分析预制装配式建筑结构体系与设计

易霞刚

摘要：针对目前预制装配式建筑结构体系设计过程存在的问题，本文从实践角度出发，分析了预制装配式建筑结构体系的建设现状，并提出了优化控制策略。结果表明，只有与工程建设要求和规范标准结合起来，才能使结构体系设计效果充分发挥出来。

关键词：预制装配式建筑; 结构体系; 结构设计; 节点;

预制装配式建筑，作为实践建筑业可持续发展道路的关键。但在工程建设阶段，结构设计易受构件安装复杂性以及市场环境多元化发展等问题限制，而使建筑结构性能效果无法充分发挥出来。为解决这一问题，相关人员应对结构体系的建设现状进行分析，以确定结构体系设计优化的方向与关键点。这样一来，预制装配式建筑结构设计工作就能以高效率、稳定性状态作用于实践，进而满足对建筑物节能环保效果与经济效益目标提出的需求。

1 研究预制装配式建筑结构体系与设计的现实意义

预制装配式建筑，因具有稳定性较高特点，所以，越来越多地运用于建筑行业。是建筑业实践可持续发展道路的关键。然而，在实际建设过程中，因对此课题研究起步较晚，使得现有设计标准与相关政策无法完全囊括预制装配式建筑的结构体系设计。究其原因，结构工程师并未将相关设计理念认识到位，在一定程度上阻碍了此类建筑结构设计的快速发展。为此，相关建设者应对预制装配式建筑结构体系建设现状进行分析，以为后续设计优化工作开展提供方向与依据。如此，预制装配式建筑结构体系的设计，就能以科学合理状态作用于实践，继而推动建筑行业的健康稳定发展。

2 预制装配式建筑结构体系的建设现状

对于民用建筑而言，可供结构设计选择的预制装配式结构型式很多。如，多层或是低层住宅建筑，可从木结构、钢结构、轻钢-钢筋混凝土结构以及新型普通钢结构等型式中进行选择。从建设实践角度来看，预制装配式建筑形式分为两类：（1）预制装配式钢结构，其建设材料是钢材，包含钢柱与钢梁等;（2）预制装配式混凝土结构，其建设材料为混凝土，工程在完成混凝土构件加工预制后，通过将相关构件运输至作业场地。

然而，预制装配式建筑结构体系设计包含建材选择、总体设计以及装配施工、验收等工作环节，增加了设计质量控制工作的开展难度。其中，最为关键的构件连接技术具有复杂特点，即使采用同一结构布置，不同连接技术最终产生的结构力学与抗震性能也存在差异。为此，研究人员应从科学技术角度出发，通过将现有体系设计技术利用起来，以降低预制装配式建筑结构体系设计工作的开展难度。

3 预制装配式建筑结构的体系与设计优化

3.1 明确结构体系与抗震性能关系

研究人员提出的装配式整体预应力板柱体系，可分为整块板与多块板，后者，不仅能够减少预制板尺度与重量，还可为吊装作业提供便利。相关人员需在安装构件过程设置斜撑来提高预制装配式建筑结构体系的稳定性。在抗震性能方面，由于预制装配式混凝土结构仅与受力构件刚度、节点刚度有关，因此，抗震性能与设计控制关系应从节点类型入手。

具体来说，因节点不同，预制装配式混凝土结构可分为三种，即干式连接铰接连接节点、柔性连接节点以及湿式连接刚性连接节点。其中干式连接节点无转动刚度，只适用于承担竖向载荷，无需考虑抗震设防且风压小，主要用于低层建筑。柔性连接节点，处于铰接连接节点与刚性连接节点之间，虽存在转动刚度，但缺乏取值依据。湿式连接刚性连接节点，其转动刚度与现浇混凝土梁柱节点接近，所以，在力学性能上与现浇混凝土框架结构相似，适用于所有预制装配式建筑结构。由于不同节点型式的刚度与能耗性能存在差异，因此，结构设计需针对节点连接技术设计相应的力学与抗震性能。

3.2 结构体系设计优化

预制装配式建筑结构设计人员应根据节点型式来进行划分，以为后续清晰的结构概念、计算简图提供依据。对于干式铰接结构、湿式刚接结构以及柔性连接结构来说，均属于基本预制装配式混凝土结构体系类型。还有混合连接结构，其会受到结构力学性能、抗震性能、施工场地便捷操作情况以及造价成本等因素影响，但因全面性更高，是未来预制装配式混凝土结构体系设计的重要内容。值得注意的是，虽然划分方法存在差异，但还可统一划分。如预制装配式混凝土框架结构，也可划分为干式铰接结构、湿式刚接结构以及柔性连接结构。因此，从结构体系差异来看，设计工作开展并不会受到影响。

3.3 建筑结构设计优化

设计工作按照既定规范标准开展过程中，应注重以下问题要点：

（1）将工程质量提升与改善环境作为设计目标，打破以往追求经济性设计思路，转而追求结构性能与技术先进性，以实现长远经济的预制装配式建筑结构设计目标。

（2）培养工程设计人员的结构概念与力学知识，以使预制装配式结构技术的运用要点知识能够真正作用于实践。

（3）建筑结构设计适用性控制，由于预制装配式混凝土结构的设计特点在于构建质量好、安装施工便捷，应控制好现浇刚性节点与叠合技术的运用数量，以避免结构优势发挥受到影响。低层建筑虽受竖向荷载影响，但不会受到抗震性能影响，可选用全铰接框架结构，来将预制装配式建筑的优势充分发挥出来。如需考虑抗震设防的低层结构，应设计选用铰接为主的框架结构，即混合连接结构。此过程，应对刚节点数量控制在位移1/550，或是运用柔性连接结构。小高层结构，应以铰接+刚接以及耗能减震元件组合形式，来使结构除了基本功能外具备良好的抗风抗震性能。而高层与超高层结构，预制装配式结构设计应将抗侧力构件确定为现浇混凝土。此外，确定结构设计方案时，应结合预制装配式建筑的特色与实际建设情况，通过预防过度使用，来控制造价成本。

（4）設计方法优化，对于混合连接结构体系来说，其结构设计工作应综合采用三种设计方法：（1）设计干式铰接节点构件过程中，应对杆端设置弯矩。这里的杆端箍筋只需按照斜截面承载力进行计算设计，无需考虑加密箍筋与延伸设计工作。当工程处于水平地震作用下，其受力边柱会以轴力形式抵抗地震影响。所以，柱子结构的承载力设计应考虑抗震调整系数，来提高科学合理性;（2）柔性连接节点，应按照既定规范标准进行刚度降低系数确定，并与构造实际情况进行结合，来提高取值的可靠性;（3）耗能减震产品，应根据现行抗震规范与技术规程进行规范化设计控制。

4 结束语

综上所述，预制装配式建筑结构体系的设计优化，应在明确结构体系与抗震性能关系情况下，对体系与结构设计进行科学合理设计。即根据预制装配式建筑结构体系，来确定相应的设计控制方法。以小高层结构为例，预制装配式建筑结构设计，应以铰接+刚接以及耗能减震元件组合形式，来使结构除了基本功能外具备良好的抗风抗震性能。事实证明，只有掌握预制装配式建筑结构体系的建设现状，才能对结构体系进行优化设计。故，相关人员应将上述分析内容与科研结果更多地作用于不同建设要求与结构环境的预制装配式建筑，以促进建筑业的健康稳定发展。

参考文献

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