裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意設(shè)計(jì)方案的可行性、實(shí)用性，掌握設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在確保建筑物安全性、功能性的前提下，注意能源損耗控制，通過(guò)專(zhuān)業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)、精細(xì)的設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)方案更加全面、標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到綜合效益最大化。通常，在裝配式建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中，首先要結(jié)合建筑物的功能需求，對(duì)其平面、戶(hù)型、外觀、柱網(wǎng)、變形縫布置等進(jìn)行深入分析，并提出可行性建議與要求，確保建筑物的結(jié)構(gòu)高度與復(fù)雜度、不規(guī)則度能夠控制在合理范圍。在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，還要對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)體系、建筑材料、結(jié)構(gòu)布置、各參數(shù)等進(jìn)行合理設(shè)置，并對(duì)多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性、可行性比較，進(jìn)而選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，還要利用標(biāo)準(zhǔn)化配筋原則進(jìn)行精確計(jì)算，并對(duì)設(shè)計(jì)模型、施工方案進(jìn)行調(diào)整，確保整個(gè)過(guò)程處于可控范圍。

2．2．1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）傳統(tǒng)的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的要求確定一個(gè)結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)體系包括砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)。當(dāng)確定好結(jié)構(gòu)體系后，根據(jù)結(jié)構(gòu)體系估算構(gòu)件的截面，包括柱、梁、墻、樓板。有了構(gòu)件的截面后可以對(duì)構(gòu)件加載應(yīng)承擔(dān)的外部荷載。對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行內(nèi)力分析，保證結(jié)構(gòu)體系中的各構(gòu)件在外部荷載作用下，保持內(nèi)力的平衡。在內(nèi)力平衡的條件下，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行承載力計(jì)算，保證構(gòu)件滿(mǎn)足承載力要求（鋼筋混凝土構(gòu)件有足夠的配筋），并有一定的安全系數(shù)。為了工程施工需要，還要繪制結(jié)構(gòu)施工圖（滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求），并對(duì)圖紙進(jìn)行審核，作為施工的文件。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程如圖2．10所示。

圖2．10 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程圖

現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都要采用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，手工計(jì)算是不能滿(mǎn)足要求的，目前國(guó)內(nèi)各大設(shè)計(jì)院通常采用PKPM系列軟件來(lái)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。PKPM系列軟件是中國(guó)建筑科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的，它是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，集結(jié)構(gòu)三維建模、內(nèi)力分析、承載力計(jì)算、計(jì)算機(jī)成圖為一體，從1992年開(kāi)始就在國(guó)內(nèi)開(kāi)始應(yīng)用。

2）裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很大的區(qū)別。傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的圖紙是針對(duì)施工單位（濕法施工），裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的圖紙（主要是構(gòu)件施工圖）是針對(duì)工廠（生產(chǎn)構(gòu)件的生產(chǎn)線(xiàn)）。為了使構(gòu)件生產(chǎn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)在建筑信息模型（BIM）平臺(tái)上進(jìn)行。其設(shè)計(jì)流程是：在BIM平臺(tái)上，利用已經(jīng)建立的建筑三維模型，用BIM中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊對(duì)裝配式建筑進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可能對(duì)構(gòu)件的截面尺寸和混凝土強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)最終結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力平衡和構(gòu)件強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求以后，建筑設(shè)計(jì)也可能有所改變，但建筑設(shè)計(jì)無(wú)須再進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整。這就是BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)裝配式建筑結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，不是按傳統(tǒng)方法繪制施工，而是按構(gòu)件設(shè)計(jì)要求繪制構(gòu)件施工圖。構(gòu)件施工圖被送到工廠進(jìn)行構(gòu)件批量生產(chǎn)。裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程如圖2．11所示。

圖2．11 裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程圖

裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用BIM平臺(tái)操作界面圖如圖2．12所示。

圖2．12 BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)界面

2．2．2 構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝配式建筑構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)是眾所周知的，它不僅是建筑施工工業(yè)化的標(biāo)志，同時(shí)也為降低成本、節(jié)能減排作出不少貢獻(xiàn)。近年來(lái)，混凝土預(yù)制構(gòu)件在軌道交通領(lǐng)域廣為應(yīng)用，在房屋建筑中的需求量也逐漸增加。雖然行業(yè)前景不錯(cuò)，但混凝土預(yù)制品行業(yè)仍存在不足，其發(fā)展面臨3個(gè)問(wèn)題：第一，總體產(chǎn)能過(guò)剩，開(kāi)工不足；第二，產(chǎn)品技術(shù)水平不高，產(chǎn)品質(zhì)量差；第三，粉煤灰、沙、石等原料供應(yīng)緊張。這與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有很大差距。這種現(xiàn)象與該行業(yè)的生產(chǎn)模式及經(jīng)濟(jì)秩序是分不開(kāi)的。雖然很多構(gòu)件廠已具備相應(yīng)的技術(shù)條件，但由于其與設(shè)計(jì)、施工單位聯(lián)系不夠緊密，沒(méi)有良好的銜接管理模式，導(dǎo)致他們不能經(jīng)濟(jì)、高效地參與新型項(xiàng)目中，制約了其實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)一體化。

通常來(lái)講，現(xiàn)有混凝土預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)體系有兩種：一是設(shè)計(jì)單位從構(gòu)件廠已生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件中挑選出滿(mǎn)足條件的來(lái)使用；二是設(shè)計(jì)單位根據(jù)需求向構(gòu)件廠定制混凝土構(gòu)件。但這兩種方式中都存在很多不足。首先，構(gòu)件廠與設(shè)計(jì)單位溝通困難，聯(lián)系不夠緊密。國(guó)內(nèi)大部分設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)時(shí)并沒(méi)有充分考慮預(yù)制構(gòu)件的因素，從而不能設(shè)計(jì)出好的預(yù)制裝配式建筑作品，也就不能很好地利用已生產(chǎn)的構(gòu)件類(lèi)型，同時(shí)也從需求上限制了構(gòu)件的生產(chǎn)。其次，廣大構(gòu)件廠不具備深化設(shè)計(jì)的能力，沒(méi)有大量投入科技研發(fā)中，新品開(kāi)發(fā)速度緩慢，造成了他們不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)單位的定制要求，也制約了發(fā)展。

應(yīng)用BIM（建筑信息模型）技術(shù)，可以全方位解決裝配式建筑的構(gòu)件設(shè)計(jì)問(wèn)題。它不僅提供了新的技術(shù)，更提出了全新的工作理念。BIM可以讓設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)3D圖形時(shí)就將各種參數(shù)融合其中，如物理性能、材料種類(lèi)、經(jīng)濟(jì)參數(shù)等，同時(shí)在各個(gè)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)之間共享模型數(shù)據(jù)，避免了重復(fù)指定參數(shù)。此時(shí)的BIM模型就可以用來(lái)進(jìn)行多方面的應(yīng)用分析：可以用它進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析、工程量分析、碰撞分析，等等。雖然目前在國(guó)內(nèi)BIM的應(yīng)用仍以設(shè)計(jì)為主，但實(shí)際上它的最大價(jià)值在于可以應(yīng)用到構(gòu)件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)的整個(gè)周期，起到優(yōu)化、協(xié)同、整合作用。

裝配式建筑構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括以下幾方面內(nèi)容：

①構(gòu)件設(shè)計(jì)：遵循《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009）、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010）、《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ1—2014）的要求，參考15G365、15G366等標(biāo)準(zhǔn)圖集的規(guī)定要求。

②節(jié)點(diǎn)連接：剪力墻與填充墻之間采用現(xiàn)澆約束構(gòu)件進(jìn)行連接。剪力墻縱向鋼筋采用“套筒灌漿連接”，I級(jí)接頭。預(yù)制疊合板與墻采用后澆混凝土連接。

③構(gòu)件配筋：將軟件計(jì)算及人為分析干預(yù)計(jì)算后的配筋結(jié)果進(jìn)行鋼筋等量代換，作為裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件的配筋依據(jù)。

④構(gòu)件設(shè)計(jì)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的模數(shù)要求，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐段分割。其中外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)劃分出由“T”“一”“L”節(jié)點(diǎn)連接的外墻板節(jié)段；內(nèi)墻分隔結(jié)構(gòu)劃分出由“T”“一”節(jié)點(diǎn)連接的內(nèi)墻板節(jié)段；其中走廊頂設(shè)置過(guò)梁；衛(wèi)生間陽(yáng)臺(tái)采用降板現(xiàn)澆設(shè)計(jì)。裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃完成后，對(duì)原建筑外形重新進(jìn)行修正，使建筑圖符合結(jié)構(gòu)分割需要。

⑤建立族庫(kù)。根據(jù)預(yù)制構(gòu)件所采用的鋼筋型號(hào)、各類(lèi)輔助件具體設(shè)計(jì)參數(shù)，建立各類(lèi)鋼筋和預(yù)埋件族庫(kù)，方便建模時(shí)插入使用。例如：鋼筋連接套筒、三明治板連接件、吊頂、內(nèi)螺旋、線(xiàn)盒等。

⑥建立構(gòu)件模型，有單向疊合板、雙向疊合板、三明治剪力墻外墻板、三明治外墻填充板、內(nèi)墻板、疊合梁、樓梯、外墻轉(zhuǎn)角、空調(diào)板，共9種類(lèi)型的預(yù)制板。

裝配式建筑的構(gòu)件設(shè)計(jì)是在結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)內(nèi)力分析和強(qiáng)度計(jì)算（配筋計(jì)算），各結(jié)構(gòu)構(gòu)件已經(jīng)有了配筋結(jié)果，然后送到工廠進(jìn)行生產(chǎn)。裝配式建筑的構(gòu)件設(shè)計(jì)如圖2．13所示。

圖2．13 BIM構(gòu)件設(shè)計(jì)圖

為了裝配式建筑在組裝時(shí)更加方便，可以把構(gòu)件組合成部件，在工廠進(jìn)行生產(chǎn)，例如陽(yáng)臺(tái)可以做成部件（見(jiàn)圖2．14）。

圖2．14 BIM部件設(shè)計(jì)界面

裝配式建筑的構(gòu)件生產(chǎn)以后，在指定的場(chǎng)地進(jìn)行組裝。為保證建筑的精度和構(gòu)件連接的強(qiáng)度，還要進(jìn)行構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是既要保證構(gòu)件的定位，又要保證構(gòu)件之間連接的強(qiáng)度。因此，構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要有構(gòu)件的定位孔（或連接螺栓），又要有構(gòu)件之間的連接鋼筋。構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如圖2．15所示。

圖2．15 BIM構(gòu)件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)圖

裝配式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析、強(qiáng)度計(jì)算后，就可以進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)。但是，進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)要考慮其他工種，包括水、電、裝飾、通信等。完成集成化設(shè)計(jì)，最后由工廠進(jìn)行生產(chǎn)。