浅析北京地区装配式住宅建筑的设计优化策略

冯耀祖

民航机场规划设计研究总院有限公司 北京 100000

摘 要：本文以实际工程项目为依托，主要针对北京地区装配式住宅项目设计及实施过程中碰到的一些痛点问题进行总结研究，从成本角度，装配式技术层面提出解决问题的方法，为装配式建筑的优化设计提供一些可借鉴的思路，主要包含基于预制混凝土方量控制的成本优化、预制楼梯优化、首层预制外墙优化设计、立面线脚处理、阳台外围护墙节点优化等问题，问题较为分散，需要在日后的工作实践中不断积累并完善。

关键词：装配式建筑；装配式关键技术；设计优化

1 前言

北京作为我国装配式建筑发展的前沿阵地，装配式政策的推行力度较大，但当前开发商对实施装配的抗性还是很高，主要在于装配式建筑的成本居高不下，其次是相关的装配式技术还不太成熟，有待完善，客户的认可度和接受度也不太高。装配式评价标准规定了装配式建筑的门槛，但如何在标准的约束下让装配式建筑成本更优、品质更优及后期使用感受更优是设计应该解决的问题，笔者参与近300万㎡的装配式建筑设计，设计及后期实施过程中遇到一系列问题，以下笔者将通过总结这些问题，提出一些优化设计的方法。

2 装配式住宅建筑设计优化策略

2.1 成本优化 – 基于预制混凝土方量控制

从成本角度来看装配式建筑，成本增量占比最高的是预制结构部分，其中又以竖向构件的费用占比为最高

如何降低结构成本是设计需要重点考虑的问题，构件费用主要和预制的方量相关，在预制率一定的情况下，只有降低总的混凝土方量才能减少预制构件的总方量，在户型面积一定的前提下，通过优化户型平面及结构布置方案可以很大程度上降低混凝土的总方量，以下主要从两个方面进行优化：

一是通过调整户型优化建筑的体形系数，在确保使用功能的基础上，户型越方正，凹凸越少，则体形系数越小，对应的外墙的面积也越少，也就是说预制外墙的总量越少，尤其对于采用预制夹心保温外墙板的工程，夹心保温外墙板中的保温部分也需一并计算在预制方量内，体形系数较小对于节能计算更为有利，所需保温的厚度也更小，因此优化体形系数不仅可以减少预制外墙的总长度，同时可以降低保温的用量，从而达到降低预制外墙总方量的目的，在顺义友谊医院项目中通过单元平面调整减少了预制外墙的数量（图1）。

优化方案

原方案

图1 友谊医院户型优化

另一方面，在户型确定的基础上，遵循大开间的结构布置原则可以极大程度上减少内墙的布置，从而减少预制内墙的用量，比如海淀区宝山棚户区改造项目中，原结构布置方案在客厅与主卧之间采用结构墙分割，好处是楼板跨度较小，楼板厚度130（60厚叠合楼板+70厚现浇层）可满足结构受力要求，优化调整方案将客厅与主卧之间结构墙取消（图2），采用大开间的结构布置原则，虽然楼板有所加厚，需要做到160甚至更厚（70厚叠合楼板 + 90厚现浇层），层高也受到一定影响，但带来的好处也显而易见，首先减少了预制内墙的混凝土用量，虽然增加了预制楼板的用量，但从构件的价格分析可以看出（因为水平构件相对简单，标准化程度较高，可采用流水线生产，而竖向构件一般采用固定模台），竖向构件的成本要远高于水平构件，所以总的成本肯定是能降低，同时因为采用大开间的结构布置原则，标准层预制楼板的数量由原来的38块减少到22块（图3），整个单元到整个楼再到整个项目预制楼板的数量大幅减少，这样也就有效减少预制构件的吊装次数，降低了吊装费用，并且节约了吊装时间，加快了施工进度，从建筑使用的层面来看，大开间的结构布置为空间的使用提供了多种可能性，户内布置可以根据使用需求进行灵活调整，而不必受限与中间的结构墙体。

图2 结构内墙布置方式优化

图3 预制楼板拆分优化

2.2 预制楼梯优化

在传统的现浇建筑中，公区水暖管井出线一般敷设在建筑面层中，需要留足一定的出线宽度（尤其在一梯两户，管井分楼梯两侧左右排布时需注意此问题），如下图所示，装配式建筑中采用标准预制梯段，梯段不需再另做面层，因此在最上一级踏步及最下一级踏步大概450mm的范围内无需再做建筑面层，也就意味着管井出线的有效宽度被严重压缩，在讲求高效集约的住宅建筑中，管井出线的宽度本来就不富裕，由于采用标准化的预制梯段，导致整个楼梯间需要向外推出方可让出管井出线的宽度，因而增加了住宅建筑的公摊面积，同时由于建筑外墙外推，前后排之间的楼间距也需要相应增大以满足日照间距要求，从而影响到整体项目的规划布局。为了解决这一问题，需要对预制梯段的样式进行微调，通过调整预制梯段最上及最下一级踏步的形态，让出面层的厚度，一来解决了管井出线的问题，避免了公摊面积无谓的增加，同时避免了两种不同地面材质生硬交接的尴尬局面（图5）。

图4 修改前预制楼梯

图5 修改后预制楼梯

2.3 首层预制外墙优化设计

在装配式建筑中首层一般为底部加强区，通常采用现浇结构，从二层或更高楼层开始采用预制，但在一些小于等于5层的建筑中，为满足预制率不低于40%的要求，通常首层也需要采用预制结构，从结构稳定性等技术层面来看完全没有问题，但首层作为连接地上和地下的关键层，相对标准层来说，首层会增加许多内容，比如门头，扩大楼梯间，还有地库窗井等，如果首层选用预制构件，则首层扩大部分的楼梯、门头、窗井等均需采用独立的支撑结构与主体脱开，并做好脱缝处的防水处理（传统现浇窗井做法由主体结构墙挑板即可），采用独立柱支撑后需考虑梁高对窗井开窗面积的影响。除结构问题外，首层也是重点的防水部位，一般防水需做到室外地坪以上500的部位，如首层采用夹心保温外墙板，防水的处理会非常困难，需要对标准构件进行特殊处理，且现场施工作业面小，施工质量难以保证，建议首层尽量不做预制外墙，通过增加预制内墙等措施来满足预制率要求，如仍无法满足，首层必须做预制外墙时，不建议采用夹心保温外墙板，仅作内页墙板，保温后贴，为防水等构造措施留出操作面。

2.4 立面线脚处理

为满足立面造型需求，需在建筑外立面增加很多装饰性的线脚，装配式剪力墙结构采用预制+保温外墙板，由200厚内叶+80~100厚保温+60厚外叶组成，一般外叶板非结构构件，只能承受轻微荷载， 因此在线脚材质的选择上受限较大，目前较为常用的做法是采用成品的EPS线脚，通过粘卯结合的方式与外叶板连接，此种做法的优势是安装便捷、快速，成本较低，但其耐久性较差，易变形，影响立面整体效果，同时其耐火性能也较差，尤其用在近人尺度，极易遭受外力破坏，目前较适用于装配式外墙的线脚做法有聚合陶线脚，无机材料，耐久性强，自重低，强度高，防火性能好，造型能力强，可以实现装配式建筑更为复杂的造型。

2.5 阳台外围护区节点优化

图7 优化后阳台挂板节点

图6 优化前阳台挂板节点

外围护墙作为装配式建筑中重要的一环，强调的是非砌筑做法，目前较为常用的有AlC加气混凝土条板和预制外墙挂板，AlC条板为宽600的标准产品，现场通过卡件及角钢等与主体结构连接，因为是小板体系，拼缝较多，用于外墙开裂及渗漏风险较大。目前较为常用的是装配式混泥土预制外墙挂板，住宅建筑中主要运用于阳台外围护墙，外墙挂板与主体结构的连接方式多种多样，既需要考虑连接的可靠性，也需兼顾使用的合理性，在密云南菜园新村项目中，挂板底部采用端承式节点，挂板顶部采用点挂式节点固定（图6），连接的可靠性绝对没有问题，由于项目采用全干法地面，地面做法130mm厚，底部端承式节点勉强可以覆盖，但上部点挂式节点无法用面层覆盖，导致节点外露，影响观感及使用，到后来的海淀宝山安置房项目时，我们改进了连接节点，设计了隐藏式挂板节点，如下图（图7）所示，将预制阳台外端进行特殊处理，上部空出安装端承节点的空间，下部空出缺口以便现场进行螺栓连接，挂板完成后再铺设地面面层，下部缺口用混凝土补齐，如此阳台内部空间完整简洁，解决了装配式节点外露的痛点问题。

3 结论

我国装配式住宅建筑限于当前装配式技术发展水平及项目开发商的成本控制要求，可供选择的技术体系相对较为单一，与发达国家相比还有较大差距。我们应当清楚的认识到这一点，并积极学习国外的先进技术，一方面引导研发企业开发装配式建筑新技术和新产品系统，以适应多种多样的建筑类型，另一方面引导项目开发商进行产品升级，以适应建筑产业化的发展要求。随着技术水平的发展装配式建筑的评价标准也将不断更新，我们应当以发展的眼光，开放的胸怀积极吸收新技术，运用新体系，通过不断的解决实际问题，共同推进我国装配式建筑的快速发展。

参考文献

[1] 《北京市人民政府办公厅关于加快发展装配式建筑的实施意见》（京政办发〔2017〕8号）

[2] 《北京市发展装配式建筑2018年-2019年工作要点》

1