装配式建筑结构设计优化路径探索

装配式建筑结构设计优化路径探索

张生超

石河子建筑规划设计研究院（有限公司）， 新疆 石河子 832000

摘要：装配式建筑的主要构件为预制构件，即将建筑的全部构件或者是部分构件分割为若干个单元，在工厂内预制完成后，运输到现场，将这些预制构件采取可靠连接方式搭建起来。本研究主要对装配式建筑的结构设计要点进行了分析，并探讨了装配式建筑的结构设计优化措施，以供参考。

关键词：装配式建筑；结构设计；优化

一、装配式建筑结构设计思路和要求

（一）思路

在采用装配式结构进行设计的过程中，首先要明确设计思路，因为装配式建筑的结构构件具有独立性，合理的设计可以减少异形构件，从而保障装配式建筑整体结构的质量，同时也能降低建设成本。在设计的过程中，应该从尺寸、配筋等多个方面着手考虑，同时还要做好节点锚固、构配件拆分等工作^［1］。如果采用程序化的设计方式，会导致建筑外形过于单一，梁、板、柱等内部结构尺寸保守单一，不利于房间利用率的提升。所以，可以利用BIM技术来优化设计，从项目规划、概算、预算、物业等多个环节入手，实现全生命周期智能动态控制和管理。在BIM技术应用的过程中，可以采用revit+国内插件进行建筑的创建和设计。在结构设计的过程中，可以采用PKPM计算配筋量，同时也可以对层侧移刚度进行计算。以BIM技术为基础，进行装配式建筑结构设计，可以使设计思路更加清晰、合理。

（二）要求

在装配式建筑结构设计的过程中，设计人员要要采用科学合理的设计方案，如上文所述，可以基于BIM技术进行设计规划。结构设计不仅要保障结构质量，还要增强建筑功能性，同时控制工程成本，确保各类资源的合理配置和应用，进而使装配式工程的整体效益得到提升，同时也可以促进装配式结构设计方案的改进和优化。通常，装配式建筑结构设计包括两个方面：一方面，要明确功能需求，合理进行结构布局，详细分析柱节点等内部结构分布情况；另一方面，根据工程整体水平，对结构体系、材料等参数进行配置和设计，确保设计的科学合理。

（三）装配式建筑的结构优化设计要点

装配式建筑的结构设计中，为确保结构设计的可操作性与可行性，必须明确掌握装配式建筑的结构设计要点。装配式建筑结构优化设计指的是，在确保装配式建筑功能性、安全性的基础上，应尽可能地降低能源消耗，采取精细化、标准化、专业化的结构设计，通过多专业协作、多方案比较、精细化设计、标准化管理，实现土建成本、建筑功能以及结构安全的有机结合，实现装配式建筑的效益最大化。

装配式建筑的结构设计中，首先，要充分考虑装配式建筑的功能需求，深入分析装配式建筑的立面造型、户型、柱网布置以及分缝等方面的内容，提出可行性建议，将建筑的不规则度、高度以及复杂度控制在合理的范围之内。其次，初步设计阶段，必须综合考虑建筑的结构布置、结构体系、建筑材料、基础型式以及各项参数，对多种方案进行可行性、经济性分析，从中选出最优方案，实现对土建造价的有效控制^[2]。最后，施工图阶段，通过标准化配筋方法、精确的计算把控、科学的模型调整，并对施工图进行精细化内审、优化，实现对土建造价的进一步控制。

二、装配式建筑的结构设计优化措施

（一）构建标准设计体系

为实现装配式建筑结构设计优化，应积极构建标准设计体系。标准设计体系主要由户型模块、交通核模块组成，有利于减少楼板构建、外墙构件的种类，可以提高装配式建筑的建造效率，实现装配式建筑经济性、功能性的协调统一。在标准化户型模块方面，合理调整某些户型的居室、客厅等空间的进深、开间，提高其功能尺寸的合理性；对于标准化交通核模块来说，根据产业化要求，将以往的非标准化交通核调整为多个标准化交通核，主要包括机电管井、电梯井、走道、楼梯的标准化。装配式建筑的标准化、模块化，实现了各户型的多样化组合，能够建造通廊式住宅、塔楼、板楼等多种平面组合类型，为装配式建筑的多样化设计奠定了良好的基础。

（二）参数选择

1.参数设计

以某建筑工程为例，该建筑工程中的楼宇一共分为两类，分别是A楼和B楼，A楼有6栋，共20层，采用25.6m×17.2m的框支剪力墙结构。以A楼为例进行分析，利用分析程序计算各项参数，具体输入参数包括结构重要性系数、场地类别、设防烈度、设计地震加速度、嵌固端位置等等。采用BIM模型计算的方式可以获得相应的参数数据：以结构重要性系数来说，部分框支剪力墙的系数为1.0，地震作用计算信息为地震作用夹角，单向/双向/偶然偏心的角度为0°/90°。

2.结构选型

在工程设计的过程中，为了减少塔楼沉降差异，进而出现各类问题。塔楼规范裙房外会设置沉降缝，塔楼一层结构楼板比裙房高1.2m，所以在周围设置水平加腋大样，以此确保水平力可以顺利传递。不仅如此，核心筒采用细腰型布置的方式，结构在核心筒外墙两侧增加了宽度为1m的结构连板，以此确保楼板宽度在5m以上。为了满足装配和预制的要求，预制构件选择凸窗、阳台和部分楼板。

3.优化内容

从前文可以看出，装配式建筑结构设计要对多项内容进行优化和完善，包括设计流程、计算方式、设计体系、技术体系、预制构件等等。在设计流程方面，技术人员不仅要做好结构本身的设计和规划，还要了解工程生产水平和生产效率，分析工程生产作业对装配式建筑结构设计造成的影响。也就是说，要对生产、运输、装配等工作进行有效的规范和设计，确保各个环节的顺利衔接，尤其要做好构建设计、拆分设计等工作，保障建筑设计的合理性，同时也可以促进生产工序的简化、装配效率的提升，进而不仅降低投入成本，还能提升建筑的使用寿命；在计算方式方面，设计人员应该充分考虑结构特征，然后采用合理的计算方式。例如，要合理计算大型构件数量、位置、连接等。

（三）对预制构件部位进行严格把控

对于一个装配式建筑项目来说，应根据所选择的结构体系、预制装配率以及项目特点与要求，来确定哪些部分应当进行现浇、哪些部分应当进行预制。装配式建筑结构设计中，适合采用预制技术的主要是水平构件，包括叠合板、叠合梁、阳台、楼梯等，可以避免楼面施工时的脚手架搭设以及满堂模板，有利于减少装配式建筑的建造成本；然后是预制外墙，预制外墙集保温功能、装饰功能为一体，可减少外脚手架的搭设，也有利于减少装配式建筑的建造成本；最后可以考虑预制承重内墙以及非承重内墙^[3]。此外，若有地方规定，则需按照地方规定的要求，合理确定预制部位、预制率。

（四）结构设计流程的优化

装配式建筑结构设计中，不仅要考虑功能性方面的问题，还要重视结构设计对构件生产、构件装配所产生的影响。对于装配式建筑来说，其对构件生产、构件运输、构件装配均有着十分严格的要求，基于此，结构设计必须涵盖始终，从设计阶段，便要对构建设计、构件装配、构建拆分等方面的内容进行优化，保证构件设计、构件生产以及构件装配之间的紧密连接，形成完整的流程。施工图纸设计过程中，为确保其可行性，还应对各种构件进行精细化设计，对预制构件的工序进行简化，尽可能地降低预制构件的生产成本，降低现场装配施工难度，确保装配式建筑结构的稳定性。

结语：

与传统建筑相比，装配式建筑结构、装配式建筑物的制作工艺有着很大的不同，且装配式建筑结构设计过程中缺乏综合考虑，建设成本较高，导致装配式建筑的应用范围十分有限，无法得到更为广泛的应用。因此，装配式建筑的结构设计优化，显得十分重要，也十分必要。

参考文献：

[1]马彬.装配式建筑的结构设计优化探讨[J].名城绘,2018(5):471-471.

[2]裴永辉,刘立志.浅谈装配式建筑的结构设计优化[J].城市建设理论研究(电子版),2015,000(022):6294-6295.

[3]周景阳,何鹏旺.基于解释结构模型(ISM)的装配式建筑成本影响因素分析2019年3月1日免费全文[J].工程管理学报,2019.