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預制裝配式建筑設計常見問題及解決方案

編輯:中陽研砼 瀏覽: 發布時間:2019/12/10 16:12:10

21世紀,綠色低碳、節能環保、健康生態、可持續發展等新理念,對建筑工程施工建造方式提出了升級換代的新要求,并將對建筑發展產生巨大的影響,預制裝配式建筑可以滿足新形式下,對建筑設計、構件制作、施工建造等方面的更高層次的要求,做好預制裝配式建筑將對住房傳統的建造方式和生產方式產生深刻的影響。

從大的方面講,預制裝配式建筑設計應遵循通用化和模數協調原則,以設計標準化為理念,使得建筑設計工作系列化、標準化、模塊化,可以大幅度提高設計效率。

近幾年,隨著房地產行業的發展,不少開發企業根據項目積累的經驗,結合我國南北方氣候條件、住宅居住使用習慣及市場戶型需求,在建筑標準化設計方面進行了不少有益的探索,并建立各自企業的標準化戶型庫。這些標準化戶型是按照以前的建筑建造方式采用的傳統現澆工藝進行設計的,與當前裝配式建筑的工業化生產方式有較大不同,因此房地產企業在開發預制裝配式建筑項目時若按傳統方法進行建筑設計,必然會出現設計與工藝不匹配的問題,導致設計質量不高,進而導致工程效率降低,成本上升。

本文將著眼于預制裝配式建筑拆分設計過程中常見的問題進行探討,并結合以往具體項目的拆分設計經驗提出解決方案,以期對當前的裝配式拆分設計有所裨益。

 

一、 平面設計常見問題

1、平面分隔不規則

傳統現澆施工工藝條件下的標準戶型,由于更多地考慮的是單個房間的使用功能,因此單戶套型內的各個房間為了滿足使用空間的要求往往各自用墻板進行分割圍合形成房間,導致平面戶型出現功能房間組合后的墻體錯位不規整連接和主次梁交叉搭接等情形較多。

預制裝配式建筑的疊合樓板是在墻肢和結構梁模板組裝加固后吊裝安放在墻模和梁邊進行支承的,建筑平面若過多出現墻體錯位連接和主次梁搭接,往往由于墻柱、墻梁連接節點需要采用現澆連接方式可保證結構安全,而導致樓板被拆分的很零散,樓板形狀不規整且尺寸規格眾多,進而導致樓板模具數量增多,模具成本明顯上升。

解決方案:調整建筑平面各房間,盡量使得房間開間、進深滿足模數要求,使得建筑平面的主軸線上的墻體可以基本對齊,若開間尺寸模數能夠實現歸化整合,則可以使得構件尺寸規格數量明顯減少。

 

傳統現澆建筑平面

 

調整后預制裝配式平面

 

2、建筑體型小尺寸凹凸

日常的建筑平面設計,為了使建筑立面不顯得單調,往往在進行單體平面設計時在相鄰開間做出小尺寸凹凸設計,尺寸往往僅有700~800mm。由于考慮到預制構件的成型率,要求構件最小寬度不應小于200mm方能順利脫模而不發生構件斷裂,根據《JGJ1-2014》規定,“洞口兩側的墻肢寬度不應小于200mm”,因此凹凸處扣除洞口兩側的墻肢寬度后僅剩800-200×20=400mm,如果進一步再扣除用于現澆連接的接頭長度,洞口尺寸將所剩無幾,將影響此窗戶的正常使用。

 

平面圖

 

預制構件立面圖

 

解決方案:調整建筑平面凹凸變化處的尺寸,使得墻肢長度不宜小于1200mm,墻肢在扣除現澆連接接頭長度,保留窗洞口兩側各200mm最小墻肢寬度后,還有600mm左右可以安裝窗扇,滿足窗戶的采光和正常使用尺寸要求。

 

3、廚房、衛生間降板設計

建筑施工圖設計時,由于考慮到房間日常使用是否帶水的問題,往往將帶水房間的地面設計成低于室內房間地面,廚房一般設計成結構標高比周邊房間低2030mm,衛生間如果是安裝蹲便器往往設計成結構標高比周邊房間低250350mm。根據《JGJ1-2014》規定預制疊合樓板疊合層厚度不宜低于60mm,后澆層厚度不應小于60mm。以廚房的結構樓板為參照,樓板整體厚度為120mm。

如果周邊房間樓板結構層比廚房樓板厚30mm,則房間的結構樓板厚度要做到150mm,實際并不經濟;如果周邊房間的樓板結構層比廚房樓板厚20mm,要實現板面標高高差30mm,則需要將兩塊相鄰的樓板板底標高錯開10mm,那么就會導致板底標高抬高的疊合樓板與下方支撐端的墻頂或者梁面出現10mm高差,混凝土澆筑時不用模板封堵嚴密將出現漏漿問題,影響結構成型質量,且后期施工需要進行修補打磨,費工費勁。

衛生間沉箱降板區比周邊房間低350mm,加上沉箱底板100mm,總厚度450mm,往往需要在降板區域周邊設置邊梁,因此在進行施工圖設計時若沒有充分考慮好衛生間邊梁的搭接關系,容易出現邊梁與周邊結構梁搭接后,邊梁梁底凸出比結構梁底的情況,或者結構梁為了滿足次梁端部搭接構造要求,需要增加梁斷面高度至550~600mm,進而影響室內凈空高度。

 

疊合樓板板底高差

 

解決方案:預制裝配式建筑拆分設計時,廚房一般設計成結構標高比周邊房間低20mm是比較恰當的,因為廚房樓板預埋管線少,整體厚度做120mm,周邊房間的樓板厚度有強弱電套管預留預埋的空間要求,整體厚度設計成140mm,兩者的板厚差值剛好為20mm,且可以保證相鄰的樓板板底是平整的,不會有板底高差造成的支模和混凝土澆筑的問題。衛生間的降板設計,需要根據衛生間濕區范圍,考慮長邊方向的梁的支撐問題,宜在兩端設置一段墻肢,這么設計可以合理控制衛生間周邊邊梁的截面高度,且可以有效實現梁底的結構錨固,有助于提升預制裝配率得分。

 

4、外挑陽臺設計

建筑施工圖設計時,傳統現澆施工工藝條件下,外墻采用現澆工藝,只要通過受力計算驗收滿足要求,陽臺梁端部可以在現澆墻肢中進行彎折錨固,因此對于陽臺的尺寸大小沒有限制,陽臺梁可以根據陽臺大小與外墻進行平面外連接。

而在預制裝配式建筑中則不然,當外墻為預制墻板時,外墻厚度通常為200~360mm,并無法滿足陽臺梁鋼筋的錨固長度要求,如果在預制墻板中設置一段后澆段,則會將預制墻板拆分得過細。而且當陽臺懸挑尺寸大于1600mm時,不應采用懸挑板形式,需要在疊合樓板的兩側或者外邊緣設置懸挑梁作為樓板的支撐端,板邊懸挑梁的錨固段需要與外墻在平面內“一”字連接,或者在懸挑梁端部設置現澆段。

 

外挑陽臺施工圖

 

裝配式陽臺三維模型

 

解決方案:由于陽臺外挑尺寸比較大,且為兩邊或者三邊懸挑受力構件。根據結構設計的做法,對于大尺寸懸挑構件通常在懸挑板邊緣加設邊梁以提高構件的剛度,減小撓度變形。由于預制構件在工廠里事先做好,且為剛度較大的半成品,因此懸挑預制梁的設置為大尺寸外挑陽臺提供了解決方案?梢栽陬A制陽臺板的側面預制梁或者L型轉折梁,再將預制疊合陽臺板擱置在陽臺梁上。因此在進行預制裝配式建筑設計時,需要考慮好預制陽臺梁的末端錨固,錨固段應落在后澆段或者現澆墻肢中。

 

二、 立面設計常見問題

1、陽臺落地窗兩側短墻

為了獲得良好的采光、開闊視野,增加戶內活動空間,設計師往往將客廳與室外陽臺之間設計一道落地門窗作為分隔室內外的分界線。從平面上看,落地窗兩側的墻肢越短,意味著落地窗面積越大采光越好,為了門窗安裝固定需要保留滿足最小長度要求的墻肢。當采用預制裝配式建筑時,考慮到構件的成型和完整性,通常要求門窗洞口的墻肢有效長度不應小于200mm,而且是墻肢有一定長度才不至于構件過于單薄在脫;蛘哌\輸、安裝過程中出現斷裂。因此,建筑平面設計和裝配式構件設計之間就存在一定的矛盾。

 

落地窗平面圖

 

落地窗預制構件

 

解決方案:為了滿足預制構件制作要求,同時兼顧考慮建筑采購需要,通常“n”字型構件采用一體成型時門洞兩側墻肢不宜小于400mm,同時需要在構件的兩個陰角和下部開口部位采取工裝模具加固處理。如果不采用一體成型,則可以考慮僅預制窗洞梁,現澆兩側墻肢的方式來實現。

 

2、外立面外凸線條

在進行建筑施工圖外立面設計時,建筑設計師為了避免建筑立面過于單調,通常會在一定高度設置突出建筑外立面線條用來凸顯建筑外立面凹凸變化,以增添外立面的展示效果。然而,預制裝配式建筑中如果為了實現設計時的外線條,就需要制作帶外凸線條的預制墻板。目前,國內大部門預制構件廠采用的是平模生產工藝,預制構件是平鋪在鋼臺車上進行生產制作的,這就決定了鋼臺車不可能為了實現預制外墻的凸線條在臺車面上摳洞,因此如果一定要把構件制作出來,則需要將構件與鋼臺車的接觸面全面墊高方可實現。

 

外墻凸線條造型

 

帶凸線條預制墻板

 

鋼臺車生產預制墻板

 

外立面凹線條預制墻板

 

開洞變化造型預制墻板

 

解決方案:建筑設計為了實現預制裝配式建筑外立面的豐富變化,應當充分結合預制墻板構件的制作工藝,采用凹線條的設計做法,或者采用在外墻上對開洞部位進行排列組合的方式,或者通過材質肌理、色彩、光影等變化,以實現豐富多樣的裝配式建筑外立面效果。 

 

3、預制墻板分隔縫

建筑外立面設計時,建筑師如果按傳統現澆施工工藝進行設計,由于外墻現澆混凝土結構或者砌體墻通常是做完抹灰層然后在抹灰層外面做裝飾面層,因此結構層不同材料之間的拼縫是不需要在外立面效果把控時進行考慮的。

然而,在預制裝配式建筑中,情況則大不相同,尤其是預制構件與預制構件之間的拼縫,根據相關的技術規程要求,預制構件之間除了采用現澆段進行銜接之外,如果是兩個預制構件剛性相接,需要留設20mm的安裝縫隙并進行二次打膠封閉。如此一來,當各個樓層的預制外墻板圍著標準樓層完成組裝后,會在外立面上增加很多構件邊緣組成的橫平豎直的分隔拼縫,把這個外立面分隔成不同大小的區塊。

 

施工中的外墻構件拼縫

 

裝修后的外墻立面拼縫

 

解決方案:建筑設計師在進行裝配式建筑外立面效果設計時,應充分重視并考慮預制構件端部銜接部位的構件拼縫對外立面造型的影響。必要時可以結合拼縫膠的顏色,適當將膠縫與建筑外立面的線條變化進行綜合設計。

 

4、外立面飄窗設計

建筑施工圖設計過程中,為了增添建筑外立面變化,同時增加室內使用空間面積,兼顧解決空調安裝問題,建筑設計師往往選擇在房間的外墻上設計飄窗。由于飄窗在窗洞的上下各有一塊板挑出外墻平面,且兩塊板均未處于樓板標高處,而是懸于樓層標高的中間高度。當采用傳統現澆工藝進行外墻澆筑施工時,飄窗板往往采用二次吊模進行施工。當預制裝配式建筑外墻構件設計成帶飄窗構件時,則會對預制構件流水線平模生產帶來較大的挑戰。

解決方案:預制飄窗墻板構件需要采用地臺模的方式方可一次制作成型,且由于構件的兩塊挑板導致平面構件變為了立體構件,往往需要制作復雜笨重的立體模具用于構件的制作生產,或者將構件邊緣部位向外延伸使之形成帶支撐的四面圍合構件,這往往導致預制構件模具成本較高,構件體積較大,進而導致構件成本居高不下。如果要進一步降低成本,則需要充分運用“復雜問題簡單化”的解決思路,將帶飄窗構件拆分為多個平面構件,采用二次濕式連接的方式將多個平面預制構件進行組成,最終實現帶飄窗構件的成型。

 

建筑飄窗平面圖

 

帶飄窗外墻構件一

 

帶飄窗外墻構件二

 

帶飄窗外墻構件模具

 

5、陽臺板、空調板高差設計

建筑施工圖設計過程中,考慮到空調板、陽臺板等室外、半室外構件往往帶水使用,為了保證室內干燥和減少滲漏影響,傳統現澆施工工藝往往將空調板、陽臺板設計為結構高度比室內結構面低50mm,使得空調板板底比室內樓板板底低。然而,在裝配式建筑設計時,當室內樓板和空調板均采用預制疊合板時,由于室外空調板的板底低于室內樓板板底,則作為支撐端的預制外墻板往往需要局部做成下沉造型,以滿足室外空調板的安裝要求,這又往往導致室內疊合樓板與支撐端預制墻板局部存在2030mm的拼接空隙。一旦預制疊合樓板端部拼接空隙沒有封堵到位,混凝土澆筑過程中會出現漏漿問題,導致主體結構成型出現質量缺陷。

 

空調板平面圖

 

空調板與預制外墻板三維模型

 

解決方案:由于陽臺板、空調板的電氣預埋管線比較少,可以充分利用這個設計特點,適當將現澆層厚度調整為50mm,如此一來預制疊合陽臺板、空調板的總厚度為60+50=110mm,室內疊合樓板60+80=140mm,形成板面結構層高差30mm。由于室外預制疊合陽臺板、空調板與室內預制疊合樓板板底可以保持同一標高,則作為支承端的預制墻板不需要局部設計安裝缺口,同時可以避免混凝土澆筑時在板底與墻頂之間的縫隙形成的滲漏,可以實現一舉兩得。

本文從裝配式建筑設計平面設計和立面設計兩個方面的幾個常見問題入手,闡述了傳統建筑施工圖設計與裝配式建筑設計的不同之處,并提出了相應的解決方案進行探討。

從以上內容我們可以明顯感受到,要做好裝配式建筑設計需要綜合考慮構件制作,物流運輸,裝配施工等因素,結合設計理念和設計效果進行合理權衡和選擇,既要考慮建筑美學,又要考慮力學性能,同時還要兼顧構造細部做法。正因為裝配式建筑設計需要考慮的因素更多更細,因此,對設計的精細程度要求也就更高。我們有理由相信,隨著預制裝配式建筑的不斷推廣,預制裝配式建筑將對我國住房傳統建造方式和工程質量產生深刻的變革和影響。



來源:預制建筑網

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