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      PC建筑設計原則

      發布時間:2019-08-27 10:44:39

       

      一、PC建筑設計應符合哪些要求?

      裝配式混凝土建筑的設計,根據《裝標》及《裝規》中的要求,應按照適用、經濟、安全、綠色、美觀的要求,全面提高裝配式混凝土建筑建設的環境效益、社會效益和經濟效益;還應符合建筑全壽命期的可持續性原則,并應標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理和智能化應用。同時做到安全適用、技術先進、經濟合理、確保質量等要求。

      北京、上海、遼寧、深圳、江蘇、四川、安徽、湖南、重慶、山東、湖北等地都制定了關于裝配式混凝土建筑的地方標準。

      中國建筑標準設計研究院,北京、上海、遼寧等地區還編制了裝配式混凝土結構標準圖集。

      裝配式混凝土建筑有關國家、行業或地方標準、圖集的目錄詳見本書附錄。

      二、PC建筑設計應遵循哪些基本原則?

      PC建筑設計應遵循統籌、集成、模數化、試驗、一張圖等原則,并盡可能遵循少規格多組合原則、全鏈條信息化原則。下面分別介紹:

      (1) 統籌原則

      由于PC建筑受到部品部件制作條件、運輸條件和施工安裝條件的制約,PC設計也必須將制作與安裝環節的荷載、構造、預埋件要求考慮進去,所以,PC建筑設計不同于普通現澆混凝土建筑設計,必須與制作、運輸和安裝各個環節互動,進行統籌考慮,實現協同設計。

      (2) 集成原則

      裝配式建筑設計的集成原則包括兩個含義:

      一是結構系統、外圍護系統、設備管線系統和內裝系統盡可能地實現集成化,采用工廠化生產的部品部件,以實現裝配式的目標。如PC構件、夾心保溫墻板、整體浴室、整體廚房、整體收納柜、單元式組合機電箱柜等。

      二是各個系統要盡可能地集成,實現一體化;或者系統間銜接便利化。如結構、門窗、保溫一體化的剪力墻外墻板、布置了內裝系統需要的各種預埋件的PC構件、埋設了機電管線或防雷引下線的PC構件等。

      由于各個專業關于預埋件或埋設物的要求都要匯集到PC構件上,不能像現澆混凝土建筑那樣在現場敷設安置,PC建筑設計的集成是非常重要的,一旦遺漏就會出大問題。

      (3) 模數化原則

      模數化原則是通用化、標準化的前提,是構件制作實現機械化、自動化,構件安裝實現便利化的前提,是發揮裝配式建筑工業化優勢、降低成本的基本條件,在設計中必須貫徹。

      (4) 試驗原則

      PC建筑在我國剛剛興起,經驗不多。國外PC建筑的經驗主要是框架、框-剪和簡體結構,高層剪力墻結構的經驗很少;裝配式建筑的一些配件和配套材料目前國內也處于剛剛開發階段。由此,試驗尤為重要。設計在采用新技術、選用新材料時,涉及結構連接等關鍵環節,應基于試驗獲得可靠數據。

      例如,保溫夾心板內外葉墻板的拉結件,既有強度、剛度要求,又要減少熱橋,還要防火和耐久,這些都需要試驗驗證。有的國內拉結件采用與塑料鋼筋一樣的玻璃纖維增強樹脂制成,但塑料鋼筋用的不是耐堿玻璃纖維,埋置在水泥基材料中耐久性得不到保障,目前,國外只用于臨時工程,將其用于混凝土夾心板中是不安全的。

      (5) 一張圖原則

      PC建筑多了構件制作圖環節,與目前工程圖的習慣有很大的不同。

      PC構件制作圖應當表達所有專業所有環節對構件的要求,包括外形、尺寸、配筋、結構連接、各專業預埋件、預埋物和孔洞、制作施工環節的預埋件等,都清清楚楚地表達在一張或一組圖上,不用制作和施工技術人員自己去查找各專業圖樣,也不能讓工廠人員自己去標準圖集上找大樣圖。

      一張(組)圖原則不僅會給工廠技術人員帶來便利,最主要的是會避免或減少出錯、遺漏和各專業的“撞車”。

      (6) 少規格、多組合原則

      裝配式建筑的行業標準和國家標準都提出了“裝配式建筑設計應遵循少規格、多組合的原則”。這個原則對一部分部品部件適用,但無法覆蓋裝配式建筑全部部品部件,包括主要部品部件。

      PC外掛墻板或剪力墻外墻板為例,一般為整間板,不同的建筑、不同的開間、不同的門窗布置有不同的規格,無法像ALC板那樣實現少規格、多組合。主要的PC構件梁、柱、墻板等也都是如此。所以,對此原則的貫徹筆者認為應當靈活一些。

      (7) 全鏈條信息化原則

      裝配式建筑國家標準要求裝配式建筑宜運用BIM技術進行全鏈條信息化管理,并把運用BIM作為裝配式建筑五個特點之一。裝配式建筑全鏈條信息模型的建立應當從設計開始,但這不是設計部門所能決策的,運用BIM需要花錢,只有建設方才能決策。所以,從設計角度,一方面盡可能說服甲方運用BIM,一方面要會用和用好BIM,在設計中更好地實現統籌和集成,減少錯、漏、碰、缺,提高設計質量,并為制作、運輸、施工精細化、可視化、數據化管理奠定基礎。

      三、關于PC建筑設計有什么錯誤認識?

      有人把PC建筑的設計工作看得很簡單,以為就是設計單位按現澆混凝土結構照常設計,之后再由拆分設計單位或制作廠家進行拆分設計、構件設計和細部構造設計。他們把PC建筑設計看作是后續的附加環節,屬于深化設計性質。許多設計單位認為裝配式設計單位與己無關,最多對拆分設計圖審核簽字。

      盡管PC建筑的設計是以現澆混凝土結構為基礎的,比較多的工作也確實是在常規設計完成后展開,但PC建筑設計既不是附加環節深化性質,也不是常規設計完成后才開始的工作,更不能由拆分設計機構或制作廠家承擔設計責任或自行其是。

      我們以PC建筑柱子保護層設計為例,看看把裝配式設計當作常規設計完成后的后期深化設計存在什么問題。

      《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)規定,一類環境結構柱最外層鋼筋的混凝土保護層厚度是20mm。

      現澆混凝土結構的鋼筋保護層厚度應當從受力鋼筋的箍筋算起,PC結構連接部位的鋼筋保護層厚度應當從套筒的箍筋算起。套筒直徑比受力鋼筋直徑大30mm左右,如此,套筒區域與鋼筋區域的保護層相差約15mm。

      如果PC建筑開始按現澆結構設計,然后交給拆分設計機構或廠家拆分,拆分設計人員對柱的保護層可能有三種做法:

      1)柱子斷面尺寸和受力鋼筋位置不變,,如此,套管箍筋保護層厚度就無法滿足規范要求的最小厚度對套管在混凝土中的錨固和耐久性不利。

      2)拆分人員為保證套管箍筋的保護層厚度,將受力鋼筋“內移”,柱的斷面尺寸不變。如此,原結構計算條件發生了變化,h0變小,柱子的承載力降低。

      3)拆分人員為保證套管箍筋的保護層厚度,將柱子邊線“外移”,受力鋼筋位置不變,但柱子斷面尺寸加大了。如此,原結構計算條件發生變化,柱子剛度變大,結構尺寸和建筑尺寸都發生變化。

      從這個例子可以看出,把裝配式設計當作常規設計的后續工作,交給其他機構去做,存在安全隱患。一個工程項目如果搞裝配式,應當從方案階段就植入裝配式設計,而不是先按現澆設計,再改成裝配式設計。

      四、PC建筑設計有哪些主要內容?

       PC建筑設計分三個階段,各個階段設計的主要內容各不相同,但相互有著關聯,下面分別敘述。

      (1)設計前期

      工程設計尚未開始時,關于裝配式的分析就應當先行。設計者首先需要對項目是否適合做裝配式進行定量的技術經濟分析,對約束條件進行調查,判斷是否有條件搞裝配式建筑,做出結論。

      (2)方案設計階段

      方案設計階段所需要做的工作,具體內容詳見第3章第27問。

      (3)施工圖設計階段

      在施工圖設計階段,建筑設計關于裝配式的內容包括:

      與結構工程師確定預制范圍,哪一層、哪個部分預制。

      設定建筑模數,確定模數協調原則。

      在進行平面布置時考慮裝配式的特點與要求。

      在進行立面設計時考慮裝配式的特點,確定立面拆分原則。

      依照裝配式特點與優勢設計表皮造型和質感。

      進行外圍護結構建筑設計,盡可能實現建筑、結構、保溫、裝飾一體化。

      設計外墻預制構件接縫、防水、防火構造。

      根據門窗、裝飾、廚衛、設備、電源、通信、避雷、管線、防火等專業或環節的要求,進行建筑構造設計和節點設計,與構件設計對接。

      將各專業對建筑構造的要求匯總等。

      五、PC建筑設計需要具備哪些意識?

       裝配式建筑設計是面向未來的具有創新性的設計過程,設計人員及團隊應當具有裝配式建筑的設計意識。包括:

      (1)協同設計意識

      裝配式建筑設計過程,需要各專業協同配合,需要許多部件部品、設備專業廠家共同完成,涉及整個產業鏈,因而,裝配式建筑設計者和團隊要有協同意識。

      (2)特殊性設計意識

      裝配式建筑具有與普通建筑不一樣的特殊性,設計人員應遵循其特有規律,發揮其優勢,使設計更好地滿足建筑使用功能和安全性、可靠性、耐久性要求,更具合理性。

      (3)節能環保設計意識

      裝配式建筑具有節約資源和環保的優勢,設計師應通過設計使這一優勢得以實現和擴展,而不是僅僅為了完成裝配率指標,為裝配式而裝配式。精心和富有創意的設計可以使裝配式建筑節約材料、節省勞動力、降低能源消耗并降低成本。

      (4)模數化、標準化設計意識

      裝配式建筑設計應實現模數化和標準化,實現模數協調,如此才能充分實現裝配式的優勢,降低成本。裝配式建筑設計師應當像“樂高”設計師那樣,用簡單的單元組合豐富的平面、立面、造型和建筑群。

      (5)集成化設計意識

      裝配式建筑設計應致力于一體化和集成化,如建筑、結構、裝飾一體化,建筑、結構、保溫、裝飾一體化,集約式廚房,整體衛浴,建筑與太陽能一體化設計和施工,各專業管路的集成化等。進而更大比例地實現建筑產業的工廠化,提升工程質量、提高生產和施工效率、降低成本。

      (6)精細化設計意識

      裝配式建筑設計團隊,必須精細,制作、施工過程不再有設計變更。設計精細是構件制作、安裝正確和保證質量的前提,是避免失誤和損失的前提。

      (7)面向未來的設計意識

      裝配式建筑是建筑走向未來的基礎,是建筑實現工業化、自動化和智能化的基礎,裝配式建筑可以更方便地實現太陽能與建筑一體化,建筑、結構、裝飾一體化。設計師應當有強烈的面向未來的意識和使命感,推動創新和技術進步。

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