装配式建筑预制构件拆分设计要点

装配式建筑论文第五篇：装配式建筑预制构件拆分设计要点

 

　　摘要：从影响预制构件拆分的设计、生产、运输、施工等限制条件入手，全面分析了装配式建筑的拆分设计要点，提出了装配式建筑设计的基本要求。

 

　　关键词：装配式建筑; 拆分设计; 控制条件;

 

　　Research on Control Conditions of Split Design Based on Assembly Buildings

 

　　ZOU Ling YI Chen WU Yan

 

　　China Machinery International Engineering Design & Research Institute Co.,Ltd

 

　　Abstract：Starting with the restrictions on the design, production, transportation and construction of the precast component splitting, the main points of the splitting design of the assembly building are comprehensively analyzed, and the basic requirements of the assembly building design are put forward.

 

　　0前言

 

　　装配式建筑是指由预制构件通过可靠的连接方式，由工厂加工、现场装配、局部现浇而成的建筑[1,2]。从理论上讲，任何现浇结构都可以做装配式，但在实际应用中，由于前期方案没有考虑到预制构件的拆分细节，大多数的现浇结构建筑在执行装配式拆分时都会出现问题。所以，对于装配式建筑项目，首先要对其进行可行性分析，重点研究该项目是否适合做装配式、采用装配式技术的应用范围，结构构件在哪里拆分、连接节点如何设计、是否需要其他专业配合调整、修改等一系列工作。

 

　　拆分设计是装配式建筑项目的核心环节，对建筑平立面、结构受力状况、工程周期、工程造价等都会产生影响，其设计结果决定整个项目结果的70%以上。此外，装配式建筑的拆分设计不仅受规范、标准和经济条件的限制，还受到建筑、结构、生产、运输、吊装、施工各个环节的限制，这些限制条件最终决定了一个装配式建筑的拆分设计方案。为此，本文以预制构件拆分的控制条件为切入点，全面分析装配式建筑拆分设计的要点与痛点，总结经验、提出建议，以期为装配式建筑的发展提供借鉴。

 

　　1 建筑条件

 

　　对于装配式建筑项目，首先要对建筑图纸进行分析，确定预制范围。对于形体复杂的建筑，原则上不推荐采用装配式技术建造，因为不规则的建筑会产生大量非标准构件，且在地震力作用下内力分布比较复杂。尤其是建筑立面造型复杂且不规则，凹凸较多，有着较大外探的悬挑构件，此类建筑若强行采用预制方式，可能会导致以下结果：(1)构件差异性大，模具不通用，构件成本高；(2)造型复杂，三维异形构件多，不易生产和脱模；(3)连接节点和安装节点比较复杂，施工困难。

 

　　综上所述，装配式建筑平面形状宜简单、规则、对称，形状优选以方形和矩形为主。在方案设计阶段，建筑布置应尽量满足结构构件尺寸标准化，如柱网尺寸、梁宽、板净跨等。建筑应采用大开间大进深、空间灵活可变的布置方式；平面布置应规则，承重构件布置应上下对齐贯通，外墙洞口宜规整有序。

 

　　2 结构条件

 

　　装配式建筑拆分方案所采用的结构体系要根据其最大高度和抗震设防烈度选择，使之符合规范要求。装配式建筑的最大适用高度略低于现浇混凝土结构，如剪力墙体系降低10～20 m。在结构上，应采取相应措施增加结构的整体性，宜配置贯通水平构件和竖向构件的钢筋，并与周边构件可靠锚固，增强疏散通道、疏散空间及结构关键传力部位的承载能力和变形能力。为满足装配式结构的整体性，预制构件目前采取的连接方式如下：(1)竖向构件竖向连接方式：套筒灌浆连接，钢筋连接；(2)竖向构件水平连接方式：钢筋连接；(3)水平构件连接方式：梁和楼板均采用叠合连接[3]。

 

　　现浇剪力墙结构体系是我国住宅中最普遍的结构形式。目前，对于现浇改用装配式建造，国标图集的做法是预制剪力墙灌浆套筒连接。灌浆套筒连接这一技术已应用40多年，其在超高层建筑上的应用已经历过地震考验，证明是可靠的连接方式。但是，该体系对于连接节点处灌浆套筒的质量、预制构件生产的精度、安装施工的组织和管理的要求较高，使得施工过程中灌浆套筒连接的质量检测比较困难，成本也会大幅度增加。预制构件的连接方式是装配式建筑的核心技术，因此，要想真正实现又好又快又便宜的装配式建筑，还需要在连接技术上有所突破。

 

　　对于只预制叠合楼板的装配式建筑，梁与柱宜边齐，从而避免叠合板切角。对于同时存在预制叠合梁与预制叠合板的方案，梁柱宜轴线居中布置，以方便梁底筋和柱纵筋相互避让。

 

　　3 生产条件

 

　　(1）构件厂距离

 

　　运输距离越长，运输成本越高。构件厂与项目建设地点的距离是装配式建筑可行性分析的一个先决条件。合理运距的测算是以运输费用占构件销售价格的比例为参考依据，调研国内构件厂情况和近几年的实际运输费用得出，运费占构件销售价格的10%左右较为合理，超过此范围则普遍认为不可接受。运输距离由近及远选取4档距离作为参比对象，相应的运费也会有所增长，见表1。

 

　　表1 预制构件运费与距离分析表    

 

　　根据表1和现实情况，当构件厂与项目建设地点的距离在200 km范围内时，该项目可由该构件厂供应构件。从时间上考虑，运输距离在100 km以内，构件运输车可以半天往返；运输距离300 km左右，构件运输车可以一天往返；运输距离500 km左右，构件运输车则需要一天半往返。综上所述，选择100 km以内的预制构件厂来供应构件是较为经济的最佳方案。

 

　　(2）构件厂生产条件

 

　　构件厂模台的尺寸是构件拆分的重要限制条件之一。常用流水线模台尺寸为3.5 m×9 m，该模台能生产的最大预制构件尺寸为3.2 m×8.5 m，受养护窑单层高度限制，构件的最大厚度为0.4 m。国内流水线基本都采用这个尺寸，因为模台越长，流水作业的节拍越慢；模台越宽，厂房跨度就要越大。因此，通过加大模台尺寸来提高模台利用率并没有明显的优势。

 

　　常用的固定模台尺寸为4 m×12 m，该模台能生产的最大预制构件尺寸为3.7 m×11.5 m，由于是在固定模台上进行自然养护，所以高度方向没有限制。

 

　　预制楼板和预制墙板可以在流水线上生产，异形构件如楼梯、阳台板等要在固定模台上生产。由于三维的异形构件在制作和运输上都较为困难，且模具成本也较高，因此，建议设计平面二维构件，该类构件容易制作，便于运输和安装，能够节约成本。

 

　　(3）模具

 

　　预制构件的模具主要用于预制混凝土构件的成型，是构件生产的主要要素之一。模具设计应该在保证质量和构件外形尺寸的前提下，安装定位精确，拆卸方便，同时考虑模具设计的标准化、系列化、通用化等。

 

　　模具费用是装配式构件成本中占比较大的一个分项，大约占10%左右，预制构件按平均3 000元/m3计算，模具费用约300元/m3。理论上，一个钢制模具可周转使用约200次，若模具周转次数少于50次，模具成本会大幅度增加。因此，高层和超高层建筑就模具成本方面更适合做装配式建筑，因为模具的重复使用率越高，模具摊销费用越低。

 

　　4 运输条件

 

　　预制构件的尺寸受到车辆自身条件的限制和道路运输管理规定的限制，根据《超限运输车辆行驶公路管理规定》，正常运输限制高度为车货总高度从地面起算不超过4 m，车货宽度不超过2.55 m，车货总长度不超过18.1 m。作为水平放置运输的叠合楼板，正常运输条件下单块叠合楼板宽度应不大于2.55 m；作为竖向运输的墙板，因轮子加运输底板最小高度为0.9 m，正常运输条件下预制墙的高度方向不应大于3.1 m。

 

　　5 吊装条件

 

　　预制构件重量一般在1～6 t范围内，构件的安装位置距离塔吊中心的位置也不同，因此，在施工中，塔吊的安装位置和选型需要根据构件的重量和分布进行详细的计算，具体应遵循如下步骤：

 

　　(1）构件重量及分布分析。在构件安装图上标出每个构件的重量和安装位置，重点关注最重的构件和最远的构件。以某项目为例，图1为该项目6#栋公寓平面图。对比墙板、楼板、阳台板、楼梯等的重量发现，最重的构件是墙板，重量为5.75 t，同时，最远的构件也是该墙板，位于建筑的四个角部。

 

　

　　图1 塔吊位置确定和选型   

 

　　(2）塔吊位置设置。由图1可知，该建筑平面为扁平长方形，且构件呈左右对称分布，施工道路位于建筑物下方，因此，可将塔吊位置设置在建筑物下方的中心处。

 

　　(3）计算总重量。总重量指塔吊吊钩下的总重量，是构件、吊具、吊索、吊扣的重量之和。墙板重5.75 t，吊具、吊索、吊扣等部件重量之和为0.8 t，则最大总重量为5.75+0.8=6.55 t，距离为40 m。

 

　　(4）臂长选择。综合考虑其他材料、工具的吊运范围，选择塔吊臂长。如图1所示，塔吊臂长选择40 m较为合理，可满足钢筋、模板等的吊运。

 

　　(5）塔吊选择。综合上述重量计算，结合当地租赁市场的情况，选择合适的塔吊型号。该项目选择JCP7427-18/40 m塔吊可以满足施工要求。为提升施工效率，一般采用二倍率模式，二倍率下塔吊在40 m处的起重量可达8 t。该塔吊的起重性能见表2。

 

　　表2 JCP7427-18/40m塔吊起重性能表    

 

　　上述塔吊的选型和安装属于正向设计，即先有构件详图再进行塔吊的选型与安装。但是，在实际项目中，由于存在赶工期或者不具备装配式施工经验，施工方在没有拿到构件设计详图或者没有考虑构件吊装问题的情况下，盲目地完成塔吊定位和选型，就会使得拆分设计变得非常被动。每块预制构件的重量必须考虑塔吊是否吊得起，在吊不起的情况下，若一味地将构件拆得很小，不仅会影响设计拆分的合理性，也会因为构件过小而增加吊装次数，占用吊装设备，影响施工进度，增加总造价成本。所以，项目建设所在地能否找到有着丰富装配式建筑施工经验的施工团队，也是装配式建筑项目成功与否的重要条件。

 

　　6 施工条件

 

　　传统建筑的施工队接到装配式项目的时候，由于思维没有转变，仍按传统的套路进行作业，粗放而自由，固有思维严重，不愿意改变作业习惯和方式。如剪力墙灌浆套筒体系，当上层钢筋插不进下层套筒时，可能会采取将难以插入的钢筋剪断的方式处理问题；外墙防水企口影响施工速度时，可能会采取将企口割掉并磨平等方式。这些做法会严重影响结构的安全性和防水构造，使原本完善的建筑构造做法毁于一旦。所以，施工方应该遵循装配式建筑的施工特点，制定标准化作业手册，建立问题解决机制，提高从业人员的专业性。现场遇到问题时，要第一时间与设计方进行对接，形成反馈报告，具体的解决方法和采取的措施应由设计单位核实并给出解决方案，不能擅自决定[3]。

 

　　7 结语

 

　　(1）采用标准化、模数化设计，区别对待装配式建筑和现浇建筑，通过预制构件的的组合来达到立面丰富的效果，倡导简约立面设计、标准化设计。

 

　　(2）装配式建筑技术应选择合理的结构体系、连接节点，结构专业应加强新技术、新体系的研发，构件拆分专业应在方案设计阶段提前介入设计流程、提供合理化建议、优化建筑和结构方案。

 

　　(3）提升装配式建筑产业化管理体系和施工水平，制定工艺流程和作业手册，提高从业人员的专业性。

 

　　参考文献

 

　　[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. JGJ 1—2014装配式混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2014.

　　[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T 51231—2016装配式混凝土建筑技术标准[S].北京:中国建筑工业出版社, 2017.

　　[3]李青山.装配式混凝土建筑:结构设计与拆分设计200问[M].北京:机械工业出版社,2018.