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PC建筑设计原则

发布时间:2019-08-27 10:44:39

 

一、PC建筑设计应符合哪些要求?

装配式混凝土建筑的设计,根据《装标》及《装规》中的要求,应按照适用、经济、安全、绿色、美观的要求,全面提高装配式混凝土建筑建设的环境效益、社会效益和经济效益;还应符合建筑全寿命期的可持续性原则,并应标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理和智能化应用。同时做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量等要求。

上海、北京、黑龙江、大同、河南、河北、福建、吉林、天津、江西、浙江等地都制定了关于装配式混凝土建筑的地方标准。

中国建筑标准设计研究院,上海、北京、黑龙江等地区还编制了装配式混凝土结构标准图集。

装配式混凝土建筑有关国家、行业或地方标准、图集的目录详见本书附录。

二、PC建筑设计应遵循哪些基本原则?

PC建筑设计应遵循统筹、集成、模数化、试验、一张图等原则,并尽可能遵循少规格多组合原则、全链条信息化原则。下面分别介绍:

(1) 统筹原则

由于PC建筑受到部品部件制作条件、运输条件和施工安装条件的制约,PC设计也必须将制作与安装环节的荷载、构造、预埋件要求考虑进去,所以,PC建筑设计不同于普通现浇混凝土建筑设计,必须与制作、运输和安装各个环节互动,进行统筹考虑,实现协同设计。

(2) 集成原则

装配式建筑设计的集成原则包括两个含义:

一是结构系统、外围护系统、设备管线系统和内装系统尽可能地实现集成化,采用工厂化生产的部品部件,以实现装配式的目标。如PC构件、夹心保温墙板、整体浴室、整体厨房、整体收纳柜、单元式组合机电箱柜等。

二是各个系统要尽可能地集成,实现一体化;或者系统间衔接便利化。如结构、门窗、保温一体化的剪力墙外墙板、布置了内装系统需要的各种预埋件的PC构件、埋设了机电管线或防雷引下线的PC构件等。

由于各个专业关于预埋件或埋设物的要求都要汇集到PC构件上,不能像现浇混凝土建筑那样在现场敷设安置,PC建筑设计的集成是非常重要的,一旦遗漏就会出大问题。

(3) 模数化原则

模数化原则是通用化、标准化的前提,是构件制作实现机械化、自动化,构件安装实现便利化的前提,是发挥装配式建筑工业化优势、降低成本的基本条件,在设计中必须贯彻。

(4) 试验原则

PC建筑在中国刚刚兴起,经验不多。国外PC建筑的经验主要是框架、框-剪和简体结构,高层剪力墙结构的经验很少;装配式建筑的一些配件和配套材料目前国内也处于刚刚开发阶段。由此,试验尤为重要。设计在采用新技术、选用新材料时,涉及结构连接等关键环节,应基于试验获得可靠数据。

例如,保温夹心板内外叶墙板的拉结件,既有强度、刚度要求,又要减少热桥,还要防火和耐久,这些都需要试验验证。有的国内拉结件采用与塑料钢筋一样的玻璃纤维增强树脂制成,但塑料钢筋用的不是耐碱玻璃纤维,埋置在水泥基材料中耐久性得不到保障,目前,国外只用于临时工程,将其用于混凝土夹心板中是不安全的。

(5) 一张图原则

PC建筑多了构件制作图环节,与目前工程图的习惯有很大的不同。

PC构件制作图应当表达所有专业所有环节对构件的要求,包括外形、尺寸、配筋、结构连接、各专业预埋件、预埋物和孔洞、制作施工环节的预埋件等,都清清楚楚地表达在一张或一组图上,不用制作和施工技术人员自己去查找各专业图样,也不能让工厂人员自己去标准图集上找大样图。

一张(组)图原则不仅会给工厂技术人员带来便利,最主要的是会避免或减少出错、遗漏和各专业的“撞车”。

(6) 少规格、多组合原则

装配式建筑的行业标准和国家标准都提出了“装配式建筑设计应遵循少规格、多组合的原则”。这个原则对一部分部品部件适用,但无法覆盖装配式建筑全部部品部件,包括主要部品部件。

PC外挂墙板或剪力墙外墙板为例,一般为整间板,不同的建筑、不同的开间、不同的门窗布置有不同的规格,无法像ALC板那样实现少规格、多组合。主要的PC构件梁、柱、墙板等也都是如此。所以,对此原则的贯彻笔者认为应当灵活一些。

(7) 全链条信息化原则

装配式建筑国家标准要求装配式建筑宜运用BIM技术进行全链条信息化管理,并把运用BIM作为装配式建筑五个特点之一。装配式建筑全链条信息模型的建立应当从设计开始,但这不是设计部门所能决策的,运用BIM需要花钱,只有建设方才能决策。所以,从设计角度,一方面尽可能说服甲方运用BIM,一方面要会用和用好BIM,在设计中更好地实现统筹和集成,减少错、漏、碰、缺,提高设计质量,并为制作、运输、施工精细化、可视化、数据化管理奠定基础。

三、关于PC建筑设计有什么错误认识?

有人把PC建筑的设计工作看得很简单,以为就是设计单位按现浇混凝土结构照常设计,之后再由拆分设计单位或制作厂家进行拆分设计、构件设计和细部构造设计。他们把PC建筑设计看作是后续的附加环节,属于深化设计性质。许多设计单位认为装配式设计单位与己无关,最多对拆分设计图审核签字。

尽管PC建筑的设计是以现浇混凝土结构为基础的,比较多的工作也确实是在常规设计完成后展开,但PC建筑设计既不是附加环节深化性质,也不是常规设计完成后才开始的工作,更不能由拆分设计机构或制作厂家承担设计责任或自行其是。

我们以PC建筑柱子保护层设计为例,看看把装配式设计当作常规设计完成后的后期深化设计存在什么问题。

《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)规定,一类环境结构柱最外层钢筋的混凝土保护层厚度是20mm

现浇混凝土结构的钢筋保护层厚度应当从受力钢筋的箍筋算起,PC结构连接部位的钢筋保护层厚度应当从套筒的箍筋算起。套筒直径比受力钢筋直径大30mm左右,如此,套筒区域与钢筋区域的保护层相差约15mm

如果PC建筑开始按现浇结构设计,然后交给拆分设计机构或厂家拆分,拆分设计人员对柱的保护层可能有三种做法:

1)柱子断面尺寸和受力钢筋位置不变,,如此,套管箍筋保护层厚度就无法满足规范要求的最小厚度对套管在混凝土中的锚固和耐久性不利。

2)拆分人员为保证套管箍筋的保护层厚度,将受力钢筋“内移”,柱的断面尺寸不变。如此,原结构计算条件发生了变化,h0变小,柱子的承载力降低。

3)拆分人员为保证套管箍筋的保护层厚度,将柱子边线“外移”,受力钢筋位置不变,但柱子断面尺寸加大了。如此,原结构计算条件发生变化,柱子刚度变大,结构尺寸和建筑尺寸都发生变化。

从这个例子可以看出,把装配式设计当作常规设计的后续工作,交给其他机构去做,存在安全隐患。一个工程项目如果搞装配式,应当从方案阶段就植入装配式设计,而不是先按现浇设计,再改成装配式设计。

四、PC建筑设计有哪些主要内容?

 PC建筑设计分三个阶段,各个阶段设计的主要内容各不相同,但相互有着关联,下面分别叙述。

(1)设计前期

工程设计尚未开始时,关于装配式的分析就应当先行。设计者首先需要对项目是否适合做装配式进行定量的技术经济分析,对约束条件进行调查,判断是否有条件搞装配式建筑,做出结论。

(2)方案设计阶段

方案设计阶段所需要做的工作,具体内容详见第3章第27问。

(3)施工图设计阶段

在施工图设计阶段,建筑设计关于装配式的内容包括:

与结构工程师确定预制范围,哪一层、哪个部分预制。

设定建筑模数,确定模数协调原则。

在进行平面布置时考虑装配式的特点与要求。

在进行立面设计时考虑装配式的特点,确定立面拆分原则。

依照装配式特点与优势设计表皮造型和质感。

进行外围护结构建筑设计,尽可能实现建筑、结构、保温、装饰一体化。

设计外墙预制构件接缝、防水、防火构造。

根据门窗、装饰、厨卫、设备、电源、通信、避雷、管线、防火等专业或环节的要求,进行建筑构造设计和节点设计,与构件设计对接。

将各专业对建筑构造的要求汇总等。

五、PC建筑设计需要具备哪些意识?

 装配式建筑设计是面向未来的具有创新性的设计过程,设计人员及团队应当具有装配式建筑的设计意识。包括:

(1)协同设计意识

装配式建筑设计过程,需要各专业协同配合,需要许多部件部品、设备专业厂家共同完成,涉及整个产业链,因而,装配式建筑设计者和团队要有协同意识。

(2)特殊性设计意识

装配式建筑具有与普通建筑不一样的特殊性,设计人员应遵循其特有规律,发挥其优势,使设计更好地满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)节能环保设计意识

装配式建筑具有节约资源和环保的优势,设计师应通过设计使这一优势得以实现和扩展,而不是仅仅为了完成装配率指标,为装配式而装配式。精心和富有创意的设计可以使装配式建筑节约材料、节省劳动力、降低能源消耗并降低成本。

(4)模数化、标准化设计意识

装配式建筑设计应实现模数化和标准化,实现模数协调,如此才能充分实现装配式的优势,降低成本。装配式建筑设计师应当像“乐高”设计师那样,用简单的单元组合丰富的平面、立面、造型和建筑群。

(5)集成化设计意识

装配式建筑设计应致力于一体化和集成化,如建筑、结构、装饰一体化,建筑、结构、保温、装饰一体化,集约式厨房,整体卫浴,建筑与太阳能一体化设计和施工,各专业管路的集成化等。进而更大比例地实现建筑产业的工厂化,提升工程质量、提高生产和施工效率、降低成本。

(6)精细化设计意识

装配式建筑设计团队,必须精细,制作、施工过程不再有设计变更。设计精细是构件制作、安装正确和保证质量的前提,是避免失误和损失的前提。

(7)面向未来的设计意识

装配式建筑是建筑走向未来的基础,是建筑实现工业化、自动化和智能化的基础,装配式建筑可以更方便地实现太阳能与建筑一体化,建筑、结构、装饰一体化。设计师应当有强烈的面向未来的意识和使命感,推动创新和技术进步。

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