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建筑师应当领衔装配式建筑设计

关键词: 发布时间:2018年05月14日 | 来源:张晓娜

一、关于装配式建筑设计的错误认识


目前装配式建筑的设计存在两个错误的认识:


一是认为装配式建筑的设计是属于结构设计范畴,与建筑设计的关系不大,所以存在建筑设计师对装配式建筑的特点和规律了解不够,在设计过程中基本未考虑装配式建筑的特性,依然按照现浇结构进行设计。


二是将装配式建筑设计看做是后续的附加环节,属于深化设计性质。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。这样就不符合装配式建筑自身的特点和规律,带来了成本高、作业困难、工期长等一系列问题,甚至影响了建筑功能和结构安全。


例如上海某项目在设计阶段完全是按照传统现浇结构设计,平面布置很不规则,违背了装配式建筑平面布置应规则化的原则。施工单位拿着设计院所出的施工图纸,去进行深化设计,把本来不是模数化、标准化的项目硬拆分为装配式,导致构件种类多达几千种,造成模具成本增加、工期延长等问题。


二、装配式建筑的推动与发展


20世纪,装配式建筑的发生和发展都是由建筑师推动的,世界级的建筑大师都是装配式建筑的提倡者、引领者和实践。


普林斯顿大学学生宿舍是世界著名建筑大师贝聿铭的装配式建筑代表作之一,该学生宿舍是4层建筑,一共8栋(如图1所示)。在方案设计规程中,贝聿铭就提出采用装配式,8栋建筑全部构件均为预制,墙板最长12米,重1.78吨。墙板与墙板、墙板与楼板之间用螺栓连接。学生宿舍于1973年建成,是美国最早的全装配式钢筋混凝土建筑,因采用装配式混凝土,成本降低约30%,还大大缩短了工期,建筑风格也颇有特色。这是建筑师早期在方案阶段与结构工程师、制作企业、施工企业早期协同,形成了比较合理的方案的典型案例。

图1 普林斯顿大学学生宿舍


著名建筑大师奈尔维是结构专业出身,并从事过2年相关工作,对钢筋混凝土的技术特点有深入的了解。其设计的意大利都灵展览馆(1949年建成)是钢筋混凝土薄壳建筑,屋顶采用波浪形薄壳拱,纵横两个方向都是拱型。波浪形薄壳拱截面惯性矩大,受力性能好(如图2所示)。为了缩短工期,降低造价,奈尔维创造性地采用了装配式技术,将薄壳拱拆分成小块预制,连接处用后浇混凝土进行连接。现在装配式建筑应用的叠合技术源于奈尔维。

图2 意大利都灵展览馆


奈尔维是一位伟大的结构工程师和建筑师。他富于创新精神,大胆尝试新的结构技术,是一位将建筑功能、建筑艺术、结构合理性和成本控制结合得最好的设计师,他不仅能表达钢筋混凝土的诗意,也能表达钢筋混凝土的哲学逻辑和理性,展现出科学之美。


三、装配式建筑为什么由建筑师领衔设计?


笔者认为,装配式建筑设计应该由建筑师来领衔,不能把它单独看做是结构专业的工作范畴,也不能将其归为后期厂家拆分的任务。建筑师来领衔做好装配式设计,包括以下五点:


第一是与建筑专业自身与装配式有关设计规律的掌握和优势的运用。比如建筑表皮、建筑外围护结构的集成化等,特别是拆分、连接设计后建筑立面的艺术效果,这是其它专业不能取代的,只有建筑师很好的运用装配式工艺,才能使得自己的艺术设想得以实现。从这个意义上讲,建筑师应当领衔装配式建筑设计,投入到掌握装配式的规律。


第二是领衔整个设计团队和后续环节的协同。规范也要求装配式建筑应采用大开间大净深、空间灵活可变、平面规则化的布置方式,对装配式建筑降低成本、缩短工期都比较有利,这是除了建筑专业不能被别的的专业取代的。


第三是装配式建筑要求尽可能集成设计。例如装配式建筑围护结构应尽可能实现建筑、结构、保温、装饰一体化(如图3所示),内部装饰也应当集成化,为此,除了建筑专业自身与装配式有关的设计外,还需要集成结构、装饰、水电暖设备各个专业与装配式有关的设计。特别是涉及建筑、结构、装饰和其他专业功能一体化和为提升建筑功能与品质而进行的对传统做法的改变,都应当由建筑师领衔。

图3 石材反打装饰一体化墙板


第四是装配式建筑强调各个专业的协同设计。因为装配式建筑的装配特点要求部品部件有精准的衔接性,不精准就装配不了,而不同部品部件是由各个专业集成一体化的,比如构件中各个专业所需预埋管线的预埋和洞口的预留等,这就需要建筑专业来组织结构、水电、设备和装修等各个专业互相配合,进行协同设计。


图4是一个安装好的预制墙板,因为设计时沟通不细,构件设计图中没有埋设电气管线的内容,构件安装后才发现无法敷设电线,不得不在构件上凿沟埋线。这样做不仅麻烦,而且破坏的结构构件,会形成结构安全隐患。

图4 预制构件后期开槽


第五是装配式建筑强调各环节的协同设计。这就要求建筑师来领衔,与制作、运输、安装等各个环节互动,进行协同设计,将所各环节需要的预埋件在构件中预留,包括脱模、翻转、安装、临时支撑、调节安装高度、后浇模板固定、安全护栏固定等预埋件(如图5、图6所示)。

图5 构件预埋支后浇混凝土模板预埋螺母

图6 工地塔吊的横向支撑架在主体结构上


四、装配式建筑设计包括哪些内容


装配式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。建筑设计师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,建筑设计关于装配式的内容包括:


(1)对项目约束条件进行调查,判断是否有条件做装配式建筑,做出相应结论。


(2)在确定建筑风格、造型、质感时分析判断装配式的影响和实现可能性。例如,PC建筑不适宜造型复杂且没有规律性的立面;无法提供连续的无缝建筑表皮。


(3)在确定建筑高度时考虑装配式的影响。


(4)在确定形体时考虑装配式的影响。


(5)一些地方政府在土地招拍挂时设定了预制率的刚性要求,建筑师和结构设计师在方案设计时须考虑实现这些要求的做法。


3、施工图设计阶段,建筑设计关于装配式的内容包括:


(1)与结构工程师确定预制范围,哪一层、哪个部分预制;


(2)设定建筑模数,确定模数协调原则;


(3)在进行平面布置时考虑装配式的特点与要求;


(4)在进行立面设计时考虑装配式的特点,确定立面拆分原则,与结构设计师协同拆分;


(5)依照装配式特点与优势设计表皮造型和质感;


(6)进行外围护结构建筑设计,尽可能实现外围护系统的集成化设计,进行建筑、结构、保温、装饰一体化设计;


(7)设计外墙预制构件接缝防水防火构造;


(8)根据门窗、装饰、厨卫、设备、电源、通讯、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。


(9)统筹内装系统的设计,根据国家标准《装标》的要求,装配式混凝土建筑应实现全装修,对此,建筑设计应当统筹内装修设计,组织装修设计师与结构、设备管线,建筑各专业进行协同设计。


(10)统筹结构、围护、内装、设备管线各个系统的集成设计,包括外围护一体化墙板、集成式厨房、集成式卫生间、整体收纳柜、以及装配式楼地面、墙面、吊顶、内隔墙的部品集成等。


(11)当该项目采用管线分离和同层排水时,统筹机电设备、结构、内装等相关专业的协同设计,国家标准《装标》要求宜采用设备管线分离的方式,宜实现同层排水的方式,是否要采用管线分离和同层排水的这种方式是由甲方来决定的,不是必然的选择。


(12)将各专业对建筑构造的要求汇总等。


作者简介:


张晓娜,《装配式混凝土建筑-建筑设计与集成设计200问》一书主编,现任沈阳兆寰现代建筑构件有限公司副总工程师。2009年毕业于华中科技大学,曾担任设计院结构设计主任,近年来从事装配式建筑的研发与设计,涉足领域较广,包括结构设计和建筑设计。还参与了《GRC幕墙与建筑装饰构件的设计、制作及施工》、《装配式混凝土结构建筑的设计、制作与施工》、高校教材《装配式混凝土建筑构造与设计》和辽宁省装配式建筑地方标准图集的编写工作。

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