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装配式建筑的结构优化设计分析

379 2020-12-15 17:42:53

近年来,随着城市化进程的推进,逐渐加大了对建筑的需求,尤其是装配式建筑受到广泛关注,尽管国家政府已经出台了政策,明确了装配式建筑设计标准,但由于相关工作人员对设计理念的了解并不透彻,并没有充分发挥装配式建筑结构应有的作用。因此,本文将从装配式建筑基本情况入手,重点分析与研究装配式建筑结构体系与设计要点。

装配式钢支撑

装配式钢支撑

一、装配式建筑结构体系

1.1、种类划分

对于装配式建筑来说,拥有多种类型,按照形式划分有剪力墙形式、框架与核心筒形式、框架与剪力墙形式等;按照高度划分有多层混凝土式、高层混凝土与低层混凝土式。在我国应用最多的装配式建筑结构形式为剪力墙结构,但在商场等建筑项目中多采用框架式。


1.2、抗震性能

在自然灾害频发的今天,任何建筑最重要的一点莫过于具有良好的抗震性能。通过研究可以发现,装配式混凝土建筑结构大致可以分为两种,一种是全装配式;另一种是半装配式,无论哪种装配形式,其装配程度的高低不会影响到建筑整体刚度,能够影响结构刚度的只有受力构件刚度与节点刚度,如果它们的刚度不达标,那么在地震等自然灾害发生以后,建筑使用者的安全将受到极大威胁,因此,应提升受力构件与节点刚度。同时,在装配式建筑中有多个节点形式,不同结构刚度所带来的影响也不会不同,尤其是抗震性能存在一定差异,所以,在装配式建筑结构体系设计过程中,应加强与现实情况的联系,提升建筑结构的抗震性能。

装配式建筑的结构优化设计分析

二、装配式建筑结构的设计要点

可行性、使用性是装配式建筑结构设计的关键点。同时,在设计中首先必须注意在确保建筑物功能性和安全性的前提下,通过专业、标准、精细的设计,充分发挥建筑设计的优越性,注重能源的损耗,为人们提供一个安逸舒适的建筑环境。将建筑物的结构高度、不规则度及结构复杂度控制在合理范围。建筑设计在进行初步设计过程中必须充分考虑建筑材料、结构体系、结构布置、各参数等,对多种设计方案从可行性、经济性等方面进行充分比较,获得最优设计方案。另一方面,根据国家相关标准,对结构设计进行精确计算,保证在建筑过程中对风险处于可控范围。


三、装配式建筑的结构优化设计分析

3.1、设计流程优化

装配式建筑在考虑功能性需求的同时还需要关注结构设计对工厂化生产及装配式施工的影响。装配式建筑的设计需要涵盖整个过程,从构件生产到运输、装配,对建筑物的要求都非常严格。在设计阶段,对构件设计、拆分等方面需要做好优化工作,保证装配式构建在设计、生产、施工过程中的紧密连接,形成完整的工艺流程;在图纸设计方面,以方案的可行性作为前提,细化设计建筑物装配结构的各构件,优化预制构件生产工序,降低现场管理难度和施工难度,降低施工成本。


3.2、设计体系优化

设计体系优化主要在于建立标准的设计体系。规范建筑户型模块和交通核模块,充分发挥建筑物经济性和功能性要求,降低楼板和外墙的构件种类,使装配式建筑物施工效率大大提高。建筑户型模块方面,在确保室内空间尺寸的精准、合理的前提下,可对室内结构布置、客厅布置及卧室开间布置做适当调整;交通核模块方面,主要对建筑物使用过程中的人的上下通行和物品上下运输(主要包括楼梯、电梯井、走道)、设备的安装布置(主要包括机电管井)等进行规范性设计,使其与板楼、通廊相互搭配更加规范,满足各种客户对房屋的不同需求。


3.3、结构技术体系优化

与现场实际相结合,选择合理的结构技术体系是装配式建筑结构设计优化的关键。所谓结构技术体系是指配整体式的框架结构、叠合剪力墙、装配整体式剪力墙结构等与结构设计有关的技术体系。建筑物的平面部分,在结构技术优化时可采用叠合板、叠合梁形式;建筑物剪力墙采用预制装配式时可采用预制的叠合剪力墙,也可采用双面预制的叠合剪力墙,竖向连接可采用钢套筒连接形式进行。在各构件之间连接时方法较多,连接形式也不固定,具体根据施工需要而定。


3.4、预制构件拆分与控制

在不同项目中装配式建筑结构的预制部位和预制形式不同,需结合具体工程项目而定,一般住宅建筑,首先应该考虑其水平构件的预制技术,主要有楼梯、阳台、预制叠合梁以及外墙保温与装饰等一体化设置,减少外墙脚手架的使用,优化承重墙与非承重墙的设置等。


3.5、预制构件节点优化设计

装配式建筑的设计重难主要在于节点设计,在抗震性、功能性方面对建筑物起着决定性作用。因此,在建筑构件连接处控制所使用的钢筋、套筒、预埋件等的成本,优化节点处的连接方式,保证建筑物具有良好的抗争性能,同时降低施工成本,提高工作效率,达到稳固连接各部件的目的。


3.6、有效利用相关政策

装配式建筑发展处于起步阶段,技术不成熟,因此其发展受到了较大的阻碍,为了鼓励新技术的发展,提高建筑业走向更加绿色环保、低能耗的目的发展道路,政府必须出台一些优惠政策,鼓励企业发展装配式建筑结构,降低装配式建筑结构的建设成本,充分发挥装配式建筑结构的优势。


四、装配式建筑结构设计

4.1、框架结构体系设计

在我国商场建设中应用较多,也是应用力度较大的装配式建筑结构。之所以采用这种结构体系,主要是由于该体系质地相对较轻,便于运输,同时它属于综合性能相对较好的高层框架。在利用框架结构体系的过程中,无论是叠合板还是合梁都会在工厂内部完成,然后利用运输设备将这些框架运输到施工场地,再在现浇处理节点或梁端键槽等方式的作用下完成下一阶段的设计。

为提高框架结构体系装配式建筑的受力能力,在实际设计中还需要关注以下几点问题:第一,强度等级控制。无论是柱混凝土还是预制框架柱底的强度等级至少要达到C30左右;第二,平面设计原则。在设计梁柱中心线的过程中应做到竖向平面相同,且呈现对齐形式,在纵向上也要以对齐为主;第三,预埋件的处理。对于框架结构体系设计来说,预埋件属于不可缺少的一部分,所以,在实际设计过程中应保证处于不同区域的预埋件能够很好的连接在一起,无论是承受轴力还是剪力都处于良好状态。


4.2、剪力墙结构体系设计

第一,设计好承重墙板。承重墙是装配式剪力墙结构体系设计中不可缺少的一部分。为做好承重墙设计,保证建筑质量,需要将承重墙搭建在两侧的山墙上。同时,做好内力计算结果与抗侧力设计。此外,在结构竖向抗侧力设计的过程中,应保证现浇方式能够将竖向主承力钢筋浆锚与连接带组合在一起,并做好抗震设计与连接设计,以便提升建筑结构的整体性,避免出现中断的情况;

第二,控制好钢筋直径与强度。在剪力墙结构体系设计中应保证各个预制构建间的连接性处于良好状态。在实际设计的过程中不仅要确保传力良好,还要提高构造的可靠性。如果发现该结构的抗震能力较差,应适当提升钢筋直径与强度;

第三,注意与现场吊装环境的联系。对于剪力墙结构体系来说,如果在设计中采用的是分块设计,那么在实际设计中应注意与现实情况的联系,如房间构造、拼接位置等。对于竖向接缝的部位,应做到避免应用到暗柱中,且尽量避免在同一个建筑结构中应用多个构件。此外,在实际设计中应严格按照相关要求操作,做好验算,避免出现配筋变形等情况,只有这样才能保证设计合理,满足人们实际需求。


总而言之,我国的装配式建筑近年来发展缓慢主要原因在于其建设成本较高,因此降低装配式建筑物建设成本是其向前发展的关键。企业应该加强管理,建立健全各模数标准、部件产品标准,通过这些标准是个装配式构建统一流水线式工厂生产,降低构建的预制成本。另一方面,在工程实际中要不断对装配式建筑结构设计方案进行优化,改进施工工艺,提高工程质量和效率,降低施工成本,推动装配式建筑的不断创新与发展。