装配式技术在低多层建筑中的设计研究

装配式技术在低多层建筑中的设计研究

袁秋林

广东博意建筑设计院有限公司 广东佛山 528312

摘要：相对于高层装配式建筑,低多层的建筑结构体系简单，在一定程度上对连接节点性能的要求降低，适宜使用简化的节点连接形式，更有利于装配式技术的应用和推广。本文简要阐述了国内外低多层装配式建筑的应用现状，并选用某个6层户型进行模拟设计，采用的是全预制墙板建筑结构体系，从结构计算、连接节点等方面进行设计和研究，拟总结出低多层全预制装配式建筑的设计方法供参考。

关键词：低多层建筑 装配式建筑 全预制 墙板结构体系

1 引言

2021年3月，住房和城乡建设部发布《关于加强县城绿色低碳建设的意见（征求意见稿）》，文中提到“县城新建住宅以6层为主，6层及以下住宅占比应不低于75%”、“大力推广应用绿色建材。推行装配式钢结构等新型建造方式”，从该征求意见稿中不难发现，未来县城地块的低多层住宅可能有较大配置要求，同时对绿色建筑、建筑节能的要求更高，且鼓励新型建造方式。

2 低多层装配式建筑在国内外的应用现状概述

2.1 国外应用现状概述

美国低层住宅多以装配式轻钢结构、木结构住宅为主，重视住宅的舒适性、多样化和个性化，预制混凝土结构品质好，但价格较贵。1997 年美国新建住宅 147.6万套，预制装配式住宅占76.56%，低层住宅以木结构为主占预制装配式住宅总量的74.44%，其他均为钢结构住宅。住宅所用部品部件高标准化，易于机械化生产，实现了装配式装修现场无湿作业。

德国的装配式住宅主要采取叠合板、混凝土剪力墙结构体系。二战后，多层装配式住宅、新建别墅等建筑基本为全装配式钢（木）结构，拥有强大的预制装配式建筑产业链。

英国政府积极引导装配式建筑发展。政府出台一系列鼓励政策和措施，大力推行绿色节能建筑，以对建筑品质、性能的严格要求促进行业向新型建造模式转变。钢结构建筑、模块化建筑，新建占比70%以上，拥有设计、制作到供应的成套技术及有效的供应链管理。

日本在低层或多层住宅中开发了模块化建筑，新建的1-4层建筑大多采用钢结构和木结构，实现了住宅的高度装配化和集成化。

2.2 国内应用现状概述

长期以来，我国乡镇的低层住宅建筑主要采用砖混结构、现浇混凝土框架结构和木结构。随着技术的进步以及工业化时代的到来，国家大力推进建筑工业化和住宅产业化，其重要表现形式之一在于装配式技术的使用，而低层装配式建筑的发展是当前的趋势。

目前国内在低多层装配式建筑的应用比较成熟的是远大住工，其拥有远大美宅Bhouse、BOX系列产品。其产品多为1~3层的独栋别墅，采用的是全预制装配式墙板结构，连接方式为其独有的盒式连接。该产品特点是生产安装快、交付时间短、水电集成、精装交楼，体现了工业化建造的效率优势。

笔者考察过的另外一家企业是广东草根民墅，该企业的产品类型也是1~3层独栋别墅，采用的是全预制装配式墙板结构，预制构件连接方式为钢丝绳套连接、后插筋灌浆连接。虽然该企业产品与远大住工产品建筑类型及结构体系比较相似，但其在生产和施工安装方面有诸多技术创新，可以大大提高生产和施工的效率。

总体来看，不论是远大住工还是广东草根民墅，在国内的实际项目案例并不多。该领域目前还处于发展起步阶段，还是具有广阔的市场前景的。

3 低多层全预制混凝土建筑的模拟设计研究

3.1 建筑设计

本次模拟设计选取的是广东省阳江市某6层住宅，单栋建筑面积约1530m²，层高为3.15m，建筑高度为19.20m。全预制混凝土结构对户型平面有特定的要求，具体有以下原则：

1. 平面宜简单规则，不宜采用凹凸不平的户型；

2. 宜尽量按大开间、大进深设计，可减少墙板总数量；

3. 宜采用平移或对称布置，可提高标准化程度；

4. 墙板宜尽量按对齐布置，且承重墙需上下连续，避免出现转换结构；

5. 外墙及内墙的门窗洞布置宜考虑适宜的墙垛尺寸，以满足构件拆分和拼缝设置的要求；

6. 悬挑构件宜简单规则，阳台、空调板等悬挑构件出挑长度不宜大于1.5m。

基于以上原则，对原标准层的建筑平面进行调整：不对齐的墙体拉齐、调整部分门垛长度、调整凸窗宽度及位置，提高了预制构件的标准化程度，最终形成适合本户型全预制设计的建筑平面，如图1：

图1 调整后标准层建筑平面图

另外，对原户型的立面也进行了调整：统一女儿墙高度、取消原坡屋面造型、取消楼层腰线、预制构件拼缝作为立面设计元素等等。

3.2 结构设计

目前已发布的与低多层装配式墙板结构体系相关的规范标准主要有《装配式混凝土建筑技术标准》、《装配式混凝土结构技术规程》、《装配式多层混凝土结构技术规程》，以上规范都对低多层装配式墙板结构的设计、生产、施工和验收做出了基本规定，但具体内容各有差异。本次设计主要参照的规范是《装配式多层混凝土结构技术规程》，规程中对多层装配式墙板体系有严格的高度和层数限制，且提供了多种墙板的连接方式供选用。

1. 结构体系及构件类型

本次设计采用的是全预制墙板结构体系，预制构件类型有预制墙板、预制凸窗、全预制楼板、预制叠合板、预制楼梯、预制阳台、预制空调板、预制女儿墙，预制率约96%。

1. 预制墙板：规程规定：预制墙板的厚度应≥140mm，考虑模数的因素，本次设计的预制墙板厚度取150mm。

2. 预制楼板：规程规定：当建筑层数>3层时，楼屋面板宜采用叠合楼板。本次设计做了一定的突破，除屋面层考虑防水等因素采用叠合板外，标准层的楼面板均采用全预制板，根据实际计算要求有100mm、120mm、150mm厚度的楼板。

3. 预制阳台：全预制阳台与室内相邻的部分楼板整体预制。

4. 预制楼梯：梯段与休息平台整体预制。

5. 预制空调板：全预制空调板，与主体结构采用螺栓干式连接。

6. 预制女儿墙：女儿墙厚度同标准层预制墙板厚度，连接方式同预制墙板。

标准层预制构件布置图详图2：

图2 标准层预制构件三维布置图

2. 主要预制构件连接方式

本次设计采用全预制混凝土构件，预制构件均为不出筋，竖向钢筋连接接头少，对生产加工以及施工安装均带来便利。

1. 预制墙板

预制墙板竖向连接方式采用《装配式多层混凝土结构技术规程》中的钢丝绳套连接，墙板之间预留凹槽，通过施工现场后插筋再灌浆封闭凹槽，连接节点大样图详图3。

图3 预制墙板竖向连接节点

2. 预制楼板

楼面板按全预制单向板设计，楼板拼缝之间采用连接钢板螺栓连接，连接点间距1m~1.2m。对于客厅板跨较大处的板拼缝，板侧预留凹槽做后浇段，以提高结构的整体性。依据规程要求，预制墙板顶部的楼板支座位置需设置水平后浇带（屋面层需设置圈梁）。故在板端支座处，预制楼板搭入预制墙50mm,且在板端留凹槽，为楼层预留出水平后浇带的空间，连接节点详图4。

图4 预制楼板拼缝节点

3. 预制阳台

预制阳台有多种方案：阳台梁和阳台板拆开设计、阳台梁和阳台板整体预制。如果拆开设计，现场吊装的次数增加，安装也繁琐，故放弃该方案。整体预制如果只是仅是阳台板范围内预制的话，预制阳台板支座处接缝由于无现浇叠合层，容易漏水，最终考虑预制板的范围往客厅延伸，阳台与室内相邻的部分楼板一起预制，从而解决接缝易漏水的问题。但也造成了该预制阳台造型复杂，生产不便。阳台梁预留贯通的插筋孔，与预制墙连接。预制阳台造型及梁端与墙连接节点见图5:

图5 预制阳台及连接节点

3.3 成本测算

依据本次模拟设计的施工图和构件深化图，对楼栋地上部分进行了成本测算。该墙板体系由于采用了全预制装配式建造方式，现场只有少量的湿作业，大大提高了施工效率。同时，还免除了楼板支撑以及外脚手架等施工措施，为总包单位节省较多成本。经过测算，当构件价格按2200元/m³时，不含装饰装修的土建成本为1129.4元/m²，对比传统现浇有一定优势。但该体系的关键成本因素取决于预制构件价格，如果可以通过设计提高标准化，提高预制构件的复用率，把预制构件出厂价格控制在合理的范围内，还是具有发展优势的。

结束语：

低多层装配式混凝土建筑具有自身的独特性，如果沿用高层装配式建筑的设计和施工，笔者认为并不适合，该领域需要创新来带动发展。目前国内已发布多本低多层装配式建筑的规范标准，但限制较大，本次模拟设计为了提高现场施工效率，存在小部分突破规范的做法，结构计算方面也暂无契合的分析理论。但是经过本次的设计研究，多层全预制装配式墙板结构体系，预制率可达96%以上，现场以干式作业为主，安装简便，节省人工和施工措施，施工效率显著提升。

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