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时间：2018/6/20 2:47:28 点击：2399
装配式混凝土建筑设计必须符合国家政策、法规及地方标准的规定。在满足建筑使用功能和性能的前提下，采用模数化、标准化、集成化的设计方法，践行“少规格、多组合”的设计原则，将建筑的各种构配件、部品和构造连接技术实行模块化组合与标准化设计，建立合理、可靠、可行的建筑技术通用体系，实现建筑的装配化建造。
设计中应遵守模数协调的原则，做到建筑与部品模数协调、部品之间模数协调以实现建筑与部品的模块化设计。各类模块在模数协调原则下做到一体化。采用标准化设计，将建筑部品部件模块按功能属性组合成标准单元，部品部件之间采用标准化接口，形成多层级的功能模块组合系统。采用集成化设计，将主体结构系统、外围护系统、设备与管线系统和内装系统进行集约整合。可提高建筑功能品质、质量精度及效率效益，做到一次性建造完成，达到装配式建筑的设计要求。
模数化设计
装配式建筑标准化设计的基础是模数化设计，是以基本构成单元或功能空间为模块采用基本模数、扩大模数、分模数的方法，实现建筑主体结构、建筑内装修以及部品部件等相互间的尺寸协调。模数化设计应符合现行国家标准《建筑模数协调标准》GB/T 50002的规定。
利用模数协调原则整合开间、进深尺寸，通过对基本空间模块的组合形成多样化的建筑平面。建筑的平面设计宜采用水平扩大模数数列2nM、3nM（n为自然数），做到构件部品设计、生产和安装等环节的尺寸协调。
建筑层高、门窗洞口高度的确定涉及到预制构件及部品的规格尺寸，应在立面设计中遵循模数协调的原则，确定合理的设计参数，宜采用竖向扩大模数数列nM，保证建设过程中满足部件生产与便于安装等要求。
建筑部件及连接节点采用模数协调的方法确定设计尺寸，使所有的部件部品成为一个整体，构造节点的模数协调，可以实现部件和连接节点的标准化，提高部件的通用性和互换性。梁、柱、墙等部件的截面尺寸宜采用竖向扩大模数数列nM；构造节点和部件的接口尺寸宜采用分模数数列nM/2、nM/5、nM/10。
建筑设计的尺寸定位宜采用中心定位法和界面定位法相结合的方法，对于部件的水平定位宜采用中心定位法，部件的竖向定位和部品的定位宜采用界面定位法。
标准化设计
装配式混凝土建筑的标准化设计是采用模数化、模块化及系列化的设计方法，遵循“少规格、多组合”的原则，将建筑基本单元、连接构造、构配件、建筑部品及设备管线等尽可能满足重复率高、规格少、组合多的要求。建筑的基本单元模块通过标准化的接口，按照功能要求进行多样化组合，建立多层级的建筑组合模块，形成可复制可推广的建筑单体。
在居住建筑设计中，可以将厨房模块、卫浴模块、居室模块、阳台模块等基本单元模块进行组合成套型单元模块，将套型模块、廊道模块、核心筒模块再组合成标准层模块，以此类推，最终形成可复制的模块化建筑。
各模块内部与外部组合的核心是标准化设计，只有模块接口的标准化，才能形成模块之间的协调与契合，达到建筑各模块组合的装配化。
集成化设计
装配式混凝土建筑的关键在于集成化，不等于传统生产方式下的简单相加，也不是传统的设计、施工和管理模式下进行装配化施工就是装配式建筑，真正意义的装配式建造只有将主体结构、围护结构和内装部品等前置集成为完整的体系，才能体现装配式建筑的整体优势，实现提高质量、减少人工、减少浪费、增加效益的目的。
装配式建筑在设计阶段应进行前期整体策划，以统筹规划设计、构件部品生产、施工建造和运营维护全过程，考虑到各环节相应的客观条件和技术问题，在技术设计之前确定技术标准和方案选型。在技术设计阶段应进行建筑、结构、机电设备、室内装修一体化设计，充分将各专业的技术系统相协调，避免施工时序交叉出现的技术矛盾。技术设计阶段应考虑与后续预制构件、设备、部品的技术衔接，保证在施工环节的顺利对接，对于预制构件来说，其集成的技术越多，后续的施工环节越容易，这是预制构件发展的方向。
装配式建筑系统性集成包括建筑主体结构的系统与技术集成、围护结构的系统及技术集成、设备及管线的系统及技术集成以及建筑内装修的系统及技术集成。建筑主体结构系统可以集成建筑结构技术、构件拆分与连接技术、施工与安装技术等，并将设备、内装专业所需要的前置预留条件均集成到建筑构件中；围护结构系统应将建筑外观与围护性能相结合，考虑外窗、遮阳、空调隔板等与预制外墙板的组合，可集成承重、保温和外装饰等技术；设备及管线系统可以应用管线系统的集约化技术与设备能效技术，保证系统的集成高效；建筑内装修系统应采用集成化的干法施工技术，可以采用结构体与装修体相分离的CSI住宅建筑体系，做到安装快捷、无损维修、优质环保。
装配式建筑集成技术应是装配式建筑发展的重点研究内容，是提高装配式建筑品质和效益的关键，而全专业、全过程的技术前置是集成化设计的核心。
1. 装配式混凝土建筑平面设计
装配式混凝土建筑的平面设计在满足平面功能的基础上考虑有利于装配式建筑建造的要求，遵循“少规格、多组合”的原则，建筑平面应进行标准化、定型化设计，建立标准化部件模块、功能模块与空间模块，实现模块多组合应用，提高基本模块、构件和部品重复使用率，有利提升建筑品质、提高建造效率及控制建设成本。
（1）总平面设计
装配式混凝土建筑的总平面设计应在符合城市总体规划要求，满足国家规范及建设标准。在前期策划与总体设计阶段，应对项目定位、技术路线、成本控制、效率目标等作出明确要求。对项目所在区域的构件生产能力、施工装配能力、现场运输与吊装条件等进行充分考虑，各专业应协同配合，结合预制构件的生产运输条件和工程经济性，安排好装配式建筑结构实施的技术路线、实施部位及规模。在进行现场总体施工方案的制定时，充分考虑构件运输通道、吊装及预制构件临时堆场的设置。
考虑到装配式建筑建造的特殊性，总平面设计须考虑以下三个方面：
（1）外部运输条件：预制构件运输从构件生产地到施工现场塔吊所覆盖的临时停放区，整个运输过程的道路宽度、荷载、转弯半径、净高等满足通行条件。如交通条件受限，应统筹考虑设置其他临时通道、出入口或道路临时加固等措施，或改变预制构件的空间尺寸、规格、重量等，以保证预制构件的顺畅到达。
（2）内部空间场地：大部分预制构件运至现场，经短时间存放或立即进行吊装，存放场地的大小、位置安排直接影响到施工的效率和秩序。在总平面设计时，应综合施工顺序、塔吊半径、塔吊运力等，对构件存放场地作合理设置，应尽量避开施工开挖区域。
（3）内部安装动线：预制构件安装的施工组织计划和各施工工序的有效衔接相比传统的施工建造方式要求更高，总平面设计要结合施工组织与构件安装动线进行统筹考虑。一般情况要求总平面设计为装配式建筑生产施工过程中构件的运输、堆放、吊装预留足够的空间，在不具备临时堆场的情况下，应尽早结合施工组织，为塔吊和施工预留好现场条件。
（2）建筑平面设计
装配式混凝土建筑平面设计除满足建筑使用功能需求外，应考虑有利于装配式混凝土建筑建造的要求。建筑平面设计需要整体设计的思想，平面设计不仅需要考虑建筑各功能空间的使用尺寸，还应考虑建筑全寿命期的空间适应性，让建筑空间适应使用中不同时期的不同需要。建筑平面设计应在以下几个方面满足装配式建筑的设计要求。
大空间结构形式
大空间结构形式设计有利于减少预制构件的数量和种类，提高生产和施工效率，减少人工，节省造价。设计要尽量按一个结构空间来设计公共建筑单元空间或住宅的套型空间。根据结构受力特点合理设计结构预制构配件与部品的尺寸，考虑预制构配件与部品的定位尺寸既要满足平面功能的需要，又应符合模数协调的原则。
室内空间的划分应尽量采用轻质隔墙。可以采用轻钢龙骨石膏板、轻质条板、家具式分隔墙等轻质隔墙灵活分隔空间。轻质隔墙可以利用其空腔进行设备管线设置，方便维修和改造，节约空间，形成一体化隔墙系统，利于建筑的可持续发展。
平面形状
装配式混凝土建筑的平面形状、体型及构件的布置对结构抗震性能影响很大，应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011）的相关规定。平面形状、建筑形体的设计应重视其规则性对结构安全及经济合理性的影响，宜择优选用规则的形体，不应采用严重不规则的平面布局。宜选用以结构单元空间为功能模块的大空间平面布局，合理布置柱、墙及核心筒位置，公共交通空间宜集约布置，竖向管线宜集中设置管井，满足使用空间的灵活性和可变性。
《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ 1）中对平面布置有如下规定：
（1）平面形状宜简单、规则、对称，质量、刚度分布宜均匀；不应采用严重不规则的平面布置；
（2）平面长度不宜过长，长宽比（L/B）宜按表3.1采用；
（3）平面突出部分的长度l不宜过大、宽度b不宜过小，l/Bmax、l/b宜按表采用；
（4）平面不宜采用角部重叠或细腰形平面布置。
表3.1 平面尺寸及突出部位尺寸的比值限值
平面设计中应将承重墙、柱等竖向构件上、下连续，结构竖向布置均匀、合理，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力沿竖向突变，应符合结构抗震设计要求。
标准化设计的方法
装配式混凝土建筑平面设计应采用标准化、模数化、系列化的设计方法，应遵循“少规格、多组合”的原则，建筑基本单元、连接构造、构配件、建筑部品及设备管线等尽可能满足重复率高、规格少、组合多的要求。
平面设计中的开间与进深尺寸应采用统一模数尺寸系列，并尽可能优化出利于组合的尺寸规格。建筑单元、预制构件和建筑部品的重复使用率是项目标准化程度的重要指标，在同一项目中对相对复杂或规格较多的构件，同一类型的构件一般控制在三个规格左右并占总数量的加大比重，可控制并体现标准化程度。对于规格简单的构件用一个规格构件数量控制。
《工业化建筑评价标准》（GB/T 51129）中评分规则对标准化设计的要求如下表所示。
表3.2 标准化设计的要求
公共建筑的基本单元主要是指标准的结构空间。居住建筑则是以套型为基本单元进行设计，套型单元的设计通常采用模块化组合的方法。对于部品组合要求较高的功能模块空间，如住宅厨房和卫生间，平面布置应紧凑合理。应按净模尺寸设计，满足集成式厨房和卫生间的设备设施及装修要求。建筑的基本单元、构件、建筑部品重复使用率高、规格少、组合多的要求也决定了装配式建筑必须采用标准化、模数化、系列化的设计方法。
住宅模块化设计
装配式混凝土建筑的设计应以基本单元或基本套型为模块进行组合设计。在装配式住宅的平面设计中，运用模块化的设计方法，将优化后的套型模块与核心筒模块进行多样化的平面组合。
套型模块可分解成若干独立的、相互联系的功能模块，对不同模块设定不同的功能，以便更好地解决复杂、大型的功能问题。模块应具有“接口、功能、逻辑、状态”等属性。其中接口、功能与状态反应模块的外部属性，逻辑反应模块的内部属性。模块应是可组合、分解和更换的。套型模块应进行精细化设计，考虑系列化要求，同系列套型间应具有一定的逻辑及衍生关系，并预留统一的接口。
住宅套型模块由起居室、卧室、门厅、餐厅、厨房、卫生间、阳台等功能模块组成。应在满足居住需求的前提下，提供适宜的空间尺度控制，并用大空间加以固化。
套型模块的设计，可由标准模块和可变模块组成。在对套型的各功能模块进行分析研究的基础上，用较大的结构空间满足多个并联度高的功能空间的要求，通过设计集成与灵活布置功能模块的方法，建立标准模块（如起居室+卧室的组合等）。可变模块为补充模块，平面尺寸相对自由，可根据项目需求定制，便于调整尺寸进行多样化组合（厨房+门厅的组合等）。可变模块与标准模块组合成完整的套型模块。
（1）起居室模块：按照套型的定位，满足居住者日常起居、娱乐、会客等功能要求，注意控制开向起居室的门的数量和位置，保证墙面的完整性，便于各功能区的布置。
（2）卧室模块：按功能使用要求分为双人卧室、单人卧室及卧室与起居合并的三种类型。卧室与起居合二为一时，应不低于起居室的标准，满足符合睡眠的功能，适当考虑空间布局的多样性。
（3）餐厅模块：包含独立餐厅及客厅就餐区域。当厨房面积不足时，不具备冰箱放置的空间时，在餐厅或兼餐厅的客厅内要增加冰箱摆放的空间，餐桌旁设置餐具柜等，摆放微波炉等厨用电器。
（4）门厅模块：包括收纳、整理妆容及装饰等功能，可根据一般生活习惯对各功能合理布局，结合收纳部品进行精细化设计。
（5）厨房模块：包括洗涤、操作、烹饪、收纳、冰箱、电器等功能及设施，应根据套型定位合理布置。厨房中的管道井应集中布置并预留检修口。厨房设计应遵循模数协调标准，优选适宜的尺寸数列进行以室内完成面控制的模数协调设计，设计标准化的厨房模块，满足功能要求并实现工厂化生产及现场的干法施工。装配式住宅设计应优选整体式厨房。
（6）卫生间模块：包括如厕、洗涤、盥洗、洗浴、洗衣、收纳等功能，应根据套型定位及一般使用频率和生活习惯进行合理布局。卫生间设计应遵循模数协调的标准，设计标准化的卫生间模块，满足功能要求并实现工厂化生产及现场的干法施工，优先选用同层排水的整体式卫生间。
核心筒模块的设计应满足使用功能及规范要求，其模块主要由楼梯间、电梯井、前室、公共廊道、候梯厅、设备管道井、加压送风井等各功能分模块组成，应合理确定各分模块的空间尺寸以及相互间的合理布局，应根据使用需求进行标准化设计，满足使用要求、规范要求、经济性要求，核心筒模块设计应考虑以下要求。
（1）在满足国家相关规范的基础上，从使用的安全性和交通的便捷性出发，考虑舒适性和经济性，合理布局各功能模块。
（2）电梯的设置是核心筒设计的一个重要部分，其数量、规格、组合方式将直接影响到建筑的使用和品质。
（3）楼梯的设计应满足疏散要求，合理设置楼梯的位置与数量，最大程度节约公共交通面积，提高使用率。楼梯应实现标准化设计，方便后期进行工厂化预制与装配化施工。
（4）前室、候梯厅、公共廊道等关系到使用的舒适度，前室和候梯厅应有良好的采光通风条件。
（5）设备管井应考虑机电设备管线的集中布置，合理布置节约面积，同时预留检修空间。功能安排上应考虑强弱电设备管井不共用、强电不与水暖管井相邻、排烟井尽量设置在角部，公共卫生间与开水间尽可能靠近水管井等要求。
2.装配式混凝土建筑立面与剖面设计
装配式混凝土建筑的立面设计，应采用标准化的设计方法，通过模数协调，依据装配式建筑建造方式的特点及平面组合设计实现建筑立面的个性化和多样化效果。
依据装配式建筑建造的要求，最大限度考虑采用标准化预制构件，并尽量减少立面预制构件的规格种类。立面设计应利用标准化构件的重复、旋转、对称等多种方法组合，以及外墙肌理及色彩的变化，可展现出多种设计逻辑和造型风格，实现建筑立面既有规律性的统一，又有韵律性的个性变化。
（1）立面设计
装配式混凝土建筑的立面是标准化预制构件和构配件立面形式装配后的集成与统一。立面设计应根据技术策划的要求最大限度考虑采用预制构件，并依据“少规格、多组合”的设计原则尽量减少立面预制构件的规格种类。
建筑立面应规整，外墙宜无凸凹，立面开洞统一，减少装饰构件，尽量避免复杂的外墙构件。居住建筑的基本套型或公共建筑的基本单元在满足项目要求的配置比例前提下尽量统一。通过标准单元的简单复制、有序组合达到高重复率的标准层组合方式，实现立面外墙构件的标准化和类型的最少化。建筑立面呈现整齐划一、简洁精致、富有装配式建筑特点的韵律效果。
图3.4 装配式建筑的立面设计
建筑竖向尺寸应符合模数化要求，层高、门窗洞口、立面分格等尺寸应尽可能协调统一。门窗洞口宜上下对齐、成列布置，其平面位置和尺寸应满足结构受力及预制构件设计要求。门窗应采用标准化部件，宜采用预留副框或预埋等方式与墙体可靠连接，外窗宜采用合理的遮阳一体化技术，建筑的围护结构、阳台、空调板等配套构件宜采用工业化、标准化产品。
（2）建筑高度及层高
装配式混凝土建筑选用不同的结构形式，可建造的最大建筑高度不同。装配整体式结构房屋的最大适用高度参见结构设计部分。
装配式建筑的层高要求与现浇混凝土建筑相同，应根据不同建筑类型、使用功能的需求来确定，应满足专用建筑设计规范中对层高、净高的规定。
影响建筑层高的因素包括建筑使用要求的净高尺寸、梁板的厚度、吊顶的高度等。如采用SI体系设计的楼地面高度与传统地面高度相比是不同的。传统楼地面做法是将电气管线、弱电布线等预留预埋敷设在叠合楼板的现浇层内，设备管线敷设在地面的建筑垫层内，如给水管、暖气管、太阳能管线等的预留预埋；SI体系设计采用的建筑结构体与建筑内装体、设备管线相分离的方式，取消了结构体楼板和墙体中的管线预留预埋，而采用与吊顶、架空地板和轻质双层墙体结合进行管线明装的安装方式。
建筑专业层高设计应与结构、机电及室内装修专业协同一体化设计，配合确定梁的高度及楼板的厚度，合理布置吊顶内的机电管线、避免交叉，尽量减少空间占用，合理确定建筑的层高和净高，满足建筑的使用要求。
图3.5 装配式建筑SI内装体系的层高设计比较
（3）外墙立面分格与装饰材料
装配式混凝土建筑的立面分格应与构件组合的接缝相协调，做到建筑效果和结构合理性的统一。
装配式建筑要充分考虑预制构件工厂的生产条件，结合结构现浇节点及外挂墙板的受力点位，选用合适的建筑装饰材料，合理设计立面划分，确定外墙的墙板组合模式。立面构成要素宜具有一定的建筑功能，如外墙、阳台、空调板、栏杆等，避免大量装饰性构件，尤其是与建筑不同寿命的装饰性构件，影响建筑使用的可持续性，不利于节材节能。
预制外挂墙板通常分为整板和条板。整板大小通常为一个开间的长度尺寸，高度通常为一个层高的尺寸。条板通常分为横向板、竖向板等，也可设计成非矩形板或非平面板，在现场拼装成整体。采用预制外挂墙板的立面分格应结合门窗洞口、阳台、空调板及装饰构件等按设计要求进行划分，预制女儿墙板宜采用与下部墙板结构相同的分块方式和节点做法。
装配式混凝土建筑的外墙饰面材料选择及施工应结合装配式建筑的特点，考虑经济性原则及符合绿色建筑的要求。
预制外墙板饰面在构件厂一体完成，其质量、效果、耐久性都要大大优于现场作业，省时省力、提高效率。外饰面应采用耐久、不易污染、易维护的材料，可更好地保持建筑的设计风格、视觉效果和人居环境的绿色健康，减少建筑全寿命期内的材料更新替换和维护成本，减少现场施工带来的有害物质排放、粉尘及噪音等问题。外墙表面可选择混凝土、耐候性涂料、面砖和石材等。预制混凝土外墙可处理成彩色混凝土、清水混凝土、露骨料混凝土及表面带图案装饰的拓模混凝土等。不同的表面肌理和色彩可满足立面效果设计的多样化要求，涂料饰面整体感强、装饰性好、施工简单、维修方便，较为经济；面砖饰面、石材饰面坚固耐用，具备很好的耐久性和质感，且易于维护。在生产过程中饰面材料与外墙板采用反打工艺一次制作成型，减少现场工序，保证质量，提高饰面材料的使用寿命。
