筒灌浆连接墙体竖向钢筋时，应延伸钢筋长度，使其距离套筒顶部300 mm，水平布筋应加密，且第一道水平布设钢筋与套筒顶端的距离应控制在500 mm内，最下层水平布设钢筋与墙体底部之间的距离应控制在50 mm内。规划设计62-2023年第1期3预制装配式建筑方案设计实例分析某预制装配式建筑方案设计，要求为两层剪力墙结构，功能为住宅，总建筑面积为570.16 m2，建筑内共4户，定性为二类建筑，设计过程中预采用65 m2标准化户型模块。根据规定与要求，本项目装配率预计为78%，属于AA级。3.1标准化设计设计中先对住宅户型进行分析，再进行户型的组合，从中可以发现需要应用三种标准化户型，一是35 m2标准化户型、二是50 m2标准化户型、三是65 m2标准化户型。3.2预制方案设计在方案设计环节完成面积统计、装配体系、保温体系设计；在总体设计环节确定留洞原则、门窗框预埋原则，形成详细的面积统计、设计出预制构件分布图以及连接大样、防水保温大样；在施工图设计环节确定点位孔洞埋件位置、栏杆装饰连接、避雷做法，并设计出建筑、结构、机电施工图以及节点详图；在深化设计环节完成土建与部品部件一体化设计，确定制作工艺、运输模式、施工工艺，完成材料统计、施工组织设计，并结合综合检查进行修改。3.3预制构件设计优先次序剪力墙结构是此项目中预制率较高的对象，以单项构件预制率最低为目标，结合技术规范标准当中的权重评分表，分析出在以剪力墙作为主体结构时，梁、叠合板、非承重外围护墙均对装配率有着较高的贡献程度，承重墙的贡献程度偏低，而其他结构受力构件的贡献程度最低，因此，设计过程中不仅要考虑构件占比，还要对结构加工生产工艺、安装等进行综合分析。此项目的优先次序为：预制楼梯预制女儿墙预制叠合板预制内墙预制剪力墙。3.4装配率计算设计过程中借助BIM参数化平台，经过拆分后，可以确定建筑内剪力墙、楼梯以及内墙均采用预制构件，从而可以直接在BIM平台上根据其给出的计算规则完成预制构件相应比例的计算。其中先利用插件将电算模型导入至Revit当中，自动完成扣减关系调整；再通过Dynamo程序转换墙体模型，一键完成构件体积提取；最后利用Python评分公式计算出每个相关项的评分，得出装配率为58.8%3.5方案设计优化BIM平台上装配率计算结果如果低于预期装配率78%，在设计过程中仍然需要按照78%设置装配率；并在BIM平台上根据预制构件的权重调整其应用比例，当应用比例发生变化后，方案设计内容也需要做出合理的调整。按照58.8%的装配率进行设计，预制墙板应用比例为58.11%、预制叠合楼板应用比例为60.5%、预制楼梯应用比例为2.2%、女儿墙应用比例为100%；将装配率设置为78%，调整后得到新的方案：预制墙板应用比例为64.5%、预制叠合楼板应用比例为70.04%、预制楼梯应用比例为2.84%、女儿墙应用比例为100%。经过调整预制墙板的应用比例增幅6.39%、预制叠合板的应用比例增幅9.54%、预制楼梯的应用比例增幅0.64%。将装配率作为此次设计的目标导向，联合BIM技术先基于建筑整体拟定出设计方案；再根据设计总目标，考虑现阶段预制装配式施工技术手段与综合技术水平，结合既往同类型工程的实施经验，确定拆分原则，选择合适的预制构件，此时则已经完成预制装配式建筑方案设计中的核心内容。4结语为保证设计的合理性、可行性，指导施工现场高效、有序、可靠作业，设计过程中应深入、准确理解设计规范要求，合理借助BIM等先进技术手段，提高细节的设计质量，减少冲突的存在，突出预制装配式建筑的相对优势，为后续施工提供科学依据。参考文献1唐嵩皓.预制装配式建筑设计施工一体化研究J.城市住宅,2021,28(12):166-167.2黄小燕.分析预制装配式建筑方案设计J.中国建筑金属结构,2021(12):56-58.作者：李晶磊（1984-），女，研究生，建筑师，建筑设计专业。（编辑：王冬林）（收稿日期：2022-11-13）李晶磊：预制装配式建筑方案设计的探索与实践规划设计63-