粉丝投稿丨预制装配式建筑设计常见问题及解决方案
作者：郑东华、彭诗翔
关键词：装配式 建筑设计 常见问题 解决方案
21世纪，绿色低碳、节能环保、健康生态、可持续发展等新理念，对建筑工程施工建造方式提出了升级换代的新要求，并将对建筑发展产生巨大的影响，预制装配式建筑可以满足新形式下，对建筑设计、构件制作、施工建造等方面的更高层次的要求，做好预制装配式建筑将对住房传统的建造方式和生产方式产生深刻的影响。
从大的方面讲，预制装配式建筑设计应遵循通用化和模数协调原则，以设计标准化为理念，使得建筑设计工作系列化、标准化、模块化，可以大幅度提高设计效率。
近几年，随着房地产行业的发展，不少开发企业根据项目积累的经验，结合我国南北方气候条件、住宅居住使用习惯及市场户型需求，在建筑标准化设计方面进行了不少有益的探索，并建立各自企业的标准化户型库。这些标准化户型是按照以前的建筑建造方式采用的传统现浇工艺进行设计的，与当前装配式建筑的工业化生产方式有较大不同，因此房地产企业在开发预制装配式建筑项目时若按传统方法进行建筑设计，必然会出现设计与工艺不匹配的问题，导致设计质量不高，进而导致工程效率降低，成本上升。
本文将着眼于预制装配式建筑拆分设计过程中常见的问题进行探讨，并结合以往具体项目的拆分设计经验提出解决方案，以期对当前的装配式拆分设计有所裨益。
一、 平面设计常见问题
1、平面分隔不规则
传统现浇施工工艺条件下的标准户型，由于更多地考虑的是单个房间的使用功能，因此单户套型内的各个房间为了满足使用空间的要求往往各自用墙板进行分割围合形成房间，导致平面户型出现功能房间组合后的墙体错位不规整连接和主次梁交叉搭接等情形较多。
预制装配式建筑的叠合楼板是在墙肢和结构梁模板组装加固后吊装安放在墙模和梁边进行支承的，建筑平面若过多出现墙体错位连接和主次梁搭接，往往由于墙柱、墙梁连接节点需要采用现浇连接方式可保证结构安全，而导致楼板被拆分的很零散，楼板形状不规整且尺寸规格众多，进而导致楼板模具数量增多，模具成本明显上升。
解决方案：调整建筑平面各房间，尽量使得房间开间、进深满足模数要求，使得建筑平面的主轴线上的墙体可以基本对齐，若开间尺寸模数能够实现归化整合，则可以使得构件尺寸规格数量明显减少。
传统现浇建筑平面
调整后预制装配式平面
2、建筑体型小尺寸凹凸
日常的建筑平面设计，为了使建筑立面不显得单调，往往在进行单体平面设计时在相邻开间做出小尺寸凹凸设计，尺寸往往仅有700~800mm。由于考虑到预制构件的成型率，要求构件最小宽度不应小于200mm方能顺利脱模而不发生构件断裂，根据《JGJ1-2014》规定，“洞口两侧的墙肢宽度不应小于200mm”，因此凹凸处扣除洞口两侧的墙肢宽度后仅剩800-200×20=400mm，如果进一步再扣除用于现浇连接的接头长度，洞口尺寸将所剩无几，将影响此窗户的正常使用。
平面图
预制构件立面图
解决方案：调整建筑平面凹凸变化处的尺寸，使得墙肢长度不宜小于1200mm，墙肢在扣除现浇连接接头长度，保留窗洞口两侧各200mm最小墙肢宽度后，还有600mm左右可以安装窗扇，满足窗户的采光和正常使用尺寸要求。
3、厨房、卫生间降板设计
建筑施工图设计时，由于考虑到房间日常使用是否带水的问题，往往将带水房间的地面设计成低于室内房间地面，厨房一般设计成结构标高比周边房间低20～30mm，卫生间如果是安装蹲便器往往设计成结构标高比周边房间低250～350mm。根据《JGJ1-2014》规定预制叠合楼板叠合层厚度不宜低于60mm，后浇层厚度不应小于60mm。以厨房的结构楼板为参照，楼板整体厚度为120mm，如果周边房间楼板结构层比厨房楼板厚30mm，则房间的结构楼板厚度要做到150mm，实际并不经济；如果周边房间的楼板结构层比厨房楼板厚20mm，要实现板面标高高差30mm，则需要将两块相邻的楼板板底标高错开10mm，那么就会导致板底标高抬高的叠合楼板与下方支撑端的墙顶或者梁面出现10mm高差，混凝土浇筑时不用模板封堵严密将出现漏浆问题，影响结构成型质量，且后期施工需要进行修补打磨，费工费劲。
卫生间沉箱降板区比周边房间低350mm，加上沉箱底板100mm，总厚度450mm，往往需要在降板区域周边设置边梁，因此在进行施工图设计时若没有充分考虑好卫生间边梁的搭接关系，容易出现边梁与周边结构梁搭接后，边梁梁底凸出比结构梁底的情况，或者结构梁为了满足次梁端部搭接构造要求，需要增加梁断面高度至550~600mm，进而影响室内净空高度。
叠合楼板板底高差
卫生间边梁
解决方案：预制装配式建筑拆分设计时，厨房一般设计成结构标高比周边房间低20mm是比较恰当的，因为厨房楼板预埋管线少，整体厚度做120mm，周边房间的楼板厚度有强弱电套管预留预埋的空间要求，整体厚度设计成140mm，两者的板厚差值刚好为20mm，且可以保证相邻的楼板板底是平整的，不会有板底高差造成的支模和混凝土浇筑的问题。卫生间的降板设计，需要根据卫生间湿区范围，考虑长边方向的梁的支撑问题，宜在两端设置一段墙肢，这么设计可以合理控制卫生间周边边梁的截面高度，且可以有效实现梁底的结构锚固，有助于提升预制装配率得分。
4、外挑阳台设计
建筑施工图设计时，传统现浇施工工艺条件下，外墙采用现浇工艺，只要通过受力计算验收满足要求，阳台梁端部可以在现浇墙肢中进行弯折锚固，因此对于阳台的尺寸大小没有限制，阳台梁可以根据阳台大小与外墙进行平面外连接。而在预制装配式建筑中则不然，当外墙为预制墙板时，外墙厚度通常为200~360mm，并无法满足阳台梁钢筋的锚固长度要求，如果在预制墙板中设置一段后浇段，则会将预制墙板拆分得过细。而且当阳台悬挑尺寸大于1600mm时，不应采用悬挑板形式，需要在叠合楼板的两侧或者外边缘设置悬挑梁作为楼板的支撑端，板边悬挑梁的锚固段需要与外墙在平面内“一”字连接，或者在悬挑梁端部设置现浇段。
外挑阳台施工图
装配式阳台三维模型
解决方案：由于阳台外挑尺寸比较大，且为两边或者三边悬挑受力构件。根据结构设计的做法，对于大尺寸悬挑构件通常在悬挑板边缘加设边梁以提高构件的刚度，减小挠度变形。由于预制构件在工厂里事先做好，且为刚度较大的半成品，因此悬挑预制梁的设置为大尺寸外挑阳台提供了解决方案。可以在预制阳台板的侧面预制梁或者L型转折梁，再将预制叠合阳台板搁置在阳台梁上。因此在进行预制装配式建筑设计时，需要考虑好预制阳台梁的末端锚固，锚固段应落在后浇段或者现浇墙肢中。
二、 立面设计常见问题
1、阳台落地窗两侧短墙
为了获得良好的采光、开阔视野，增加户内活动空间，设计师往往将客厅与室外阳台之间设计一道落地门窗作为分隔室内外的分界线。从平面上看，落地窗两侧的墙肢越短，意味着落地窗面积越大采光越好，为了门窗安装固定需要保留满足最小长度要求的墙肢。当采用预制装配式建筑时，考虑到构件的成型和完整性，通常要求门窗洞口的墙肢有效长度不应小于200mm，而且是墙肢有一定长度才不至于构件过于单薄在脱模或者运输、安装过程中出现断裂。因此，建筑平面设计和装配式构件设计之间就存在一定的矛盾。
落地窗平面图
落地窗预制构件
解决方案：为了满足预制构件制作要求，同时兼顾考虑建筑采购需要，通常“n”字型构件采用一体成型时门洞两侧墙肢不宜小于400mm，同时需要在构件的两个阴角和下部开口部位采取工装模具加固处理。如果不采用一体成型，则可以考虑仅预制窗洞梁，现浇两侧墙肢的方式来实现。
2、外立面外凸线条
在进行建筑施工图外立面设计时，建筑设计师为了避免建筑立面过于单调，通常会在一定高度设置突出建筑外立面线条用来凸显建筑外立面凹凸变化，以增添外立面的展示效果。然而，预制装配式建筑中如果为了实现设计时的外线条，就需要制作带外凸线条的预制墙板。目前，国内大部门预制构件厂采用的是平模生产工艺，预制构件是平铺在钢台车上进行生产制作的，这就决定了钢台车不可能为了实现预制外墙的凸线条在台车面上抠洞，因此如果一定要把构件制作出来，则需要将构件与钢台车的接触面全面垫高方可实现。
外墙凸线条造型
带凸线条预制墙板
钢台车生产预制墙板
外立面凹线条预制墙板
开洞变化造型预制墙板
解决方案：建筑设计为了实现预制装配式建筑外立面的丰富变化，应当充分结合预制墙板构件的制作工艺，采用凹线条的设计做法，或者采用在外墙上对开洞部位进行排列组合的方式，或者通过材质肌理、色彩、光影等变化，以实现丰富多样的装配式建筑外立面效果。
3、预制墙板分隔缝
建筑外立面设计时，建筑师如果按传统现浇施工工艺进行设计，由于外墙现浇混凝土结构或者砌体墙通常是做完抹灰层然后在抹灰层外面做装饰面层，因此结构层不同材料之间的拼缝是不需要在外立面效果把控时进行考虑的。然而，在预制装配式建筑中，情况则大不相同，尤其是预制构件与预制构件之间的拼缝，根据相关的技术规程要求，预制构件之间除了采用现浇段进行衔接之外，如果是两个预制构件刚性相接，需要留设20mm的安装缝隙并进行二次打胶封闭。如此一来，当各个楼层的预制外墙板围着标准楼层完成组装后，会在外立面上增加很多构件边缘组成的横平竖直的分隔拼缝，把这个外立面分隔成不同大小的区块。
施工中的外墙构件拼缝
装修后的外墙立面拼缝
解决方案：建筑设计师在进行装配式建筑外立面效果设计时，应充分重视并考虑预制构件端部衔接部位的构件拼缝对外立面造型的影响。必要时可以结合拼缝胶的颜色，适当将胶缝与建筑外立面的线条变化进行综合设计。
4、外立面飘窗设计
建筑施工图设计过程中，为了增添建筑外立面变化，同时增加室内使用空间面积，兼顾解决空调安装问题，建筑设计师往往选择在房间的外墙上设计飘窗。由于飘窗在窗洞的上下各有一块板挑出外墙平面，且两块板均未处于楼板标高处，而是悬于楼层标高的中间高度。当采用传统现浇工艺进行外墙浇筑施工时，飘窗板往往采用二次吊模进行施工。当预制装配式建筑外墙构件设计成带飘窗构件时，则会对预制构件流水线平模生产带来较大的挑战。
解决方案：预制飘窗墙板构件需要采用地台模的方式方可一次制作成型，且由于构件的两块挑板导致平面构件变为了立体构件，往往需要制作复杂笨重的立体模具用于构件的制作生产，或者将构件边缘部位向外延伸使之形成带支撑的四面围合构件，这往往导致预制构件模具成本较高，构件体积较大，进而导致构件成本居高不下。如果要进一步降低成本，则需要充分运用“复杂问题简单化”的解决思路，将带飘窗构件拆分为多个平面构件，采用二次湿式连接的方式将多个平面预制构件进行组成，最终实现带飘窗构件的成型。
建筑飘窗平面图
带飘窗外墙构件一
带飘窗外墙构件二
带飘窗外墙构件模具
5、阳台板、空调板高差设计
建筑施工图设计过程中，考虑到空调板、阳台板等室外、半室外构件往往带水使用，为了保证室内干燥和减少渗漏影响，传统现浇施工工艺往往将空调板、阳台板设计为结构高度比室内结构面低50mm，使得空调板板底比室内楼板板底低。然而，在装配式建筑设计时，当室内楼板和空调板均采用预制叠合板时，由于室外空调板的板底低于室内楼板板底，则作为支撑端的预制外墙板往往需要局部做成下沉造型，以满足室外空调板的安装要求，这又往往导致室内叠合楼板与支撑端预制墙板局部存在20～30mm的拼接空隙。一旦预制叠合楼板端部拼接空隙没有封堵到位，混凝土浇筑过程中会出现漏浆问题，导致主体结构成型出现质量缺陷。
空调板平面图
空调板与预制外墙板三维模型
解决方案：由于阳台板、空调板的电气预埋管线比较少，可以充分利用这个设计特点，适当将现浇层厚度调整为50mm，如此一来预制叠合阳台板、空调板的总厚度为60+50=110mm，室内叠合楼板60+80=140mm，形成板面结构层高差30mm。由于室外预制叠合阳台板、空调板与室内预制叠合楼板板底可以保持同一标高，则作为支承端的预制墙板不需要局部设计安装缺口，同时可以避免混凝土浇筑时在板底与墙顶之间的缝隙形成的渗漏，可以实现一举两得。
本文从装配式建筑设计平面设计和立面设计两个方面的几个常见问题入手，阐述了传统建筑施工图设计与装配式建筑设计的不同之处，并提出了相应的解决方案进行探讨。从以上内容我们可以明显感受到，要做好装配式建筑设计需要综合考虑构件制作，物流运输，装配施工等因素，结合设计理念和设计效果进行合理权衡和选择，既要考虑建筑美学，又要考虑力学性能，同时还要兼顾构造细部做法。正因为装配式建筑设计需要考虑的因素更多更细，因此，对设计的精细程度要求也就更高。我们有理由相信，随着预制装配式建筑的不断推广，预制装配式建筑将对我国住房传统建造方式和工程质量产生深刻的变革和影响。
作者简介：
郑东华，长沙华晟宜居工程技术服务有限公司，硕士研究生，一级建造师、BIM项目总监、工程师职称。
彭诗翔，长沙华晟宜居工程技术服务有限公司，本科毕业，助理工程师。