装配式混凝土结构特点及对传统建筑的影响

1引言

随着我国城市化进程的加快，传统建筑行业用工难，扬尘大等问题与越来越高的绿色节能要求等矛盾日益突出。装配式建筑以其工业化、节能、环保、施工速度快等显著优势，以及国家政策的相关支持与要求，在建筑行业得以快速发展与应用。在我国，钢筋混凝土工程在多层建筑中依然占据着主导地位，与其他结构相比，其发展历史悠久、技术相对成熟、耐久性好、结构刚度大且造价相对低廉，是现阶段装配式住宅的主要结构形式。预制装配式混凝土结构，是以预制混凝土构件为主要构件，经装配、连接、结合部分现浇而形成的混凝土结构。预制装配式建筑的主要特点是生产工业化，生产工业化的关键是设计标准化，最核心的环节是建立一整套具有适应性的模数及模数协调原则。设计中据此优化各功能模块的尺寸和种类，使建筑部品实现通用性和互换性，保证建筑在建设过程中，在功能、质量、技术和经济等方面获得最优的方案，促进建造方式从粗放型向集约型转变。因此，采用预制装配式建筑与传统建筑有着很多区别，下面就这些区别特点进行分析。

2建筑平面影响因素

2.1户型排布的影响

传统建筑在建筑设计时，为保证立面的统一协调与户内户型的排布规范标准，户型一般采用对称式排布。而住宅小区的使用和销售需求，使得同一小区内的住宅户型数量增多，一般一个项目至少有4个以上的户型。这种户型的对称排布及个数需求，就导致同一项目的楼型数量较多。对于装配式建筑而言，如预制外墙、预制凸窗、全预制阳台等，此类构件，如构件与构件之间采用对称式，则其模具实为2套模具。如将不同户型均组合到同一栋楼内，且户型排布方向相同，其余楼栋均采用同一楼型，则可以大大减少模具的套数，从而降低模具生产成本。优化户型组合方式：一种楼型，重复率高，成本低。

2.2预制构件的影响

对于预制构件本身来说，如采用预制叠合楼板，则房间的开间、进深、结构的墙柱梁布置对其尺寸有很大影响；如采用预制楼梯，则同一项目楼栋的楼梯间，建议楼梯踏步的跑向一致（顺时针向上跑向或逆时针向上跑向），即镜像排布的户型，楼梯跑向不镜像，采用复制关系；如采用预制外墙、凸窗等，则房间的门窗洞尺寸，门窗垛与现浇混凝土柱、现浇边缘构件的距离关系，都影响着预制构件的模数尺寸，如能将其类型数量减少，则也可以减少模具的数量。

3建筑立面影响因素

3.1外饰面材料的影响

预制混凝土构件由于其在工厂制作的原因，其构件尺寸精度高，构件成型好，因此可为建筑立面效果提供丰富多彩的表达形式。现今主要的预制外饰面有素混凝土饰面、瓷砖饰面、石材饰面和陶板饰面。瓷砖采用反打技术，在工厂铺贴并连接锚固件，其与混凝土之间的粘结强度要远高于传统施工现场铺贴瓷砖的工艺，不易空鼓、脱落。石材和陶板通过反打技术，可以取消传统工艺的干挂龙骨，节省材料和人工费用。

3.2立面造型的影响

建筑师在立面设计时，往往喜欢采用凹凸的线条线脚变化，来实现丰富立面效果的需求。而预制混凝土构件由于其生产工艺特点，凹线条的模具成本费用要远小于凸线条的模具成本费，因此在预制建筑设计时，建议采用凹线条替代凸线条的表达方式，在标准层线条尽量保持一致，或其线条变化有规律，有明显的重复率，从而达到更经济合理又美观的效果。

3.3预制构件分缝的影响

预制单面叠合式外墙体系及预制夹心保温外墙体系，由于其防水性能好、外侧可免除湿作业模板、如吊装安装精度控制好的情况下无需传统二次抹灰等处理工艺，可直接进行饰面工程施工等显著优点，在预制装配式建筑中得以广泛应用。但这两种体系也有个显著的特点，就是预制外墙间的水平缝和竖向缝比较突出，此缝宽一般为20mm。采用涂料遮盖的方式很难保证长期自然条件作用下，此处缝不开裂。因此，如能在建筑方案设计阶段，将预制板间的水平缝和竖向缝作为立面的表达因素，则可降低后期立面效果降低的风险。

3.4结构层高的影响

传统建筑结构设计在住宅顶层设计时，结构标高往往和建筑标高为同一标高，造成顶层的结构层高与标准层的结构层高不同。而预制构件尺寸设计时，其构件高度是由结构层高及楼板厚度决定的，因此建议建筑结构设计时，将顶层结构层高及楼板厚度与标准层层高及楼板厚度统一，从而避免单独增添一层模数的模具。

4结构专业影响因素

4.1阳台受力形式的影响

传统结构设计时，认为悬挑梁式阳台要比悬挑板式阳台安全，其考虑悬挑板式阳台，板上部受力纵筋在现场施工时，容易受到工人踩踏，从而导致受力钢筋的截面有效高度降低，降低了构件承载力，存在安全隐患，因此阳台设计往往采用悬挑梁式阳台。但如果采用预制悬挑梁式阳台，悬挑梁内的钢筋由预制构件带出，与悬挑梁连接的现浇边缘构件纵筋现场先行绑扎完毕，则在悬挑梁与边缘构件连接节点处，边缘构件内的水平环箍基本无操作空间，施工极其困难。而预制悬挑板式阳台，由于板上部受力钢筋由预制带出，则可以避免上部纲筋由于踩踏导致截面有效高度变低的情况，且施工简单迅速。装配式建筑如采用预制阳台，建议选择悬挑板式阳台。

4.2叠合楼板对板厚的影响

预制叠合楼板由于其构件加工成本低廉，预制部分可作为现浇钢筋混凝土层的永久性模板，减少现场模板的优势，一般在预制构件的选择中优先选用。为保证预制叠合楼板在脱模吊装及运输过程中的刚度要求，一般板跨在4m以内，预制部分厚度为60mm；板跨4m以上，建议预制部分厚度为70mm。而为保证在楼板现浇层内的强弱电专业的线管走线空间要求，现浇部分的厚度要达到70mm以上。因此，如采用预制叠合楼板，则此楼板厚度至少为130mm。

4.3预制框架柱的影响

在装配式框架项目中，预制框架柱的上下层纵筋一般采用灌浆套筒的连接方式，由于这种连接方式的特殊性，柱内纵筋直径不宜小于20mm，纵筋不可并筋（灌浆套筒无并筋连接形式），上下层同一定位处纵筋直径变化只能相差一级，且只能上层柱纵筋直径小于下层柱纵筋直径（灌浆套筒连接钢筋的直径规格不应大于灌浆套筒规定的连接钢筋直径规格，且不宜小于灌浆套筒规定的连接钢筋直径规格的一级以上）。在梁柱节点处，柱内钢筋为避让梁内钢筋，一般柱内纵筋的间距控制在100mm以上为佳，纵筋的净间距不应小于50mm。因此，如果上下层间框架柱截面变化，建议每一边收缩的长度等于柱纵筋间距（大于等于100mm）；三面收柱的，尽可能控制在一边或两边，且每边收缩的长度大于100mm。框架柱纵筋配筋设计时，建议将同一位置处的纵筋不同层间直径、间距尽可能归并，如需改变纵筋直径、间距，建议4~5层一变，这样有利于提高设计、制作和施工效率，减少模具套数，降低成本。由于预制框架柱纵筋采用灌浆套筒连接，灌浆套筒一般直径较大，且其保护层厚度至少为20mm，则框架柱边纵筋距边定位一般在50mm以上，为了保证框架主梁纵筋与框架柱纵筋不碰撞，预制主梁边不可与预制柱边平，最好相差50mm。

4.4预制梁的影响

预制框架结构在梁平面布置时，建议两方向的梁(即X,Y方向的梁，此处不区分主次梁)，梁底高差在100mm以上，可有效避免梁底纵筋碰撞，降低施工难度。十字交叉布置的次梁，如采用预制则只可预制一个方向次梁，另一个方向的次梁现浇，从施工难度及经济性考虑，不如采用同一方向双次梁的布置方案。预制梁在配筋时，梁钢筋间距宜控制在100mm以上，建议梁底采用大直径钢筋，减少钢筋根数（300mm宽梁，梁底单排纵筋最多3根），否则梁底钢筋过密，很难避免预制柱纵筋与预制梁纵筋碰撞问题。在结构受力允许条件下，梁纵筋第二排及以上的纵筋尽量不伸入支座，避免连接节点区域钢筋过多造成钢筋碰撞问题。

5施工方面影响因素

5.1构件运输车的影响

预制构件的运输车辆体型较大，为保证运输车辆顺利通行，施工现场的出入口宽度需满足大型车辆转弯进出；运输道路宽度一般需大于6m，可满足2辆大型车交会；道路转弯半径需要9m~10m，用以满足大型车辆转弯半径的要求；道路地面需硬化或平铺20mm厚钢板。施工总包应根据要求结合实际情况，根据设计荷载以及施工荷载等，对车行道路及PC堆场涉及范围内的地库顶板进行加固，特别是车行线使用钢管加密加固，所有排架钢管待结构封顶后拆除，并需编制地库顶板加固方案。

5.2塔吊选型的影响

预制装配式建筑塔吊选型需考虑以下几个方面：最重单体构件；最大起重力矩构件；标准层构件数量；施工工期；塔吊基本参数的确定；塔吊安装方式的确定；启由高度的确定；周边环境的影响；前期小塔吊（无PC）后期大塔吊（PC施工）公用基础综合考虑塔吊选型。经过选型、比较，采用合适的塔吊，大臂长度按照建筑结构构件吊点位置设计。在选型过程中应结合构件堆场、吊装顺序，塔吊性能，覆盖范围等综合因素进行选择，选择最佳经济实用型方案，在塔吊选型及布局设计完毕后，应对所有构件进行起重力矩复核，确保所有预制构件在塔吊起重能力范围内。

6结束语

预制装配式建筑在设计时，由于其自身加工工艺特点，与传统建筑设计有很多区别，如能在项目的方案阶段将这些区别因素考虑进去，则可以大幅提高设计效率减少返工，同时也使整个项目的经济性得以提高。预制装配式建筑在设计前期仍需考虑施工方面的相关因素，如预制最重构件及其位置对塔吊的影响等。综上所述，预制装配式建筑设计是涉及多专业的综合设计，为了使项目更经济合理，需要各专业的共同配合努力。

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