装配式建筑的结构设计优化探讨

装配式建筑的结构设计优化探讨

建筑业迅猛发展，装配式建筑的研究和运用也越来越多。采用预制装配式混凝土结构，可以有效节约资源和能源，提高材料在实现建筑节能和结构性能方面的效率，减少现场施工对场地等环境条件的要求，减少建筑垃圾和对环境的不良影响，提高建筑功能和结构性能，有效实现“四节一环保”的绿色发展要求，实现低能耗、低排放的建造过程，促进我国建筑业的整体发展，实现预定的节能、减排目标。

标签：预制装配式建筑；结构设计；优化设计

1、引言

随着新建筑技术和材料的不断发展，预制装配式建筑获得了广泛使用。在很多建筑行业较为领先的国家里，预制装配式建筑在长期试验和使用中，已经具有了很多能够进行高度集成的功能。预制装配式建筑改变了传统建筑模式，是一种新型的建筑模式，更能够顺应建筑市场的需求，加快建筑施工速度和整体性，并且建筑模式和构件也较为精致。我们国家建设需求大、速度发展快，因此开发预制装配式建筑还是有着积极意义，

2、结构设计优化

2.1 结构中设计优化技术的内容

对装配式建筑进行结构优化设计，需要对装配式建筑有足够的了解，首先了解三个定义：（1）装配式混凝土结构，是指由预制混凝土构件通过可靠的连接方式装配而成的混凝土结构，包括装配整体式混凝土结构、全装配混凝土结构等。在建筑工程中，简称装配式建筑；在结构工程中，简称装配式结构。（2）预制装配率，是指装配式建筑中，符合《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）適宜采用预制构件的部分，使用的预制构件混凝土体积所占适宜部分内全部构件混凝土体积的比例。预制装配率=预制构件混凝土体积÷全部构件混凝土体积。（3）预制构件，是指在工厂或现场预先制作的混凝土构件，如梁、板、墙、柱、阳台、楼梯、雨棚等。在装配式建筑进行结构设计过程中，主要优化的设计内容有：确保建筑功能，满足施工技术以及设计要求的前提下，还要对设计中可能出现的问题加强考虑。在科学合理的情况下，完善结构设计工作，通过充分发挥建筑材料本身的性能，以实现各个构件以及各个环节设计的相互配合，优化结构设计，达到建筑结构的优化。降低建筑工程成本，协调建筑的整体性，增强建筑結构经济性。结构设计优化使得建筑的设计方案、结构方案的选择更为科学化、合理化；在保证建筑结构的安全性能和抗震性能的前提下，优化建筑结构设计对有限的资源进行合理的利用，使建筑工程经济效益最大化，更便于施工、节省建筑施工预算，使优化后的建筑更安全、实用、经济、美观；提高建筑结构设计者的专业优化设计水平。

2.2 将结构方案的选择进行优化

设计装配式建筑的时候，其主要的前提条件就是结构方案的选择。结构设计中本身不存在“唯一解”，选择不同的结构体系可能对建筑物的安全性和经济性带来很大的影响。设计人员在对结构方案确定之前，要以具体的工程的实际情况为基础，通过各专业间相互充分沟通协调、多种结构设计方案进行深入的对比、建筑材料的使用效率以及施工工艺的成本等各个方面进行有效的融合、与建设方各层面的沟通协调，这样选定出来的方案才更专业、更完美、更优化、更具有全面性，达到建筑的经济效益与社会效益最优化，使工程建设得到顺利的开展。

2.3 控制预制构件部位及拆分

设计装配式建筑的过程中，应严格控制预制构件的部位及拆分。控制预制构件的部位应考虑选择在结构受力最小处设置连接节点，对预制构件进行结构设计在满足对持久设计状况、对地震设计状况、对制作、运输和堆放、安装等短暂设计状况下，应对预制构件进行承载力等结构设计验算，在均满足设计及规范要求的情况下进行优化。对预制构件进行正确、合理的拆分，对预制构件的尺寸要求少规格种类、多种组合即可以合理节省模具费用，简化预制构件的施工，又可以提高构件利用率，有效的节约资源，避免施工时的满堂脚手架和吊装设备的搭建，可节省建筑造价。对预制墙板进行科学的布局，要求在满足各专业要求的情况下，满足实用、经济、美观合理的技术要求，综合建筑对预制墙板的功能和性质进行科学合理的布局，从而有效的提高建筑的质量。

2.4 优化预制构件节点

装配式建筑的结构设计的重点是预制构件连接节点的选型和设计。连接技术是装配式混凝土结构中最为核心的技术类型，虽然这一应用技术是通过连接作用满足施工需求的，但是连接部件却具有一定的应用优势，不仅能够起到良好的衔接作用，使其内力得以传递，与此同时其刚度特性也能够充分体现。在我国以及外国针对钢筋连接技术做出了更加多元化的技术研究，先后也出现了各种各样的连接形式。由于区域位置及施工需求之间存在一定差异性，这就使得我国各个地区所应用的主体连接技术各不相同，通常情况下灌浆套筒连接技术的应用频率较高，其优势特征也更加趋于明显。连接节点的选型和设计应注重概念设计，并通过合理的连接节点与构造，保证构件的连续性和结构的整体稳定性，使整个结构具有必要的承载能力、刚性和延性，以及良好的抗风、抗震和抗偶然荷载的能力，并避免结构体系因偶然因素出现连续倒塌。概念设计在建筑结构设计中进行应用主要目的在于提高建筑物的抗震能力，应用在建筑物的抗震性设计当中，如果建筑物抗震性能差，在发生地震时则会造成重大的损失，因此，建筑结构设计中的抗震优化设计就显得尤为重要。然而发生地震的随意性是非常大的，不同地区的地震等级、破坏能力等都是不同的，这就给建筑结构设计中的抗震设计提出了更高的要求，相关数据的计算难度也非常大。概念设计是“综合考虑决定抗震性能的各种因素和造价因素，选择抗震性和经济性最强的方案。”因此，在建筑结构设计中的概念设计优化技术的应用能够大大提高房屋建筑的抗震能力。装配式建筑结构采用“等同现浇结构”的设计理念，预制构件与现浇混凝土接合部位的连接

对结构安全性至关重要。节点设计既要充分考虑预制构件的生产、施工的方便，同时必须采用合适的连接技术来保证接合部位有效的应力传递。

3、结束语

预制装配式建筑是近年来新兴的一种建筑，虽然它的发展时间不长，但是其发展速度非常快。预制装配式建筑是未来建筑行业发展的方向，也指出了未来建筑行业的研究方向。以我国目前社会环境的发展现状来看，预制装配式建筑有着非常巨大的发展空间。随着社会的不断发展与变革，建筑行业也在进行着求新求异的探索。预制装配式建筑作为一种新兴产物，符合建筑行业发展和环保要求的不断提升，它可以缓解经济发展、环境污染、人口住房等压力。因此，它越来越受到建筑行业的重视，并且有着良好的发展前景。

参考文献：

[1]黄小坤，田春雨.预制装配式混凝土结构研究[J]. 住宅产业，2010（9）：28～32.

[2]JGJ1-2014，装配式混凝土结构技术规程[S].

[3]浅谈我国装配式建筑的发展方向[J]. 林楠.江西建材.2015（20）.

[4]装配式建筑发展研究[J]. 于龙飞，张家春.低温建筑技术.2015（09）.