周俊杰 李景阳 杨威 孙广超
中国建筑第八工程局有限公司总承包公司 上海 200000
摘要：所谓装配式建筑，是指采用系统化设计、模块化拆分、工厂制造、现场装配的方式建造房屋，尽可能在工厂进行加工和现场组装设计而成的工业化建筑。装配式建筑能够更好地实现建造质量、施工工期、人工用量和成本方面的控制，此外还能够有效避免传统建造方式下的人工作业误差，减少现场施工产生的能耗和污染。因此，新形势下，加强装配整体式混凝土结构的研究势在必行。
关键词：装配整体式；混凝土结构；设计；应用
1 装配整体式混凝土结构的优点与缺陷
1.1 装配整体式混凝土结构的优点
( 1) 具有工业化生产的优点。在工厂中能够对各种预制构件进行统一性的生产，这样就能够使工厂的集约化以及管理的力度得到充分的利用，进而可以使工业生产的效率得到进一步的提升，还能够对预制构件浇筑方面的质量进行合理的控制。因而，通过工厂中生产出来的混凝土在结构强度以及密实度方面都具有很大的优势。( 2) 便于施工。在施工现场仅需将已在工厂中实现浇筑后的预制构件进行连接、安装就能将其运用在建筑结构的建设中，这样就能够有效减少施工现场的自主浇筑时间，因而能够让工程的施工变得更为方便。( 3) 预制构件的生产质量能够得到大幅度的提升。由于装配式混凝土结构的构建往往都是通过工厂统一的机械化生产而来，这样就能够合理地掌握构建的尺寸与外观，并可以将建筑中的水电管道设置与一次性保温隔热措施等功能进行一种有效结合，因而就可以大幅度地提高结构构件的质量。
1.2 装配整体式混凝土结构的缺陷
( 1) 具有整体性较差的缺陷。由于装配式混凝土结构大都是一种拼接式的结构，其是根据各种构件进行连接与装配而成的，因而整体性较差，需要在对连接点进行设计时做到精确无误差。( 2) 结构设计具有较大的难度。在我国由于现浇筑的混凝土结构有着很重要的地位，因而很多设计师对新型装配式混凝土结构的设计与研究方面相对比较少，在装配式混凝土结构的设计方面也未能形成一套完善的体系与规范，这就导致在结构的设计方面有着较大的难度。( 3) 运输条件受到制约。由于装配式混凝土结构的预制构件通常都是通过工厂的统一生产，然后再送到施工现场进行装配而成的，这就需要使用到多种装备设施以及运送车辆，因而也就使得装配设施的使用成本以及结构的运送成本在无形中变得更高了。因此，必须要对施工现场以及预制工厂之间的距离因素进行充分的考虑，尽可能选择较短距离的路径，进而使运送成本降低。
2 装配整体式混凝土结构设计分析
2.1 预制构件拆分与归并
当初步的设计方案完成以后，需要按照以下几个原则完成预制构件的拆分和归并:1)预制构件拆分之前，设计人员需要与负责同一项目的施工方进行沟通，如果施工方尚未确定，应在业主的同意的前提下，以一般施工水平为准，确定此环节需要考虑的施工条件。譬如，预制构件的吊具及承载能力等等;2) 拆分和归并后的预制构件尽可能地保证截面形状相同，长度方向可自由调整，这是构件拆分时的基本原则;3) 拆分和归并后的预制构件，构件种类要尽量减少，从而减少模板的种类，提高模板使用率;4)了解初步设计方案中各个位置中梁、板、柱的功能和联系，同时应了解预制构件制作方的制作方法和加工精度等内容，以便于制定预制构件的装配方案;5) 应满足运输、堆放、安装及质量的控制要求。依据上述原则，预制构件拆分与归并完毕以后，需要利用整体现浇混凝土框架结构的设计方法进行重新计算，如果计算结果合理，满足现行规范的设计要求，可以进行下一环节，否则，需要根据计算结果，有针对性地调整预制构件的拆分与归并方案，进行再次计算，直至计算结果满足设计要求为止。
2.2 三维碰撞检测
当拆分与归并后的装配整体式混凝土框架结构满足设计要求以后。为了避免施工过程中，预制构件的装配不能顺利进行，特别是预制构件外伸的钢筋发生彼此碰撞，应当在装配整体式混凝土结构的设计过程中增加三维碰撞检测环节。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆随着 BIM(Building Information Modeling) 技术的不断发展和大力推广，空间可视化设计有了强有力的技术支持，因此也使得装配整体式混凝土结构构件之间的三维碰撞检测变得简单易行。装配整体式混凝土框架结构的三维碰撞检测可以采用 Autodesk Revit Structure和 Autodesk Na-visWorks进行。
(1)Autodesk Revit Structure 和 Autodesk Navis-WorksRevit Structure 是一款专门为结构工程师提供结构设计与出图的强大工具，它将多材质的物理模型与独立、可编辑的分析模型进行了集成，可实现结构建模和结构文档的准备，并为常用的结构分析软件提供双向链接，它通过参数驱动模型即时三维呈现结构工程师的设计，实现在施工前对建筑结构进行更加精细的可视化设计。它可以通过协同工作跟建筑师、水暖工程师进行多专业协调工作;“一处修改，处处更新”的理念，最大程度地减少了项目设计变更中的失误，极大地提高了工程师的设计效率(图1)。Autodesk NavisWorks 能够再现设计意图，制定详细的四维施工进度计划，实现施工项目的可视化。在项目动工之前，设计人员即可在真实的环境中体验所设计的项目，实现冲突检测，并提供审阅解决方案，提高施工文档的一致性、协调性和准确性，简化贯穿企业与团队的整个工作流程，帮助减少浪费、提升效率，同时显著减少设计变更，更加全面地评估和验证所用材质和纹理是否符合设计意图。
(2)三维检测方法，三维碰撞检测时，首先应该利用 Autodesk RevitStructure 软件进行三维建模，然后利用 Autodesk Na-visWorks 软件中的“Clash Detective”模块进行三维碰撞检测。Autodesk Navisworks 中的 “Clash Detective”工具可以有效的识别、检查和报告三维项目模型中的碰撞，有助于降低模型检测过程中出现人为错误的风险。三维碰撞检测的具体步骤如下:1) 从批处理中选择需要进行的测试项目;2)根据检测要求设置碰撞检测的规则;3) 选择要在碰撞检测中包括的所需项目，然后设置检测类型选项;4) 查看三维碰撞检测结果;5)对碰撞检测的结果进行排序，以表格的形式列出碰撞检测结果，进而根据使用者需求，选择指定的格式生成碰撞检测报告。
2.3 预制构件深化设计
预制构件的深化设计是装配整体式混凝土结构设计过程中最为重要的一个环节。预制构件深化设计的深度应满足建筑、结构和机电设备等各专业以及构件、制作、运输、安装等各环节的综合要求。深化设计阶段主要分三个阶段，即钢筋组装图设计、模具图设计和吊装图设计三个环节。(1) 钢筋组装图设计预制构件的深化设计图本质上是钢筋的组装图。本环节需要对每种类型的钢筋进行编号标示，且保证编号唯一。(2)模具图设计钢筋组装图设计完成后，设计人员需要根据预制构件的尺寸及配筋完成预制构件模具图;根据预制构件的装配方法完成预制构件装配模具图。模具设计过程中，必须要对模具的强度、刚度以及稳定性进行计算，以防止构件制作过程中水泥砂浆从预制构件面和模板的连接面处溢出，同时应保证模具和构件连接紧密和混凝土的养护。当预制构件装配模具图设计时，由于后浇混凝土在连接部位使用的混凝土量较少，对模具的侧面压力也较小，设计时，可以适当对模具的强度和刚度进行折减，但必须保证浇筑混凝土时模具不能发生移动或者膨胀。(3)吊装图设计吊装图设计是装配整体式混凝土结构设计中的一项重要环节。本环节主要包括竖向构件的吊装设计和水平构件的吊装设计。在具体设计过程中需要考虑以下几个因素:1)吊具的种类和承载能力;2)预制构件上的吊环对预制构件的运输和装配的影响;3) 预制构件的堆放和运输。
结语：
随着我国城市化进程的不断发展，之前在建筑施工中存在的诸如建筑材料使用的不科学、结构的应用不稳定等现象已经得到了有效的改善。为了使其得到进一步的完善，我们应当充分使用装配式混凝土结构，并对其进行优化设计，进而使我国建筑的施工与设计水平得到大幅度的提升。
参考文献：
[1]张新娜．装配整体式混凝土结构设计与应用［D］．河北工程大学，2013．
[2]刘佳．基于住宅产业化的预制装配整体式混凝土框架结构的研究与应用［D］．西南交通大学，2014．
[3]杨旭，李晨光，邓思华等． 装配整体式混凝土框架结构设计方法研究［J］．土木建筑工程信息技术，2014，6( 2) : 53 －55.
论文作者:周俊杰,李景阳,杨威,孙广超
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/27
标签：预制构件论文; 混凝土论文; 混凝土结构论文; 整体式论文; 构件论文; 结构论文; 模具论文; 《建筑学研究前沿》2018年第21期论文;