摘要：预制装配式建筑是一种新型的建筑形式，同时也是高层住宅建筑发展的重要方向，对其设计展开探讨具有重要的意义。本文分析了预制装配式高层住宅建筑的设计要点，对其节点设计进行了详细的介绍，为相关工程项目的设计提供参考。
关键词：预制装配式建筑；高层住宅；设计要点
引言
随着我国建筑行业的快速发展以及科学技术的不断进步，预制装配式建筑作为一种节能环保、工期短、质量有保证的新型建筑形式，逐渐替代传统的建筑形式，在高层住宅施工中得到推广应用。而预制装配式建筑设计是否合理直接关系到预制装配式建筑的使用性能及安全。基于此，笔者进行了相关介绍。
1.装配式建筑设计要点
装配式建筑在实际建造过程中会受到诸多因素的影响，其中装配式建筑设计不同于传统现浇混凝土结构的建筑设计方式，装配式建筑设计的要求更加全面化、精细化和综合化。从项目开始立项就需要技术策划，促使后期的建筑设计过程中通过模数化使得多数部品、构件与建筑之间能够统一协调，工厂生产预制构件和信息控制技术使得每个构件的信息都能有处可寻。总体来说装配式建筑需要建筑设计与工厂之间、土建施工单位、内装潢单位要相互协同（图1）。
（1）技术策划阶段：装配式建筑设计过程中，前期的技术策划阶段至关重要，设计需要充分考虑项目定位、建设规模、预制率要求，成本核算及其他重要因素，制定相应合理的建筑方案，提高预制构件的的标准化程度，可为降低总体成本提供有利前提。
（2）方案设计阶段：在技术策划阶段之后，根据结果初定装配式建筑的平面功能划分、立面效果及剖面设计，以保证装配式建筑能有效使用。在方案阶段除了满足建筑功能性要求之外，应考虑建筑成本经济合理性，坚持预制构件的少规格、多组合的原则，为后期初步设计阶段奠定基础。
图1装配式建筑建设流程
（3）初步设计阶段：初步设计阶段需各专业协同设计，细化落实各专业在建筑位置的合理性、经济性和可行性。按要求确定结构的现浇层数、水电暖各专业的管线埋置位置。根据工程项目指标，确定各栋建筑的预制率要求，根据每栋预制率的要求，初定各栋建筑的可选预制构件的位置，划分合适预制构件，通过预制率计算比对不同预制构件方案。
（4）施工图设计阶段：施工图设计是以初步设计为基础，结合厂家生产能力深化构件设计参数而形成的技术文件。
（5）构件加工图设计阶段：根据建筑功能要求和结构对受力性能要求及节点连接设计，深化构件加工详图。
（6）内装修设计阶段：装配式建筑的装修应当充分考虑建筑、装修及部品一体化原则，以达到经济、节能、低碳环保等要求。
1.1平面设计要点
装配式建筑的平面设计除满足功能要求，还应采用标准化设计方法提升建筑品质和建设效率及控制建造成本。任何一个建筑平面设计应符合总体规划要求，同时配合装配式建筑施工现场要求，预留预制构件宽阔的运输通道、吊装场地和堆放场地。在场地空间不足的情况下，应尽早结合平面设计合理组织施工，为吊装和施工预留施工操作空间。
装配式建筑的设计需要总体设计思想，不仅考虑当前空间使用尺寸，还需考虑建筑全寿命周期空间的灵活调整，使得建筑在不同时期有不同的需要，因此《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1-2014 第5.2.1 条提出建筑宜采用大开间、大进深的平面布置，这有利减少预制构件的数量和种类，提高生产与施工的效率，节约造价。大空间设计一般按照建筑单元空间设计，根据合理的受力特点设计相应的结构预制构件，可满足构件的模数协调原则，这样有利于建筑中预制构件的归并和生产的便捷。
装配式建筑设计对平面形状和体型有严格的要求，首先要满足建筑结构的安全性能和抗震要求。装配式建筑节点连接介于刚接与铰接之间，因此其整体性不如现浇混凝土结构，因此平面设计的装配式建筑规则性越好，其抗震性能越好，越安全。与此同时，装配式建筑平面越规整，则预制构件的种类越少，则对降低建造成本越有利。在建筑设计过程中，宜减少不规则的建筑平面，避免不规则建筑对结构的抗震设计要求。
1.2立面及剖面设计要点
《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1-2014提出建筑外墙设计应满足建筑立面多样化和经济美观要求。因此装配式建筑需采用多样化设计，避免造成单调乏味，利用装配式建筑自身特点，通过标准套型的多样化、组合灵活性和工厂生产预制构件色彩机理的多样性实现不同风格的建筑。立面设计过程中通常采用方法有：1、平面组合的多样化；2、建筑群体的多样化组合；3、利用立面构件的光影效果，改善单体效果；4、利用门窗的大小和布局组合的多样化；5、利用外墙装饰材料多样性；6 立面分格和预制构件组合设计。
装配式建筑的立面是预制构件和部品组合装配的集成体，立面设计依据于平面设计的规则性和技术策划的要求。设计时可采取集成技术、减少构件种类降低建造装配式建筑的成本，多样化的组合达到立面效果丰富的目的。部分预制的装饰构件应设计较为简单，以实现建筑立面整齐统一，简洁精致的建筑特点。
立面上的门窗设计也是组成立面的重要部分，如何在保持采光、通风、防火和节能要求前提下遵循模数协调原则，门窗洞口优先选择门窗洞口尺寸的相关规范，减少规格数量，减少门窗的种类，就是减少预制构件的种类，也使得工厂能够批量生产，现场预制构件安装较为容易，提高预制构件之间的连接质量洞口位置处的预制构件受力情况，保证预制构件受力合理性和安全性。门口窗洞的位置同时要考虑方便预制构件的生产和吊装。例如转角窗的设置，对整体结构抗震极为不利，并且在生产环节和连接过程中较为困难，因此装配式剪力墙结构尽量避免设计转角窗。对于装配式混凝土框架结构中的预制外挂墙板上的门窗，需综合考虑外挂墙板的尺寸与门窗尺寸，安装便捷程度和墙梁或墙板连接的合理性。在保证门窗的布置合理性的同时，丰富窗户多样性，立面效果也较为丰富。
装配式建筑的外墙饰面材料的选择应结合装配式建筑的自身特点，考虑经济性原则和绿色建筑的要求。预制外墙板饰面由预制构件厂加工完成，饰面构件的质量、效果及耐久性要大大的优于现场作业 。预制混凝土外墙处理宜选用彩色混凝土、清水混凝土及带图案装饰的混凝土，不同质感和多样色彩可满足立面设计多样化要求。饰面材料应采用反打工艺与外墙板制作成型，可减少现场的施工工序，则能保证其质量及使用寿命。
装配式建筑的立面分格与预制构件组合的接缝应协同统一。众所周知，装配式建筑的预制构件生产需考虑生产企业自身的条件，结合现浇节点及外挂墙板受力点位，综合立面样式要求，选择恰当的建筑装饰材料，设计好外墙立面分格，确定外墙墙板组合模式。立面构成要素本身具有一定的建筑功能，如外墙、阳台、空调百叶和外围护栏杆，高层建筑应当避免大量使用装饰性构件，特别是与建筑有着不同生命周期的装饰构件。
1.3建筑设计协同
预制装配式建筑规模、布局最终要符合结构的抗震设计要求和原则。预制构件的设计遵循的原则包括多钟组合、方便施工、减少规格等。建筑的竖向构件的连接应该直上直下，门窗洞应该从上到下对齐排成一列。预制装配式建筑应考虑公共区域垂直管井，横向管线的设置应该相对集中减少交叉，避免管线水平布置。在公共区域的水、电和暖通专业的管线布置应在预制构件中预留相应位置，保证室内装修设计、建筑结构和机电设备管线形成有机整体。
图3 叠合梁与叠合板连接示意图
a-叠合梁与预制柱边节点示意图
b-叠合梁与预制柱中节点示意图
图4 叠合梁与预制柱节点示意图
装配式建筑在前期就应结合各专业密切配合，对预制构件的制作的可行性、经济性及安装要求作出协同的策划。方案阶段根据技术策划要点做好平面设计、立面设计及剖面设计。平面设计在保证使用功能基础上，通过模数协调，围绕提高模板使用率和提高体系集成度进行设计。立面设计需考虑墙板的组合设计，依靠装配式建筑的特点实现立面个性化和多样化。
依靠协同设计实现建筑的模数化、标准化、系列化和功能合理。初步设计阶段，结合各专业工作进一步优化和深化，确定建筑的外立面方案及装饰材料，墙板组合设计方案结合立面方案调整需要的立面效果，在预制墙板上开始考虑强弱电箱，预留孔洞和预埋件。经综合评估分析成本因素对最终的实施技术方案的影响，确定施工图阶段的技术路线。
（1）初步设计阶段通过优化和深化，实现预制构件的标准化和连接节点的标准化设计；
（2）确定最后的装配率与预制率。
（3）按照总平面图确定场地内构件运输、存放、吊装等设计方案。
（4）建筑与结构专业对连接节点部位从结构、防水、防火、隔声和节能等方面进行研究；
（5）根据外墙的装配方案，进一步确定预制外墙饰面做法；结合节能设计，确定外墙保温做法；
（7）考虑塔吊吊装能力，吊装距离等方面，对预制构件尺寸进行优化设计；
（8）从预制构件生产可行性、生产效率和运输效率对预制构件进行优化设计；
（9）施工现场的预制构件的安装安全性、便捷性和施工效率方面对构件进行优化设计。
施工图设计阶段对各专业和建筑部品、装饰装修及构件厂生产商加强配合，做好构件组合设计和实现预制构件的深化设计图。
（1）预制外墙板选用耐久性好的材料、不易受污染的材料，并采用反打工艺，立面分格宜结合材料标准尺寸进行统一。
（2）预制构件设计宜选择较为合适的建筑保温材料；
（3）与门窗生产厂家协同设计，确定预制外墙板上的门窗安装、防水和防渗漏措施；
（4）与水、电和暖通专业的进行协同设计，确定各专业的预埋管线和预留洞口；
（5）建筑设计和结构设计应体现管线集中位置处，并按照要求做好预留预埋；
（6）穿越预制墙体和梁的管道应预留套管，穿越预制楼板的管道应预留洞口，安装在预制外墙板上的管线应在工厂安装预埋固定件。
2.节点设计
构件间连接通常有多种形式，如干式连接、湿式连接等。连接节点的设计是将各个构件连接融为一体，并为结构提供整体性、刚度和延性。国外对节点连接都进行足尺的震动试验，以混凝土强度等级、节点配筋率和节点钢筋绑扎形式等因素对节点的抗剪强度和节点延性的影响。因此在节点设计时应考虑两个重要原则，一、装配式混凝土结构节点应能提供必要的承载能力，即满足强节点弱构件的设计理念；二、连接节点必须要有一定延性，即滞回性能良好。因此节点设计时需考虑细部构造特点要求满足相应的规范要求和延性要求。
2.1叠合板间的连接
叠合板是由底部预制混凝土板和上部施工现场现浇混凝土相结合的一种结构板形式，预制板和上部的现浇板混凝土通过一定连接方式形成一个共同工作的整体。江苏省积极推广“三板”（即：叠合板、楼梯板和外墙板）在住宅工程项目中的应用，其中叠合板应用较为广泛。叠合板之间的拼接通常采用预留钢筋形式，叠合板与叠合板之间通常预留现浇连接间距，叠合板两侧一般进行着毛处理以保证叠合板之间的整体性（图2）。对于预制构件与现浇部分的连接一般采用预留钢筋的形式进行连接。
2.2叠合板与叠合梁连接
叠合板在传力方向上将所受面荷载传递到相邻的叠合梁，则叠合板的下部分布钢筋伸入叠合梁的长度不小于5d 且不低于100mm（图3），在单向板主受力垂直方向上，下部钢筋可不伸入梁内，但与叠合板的现浇上部分需要采用相同配筋面积的钢筋进行补强。
2.3 叠合梁和与预制柱连接节点
当强地震来临时，梁柱节点的强弱将决定塑性铰出现的位置，构件应先于节点进入破坏，梁先于柱进入破坏是合理的设计。叠合梁与预制柱之间节点通常采用现浇方式，叠合梁预制段钢筋在节点区域可以采用机械连接、焊接或弯折锚固方式。叠合梁与预制柱通常在节点处做成凹凸剪切键以增强节点的承载力和延性性能（图4），也可以将节点现浇部分采用高一强度等级的混凝土。针对梁柱节点钢筋较密节点，可采用高性能自密实混凝土，以保证节点混凝土填充密实，从而做到真正的强节点。
3.结语
综上所述，传统建筑工程施工具有周期长、效率低、环保效益差等弊端，而装配式建筑能够有效消除上述弊端，在建筑行业中得到了推广。在预制装配式建筑设计中，设计人员要充分掌握预制装配式建筑设计要点，对其节点进行合理的设计，从而确保装配式建筑结构的合理性，保障建筑的质量和安全。
参考文献
[1]预制装配式建筑设计要点解析[J].赵中宇,郑姣.住宅产业.2015(09).
[2]预制装配式建筑设计实践及相关问题的探讨[J].范桂清.低碳世界.2016(20).
[3]预制装配式建筑的设计要点分析[J]. 宋竹.住宅与房地产.2016(06).
论文作者:谢立锋
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/23
标签：建筑论文; 预制构件论文; 叠合论文; 节点论文; 构件论文; 立面论文; 组合论文; 《防护工程》2018年第2期论文;