预制叠合楼板设计标准化与生产合理化问题及策略思考

发布时间:2022-05-15 11:36:03 论文编辑:vicky

本文是一篇工程硕士论文,本文基于模块化设计理念及楼板拆分设计影响要素,提出了实现预制叠合楼板设计标准化与生产合理化的有效性对策。

第 1 章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 装配式建筑的发展

随着经济的快速发展,我国正步入社会经济产业转型升级、实现高质量发展的全新阶段[1]。长期以来,我国建筑业现场作业条件差、建造效率低、资源消耗大、垃圾排量大、建筑质量不稳定等问题日益凸显,这种粗放的生产方式不符合我国当下阶段的政策[2]。为了摆脱这种传统的建造模式,我国目前正加速建筑产业现代化建设,大力推动装配式建筑的发展[3]。

装配式建筑的结构设计不同于传统现浇结构,传统的现浇结构设计是由建筑设计院进行相应的方案及施工图设计,施工单位可直接根据施工图进行现场施工。而装配式建筑需要将传统的现浇结构拆分成特定的预制构件,由工厂生产加工后运输至施工现场进行组装[4]。装配式建筑强调设计标准化、生产工厂化、施工装配化、管理信息化及应用智能化。装配式建筑的设计生产环节众多,任何一环节都可能影响整个工程的效率与质量。因此实现装配式建筑设计标准化与生产合理化对推动装配式建筑发展具有十分重要的意义。

1.1.2 预制叠合楼板设计生产存在的问题

装配式建筑结构方案应满足预制率要求,通常情况下,水平构件采用预制构件或免支模的应用比例应≥70%[5]。预制叠合楼板作为水平构件中最主要的部品,实现其设计标准化与生产合理化存在一定的必要性。现阶段预制叠合楼板设计生产中主要存在以下问题:

1、装配式建筑在建筑方案设计时房间尺寸种类过多,不能实现模数化及标准化设计,导致结构拆分设计阶段预制叠合楼板种类过多。

2、现阶段预制叠合楼板在设计上并无统一标准化拆分方案,导致拆分后的叠合楼板种类众多,同时存在一些预制叠合楼板尺寸过大,不能满足预制构件厂生产及运输条件[6]。

3、不同实际工程项目之间预制叠合楼板种类相同率较低,导致预制叠合楼板模具不存在通用性,提高生产成本,降低生产效率。

1.2 研究目的和意义

1.2.1 研究目的

对于建筑设计院而言,现阶段并没有一套标准化拆分设计方案供设计人员使用,导致预制叠合楼板的拆分设计中存在着很大的不确定性。对预制构件厂而言,由于拆分方案设计不具备标准化导致预制构件种类繁多、规格复杂。预制叠合楼板模具在不同工程之间不存在通用性,存在着一定程度上的浪费,大大的提高了工程的生产成本。因此,本文的研究目的是使装配式建筑预制叠合楼板的拆分方案实现标准化设计,这样能够使标准构件的种类数量控制在一定的合理范围,减少生产模具的成本,与此同时合理的选用模具的种类并提高现有模具的通用性,进而实现预制叠合楼板的合理化生产。

1.2.2 研究意义

本文研究的课题为装配式建筑预制叠合楼板设计标准化与生产合理化问题及对策研究,其主要研究意义如下:

1、通过对建筑设计院和构件厂预制叠合楼板设计生产实际调研,分析现阶段预制叠合楼板结构设计阶段存在的问题及原因。为解决预制叠合楼板设计标准化问题提出相应的对策。为建筑设计院和预制构件厂在预制叠合楼板的结构设计上提供了一定的参考。

2、通过实际工程项目内与不同项目间预制叠合楼板模具生产性的比较分析,分析现阶段制约预制叠合楼板生产合理化的问题及原因,基于提高预制叠合楼板生产效率与降低成本等角度为预制构件厂提供一定有效性建议。

3、实现预制叠合楼板的设计标准化与生产合理化满足装配式建筑发展的初衷,减少了建筑设计院和预制构件厂设计人员的工作量,同时保证建筑设计院和预制构件厂顺利对接,省略了预制叠合楼板二次拆分设计阶段,同时提升了预制叠合楼板的生产性,一定程度上推动了装配式建筑的发展。

第 2 章 预制叠合楼板设计体系标准化问题研究

2.1 预制叠合楼板结构设计体系

2.1.1 建筑设计院预制叠合楼板结构设计体系

现阶段我国装配式混凝土结构设计的核心理念为“等同现浇”,因此对于建筑设计院来说,装配式建筑设计一般分为两个阶段,一是常规设计阶段即与传统现浇结构设计相同,另一阶段是一次拆分阶段即装配式建筑特有的结构拆分设计阶段。建筑设计院装配式预制叠合楼板结构流程图如图 2-1 所示。

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在建筑设计上,装配式建筑与传统现浇建筑大致相同,一般可分为方案设计,初步设计和施工图设计。但与传统的建筑方案设计不同点是,方案设计需要充分考虑装配式建筑的特点,尽量做到标准化、模数化,从装配式建筑设计的源头入手,尽量统一房间尺寸及大小,减少户型的种类,提高预制叠合楼板构件重复率可以大大减少模具成本,提高生产效率及现场施工效率,进一步缩短工期[17]。结构专业在设计上应按照传统现浇钢筋混凝土结构进行结构方案的设计计算以及结构施工图的绘制,其他相关专业也应按照传统现浇结构进行各专业的施工图设计。常规阶段的最后,建筑设计院应进行施工图的审查,审查通过后则进行下一阶段的设计环节即一次拆分阶段。

2.2 预制叠合楼板设计体系存在的问题

通过对预制叠合楼板结构设计体系的分析,总结了现阶段预制叠合楼板结构设计体系中存在以下几方面问题及原因:

1、现有图集不具备实用性与通用性。现有图集 15G366-1 所包含的叠合板为桁架钢筋混凝土叠合板,根据其受力特点分为单向板和双向板,图集中标准板宽度分别为 1200 mm、1500 mm、1800 mm、2000 mm、2400 mm 五种。标志宽度固定的叠合板,其长度为可变尺寸。图集中分别绘制了各种类尺寸叠合板的模板图、配筋图及材料表,同时还对叠合板的各连接节点处的构造进行了相应的设计[28]。本图集适用于装配式剪力墙结构中的水平构件拆分设计时叠合楼板的选取,提供了各种类尺寸叠合板构件的深化设计详图,非常方便设计人员在进行预制叠合楼板拆分时所进行的选板工作。对于预制构件厂来说,由于图集中叠合板尺寸均为标准尺寸,因此可以直接根据图集进行生产,符合当下装配式建筑发展的需求,但是在实际工程项目中,图集的使用效果并不存在实用性。现阶段图集中的基本对象均是单一的叠合板块,并且板块的宽度均为标准尺寸,因此在使用图集时,需要将一个房间合理的拆分成若干图集中的标准叠合板块。为了满足图集的使用要求,在选用图集时需要将所拆分的各个板块的尺寸尽可能最大限度的选取图集中标准叠合板的尺寸,这样才能保证叠合板直接选用图集中模板图、配筋图以及深化设计详图等一系列图纸。但是采用现有图集的选取方法进行楼板设计时,拆分后的叠合板种类偏多,无法满足“少规格,多组合”的原则。由于各建筑房间的尺寸不同,且在拆分时还应考虑叠合板拼缝的尺寸,因此很难保证房间所拆分的各个叠合板的尺寸均符合叠合板图集中的标准尺寸,即使房间所拆分的板块中有若干板块尺寸符合叠合板图集中的标准尺寸,剩余的板块也很难匹配叠合板图集中的标准尺寸,导致单一建筑房间所拆分的叠合板种类增加。若整体工程均选用标准图集中的叠合板,不仅增加了设计人员的工作量,也增加叠合楼板的种类,导致相对应的模具种类增加,同时提高工程成本,降低生产效率[30]。因此现有图集不具备一定的实用性,使用此标准图集不仅增加了设计人员的工作量,同时也违背了标准化设计的初衷。

第 3 章 预制叠合楼板生产合理化问题研究....................................26

3.1 预制叠合楼板生产体系.................................................. 26

3.1.1 预制叠合楼板生产流程...........................................26

3.1.2 预制叠合楼板模具.....................................................27

第 4 章 预制叠合楼板设计标准化对策........................................33

4.1 模块化设计思想...................................... 33

4.2 预制叠合楼板拆分设计考虑因素.................................... 34

4.3 预制叠合楼板标准化设计流程........................... 38

第 5 章 预制叠合楼板生产合理化对策........................52

5.1 预制叠合楼板设计标准化................................ 52

5.2 提高模具通用性........................................................ 52

第 5 章 预制叠合楼板生产合理化对策

5.1 预制叠合楼板设计标准化

本章主要研究的内容是基于生产性的预制叠合楼板生产合理化对策,由于预制叠合楼板的生产离不开模具,并且现阶段叠合楼板的模具并不存在通用性,且存在一定程度上的浪费[52]。因此合理的对预制叠合楼板的生产性上进行优化研究,为实现预制叠合楼板合理化生产提出相应对策,提高预制叠合楼板的生产效率,降低模具使用成本,推动装配式建筑发展,早日实现工业化生产[53]。

预制叠合楼板的生产离不开设计,现阶段多项工程之间在叠合楼板的拆分方案上并没有一套标准体系,由第 3 章可知,笔者基于模块化的角度考虑,以矩形且四边固定的房间为基本单元进行叠合楼板标准化拆分程序的设计,建筑设计院和预制构件厂通过参考笔者所设计的小程序,可以在设计源头进行合理的标准化设计[54]。只有这样才能使多项工程之间的叠合板种类存在一定程度上的相同性,而相同种类尺寸的叠合板所用到的模具也是相同的,标准化设计能够提高叠合板模具的通用性,提高生产效率并降低模具制作成本[55]。

通常情况下,排除由孔洞影响的异形叠合板,规格矩形的一套叠合板的模具是由四个边模组成,虽然多项工程之间整套的模具相同率极低,但却存在相同尺寸大小的边模,虽然模具上均存在一定钢筋的孔洞,但一般来说各项工程的钢筋间距均为 200 mm,这也是设计人员在设计时对预制构件厂的考量,且模具的端部是由螺栓固定,即使端部边模伸出一定长度,但并不影响其生产,只要保证组成的模具其尺寸符合所生产的叠合板的尺寸要求即可[56]。现阶段的各项工程中均存在大量的所剩的模具,这些模具的周转次数并未达到其使用寿命,因此合理的在多项工程之中运用这些相同尺寸的边模,可提升模具的通用性和使用效率并降低其成本[57],下表为十一项工程中边模的尺寸统计表。

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结论

本文以装配式建筑预制叠合楼板为基本研究对象,通过对建筑设计院及构件厂预制叠合楼板设计生产实际调研,阐明了现阶段预制叠合楼板结构设计体系存在的标准化不足问题并分析了影响预制叠合楼板设计标准化的原因。基于模块化设计理念及楼板拆分设计影响要素,提出了实现预制叠合楼板设计标准化与生产合理化的有效性对策,论文的主要工作和结论如下:

1、研究表明现阶段预制叠合楼板结构设计体系无统一拆分标准,导致了板种增加;存在不同项目间设计标准化程度低、预制叠合楼板模具不具备通用性、模具使用效率低等问题。

2、基于模块化设计理念,提出预制叠合楼板拆分设计方法并进行软件编程与应用,有效解决了实际工程设计上各房间拆分设计合理化和生产性对应问题,进一步提高了预制叠合楼板方案设计标准化及施工图拆分设计的有效性。

3、预制叠合楼板设计标准化与模具选取的合理化,解决了现状预制叠合楼板模具缺乏通用性,模具使用效率低的问题,为预制叠合楼板生产合理化提供了有效对策。

本文创新点在于基于模块化设计理念提出了一套实现预制叠合楼板拆分设计的方法,并将方法流程编入 EXCEL 程序,使用此程序非常简洁方便,大大的减少了设计人员在设计阶段所应考虑的各种因素与计算,节省了工时,实现预制叠合楼板设计标准化与生产合理化。

参考文献(略)

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