全预制装配式阳台结构设计探究

1、引言
　　阳台作为建筑室内外过渡的桥梁，是住宅、旅馆等建筑中不可忽视的一部分。传统阳台结构，大部分为挑梁式、挑板式现浇钢筋混凝土结构，现场施工量较大，施工期较长，不利于发挥现代住宅产业化优势。

　　住宅产业化是指用工业化生产的方式来建造住宅，以提高住宅生产的劳动生产率，提高住宅的整体质量。其中的部品体系，是具有特定功能的一个独立单元，是构成住宅产业化的组成部分，是经过在工厂内预制，作为系统集成和技术配套整体部件，运至施工现场，达到在工程现场组装简捷、施工迅速，提高生产效率，保证工程质量的目标。


　　随着我国住宅产业化的推进，我国住宅建设持续空前发展，越来越多的龙头企业，加入到住宅产业化的行列，阳台作为住宅产业化部品体系中的重要组成部分，一直是众多企业关注的焦点。


　　下面通过对英国米尔哈博工程中全预制装配式阳台结构的设计研究，以期能更好地说明部品体系在住宅产业中的应用，为部品体系的发展做出贡献。


　 　2、工程概况
　　米尔哈博住宅工程位于英国伦敦东区，建筑高度67米，总层数22层，建筑主体为全框架结构体系，楼面为现浇混凝土楼板，楼体四周设计为单元式幕墙，主体结构未设置阳台承重的悬臂挑梁或挑板，阳台设计时需着重考虑与主体结构的固定问题。


　 　3、阳台结构设计
　　3.1概念设计
　　概念设计时既要满足当地建筑规范和技术标准的要求，又要满足业主提出的各项功能策划；既要安全耐用、性能优良，又要易于制造、外形美观、降低成本，在各种要求与限制条件中，寻求对立中的统一。


　　本例中，根据建筑框架结构及外装饰幕墙方案特点，首先整体上确定阳台结构方案：从满足建筑要求、结构安全、施工技术（含产业化要求）、工程造价及美观要求等各方面进行综合分析对比，确定全预制装配式铝型材阳台结构形式，与单元式幕墙一道，标准化设计，工厂预制，整体运输，现场组装，充分发挥现代住宅产业化技术优势。其次确定主结构体系和结构主材：敞开式阳台，可自由享受阳光与美景；铝型材轻型框架底座，最大限度减少环境锈蚀；钢化玻璃护栏，通透安全；铝制彩涂扶手，轻盈亮洁；防腐木地板，亲切自然，美轮美奂。


　 　3.2计算分析
　　通过有限元软件分析计算，从数值上定量地印证先期的设计理念，确定主要构件的截面尺寸和连接做法。建筑风载荷按照BS6399-2:1997取值，活荷载按照BS 6399-1(1996)取值，雪荷载按照BS 6399-3(1988)取值，铝型材结构设计按照BS8118规范，建筑用钢制结构设计按照BS5950规范。
　　
　　此处，需重点验算螺栓、混凝土楼板的强度，以及钢结构支架的强度、力矩、弯矩，必要时对钢结构支架分解后的每一构件进行精确的计算分析。及时调整结构布置及构件尺寸，使得结构计算结果如挠度、应力等充分满足规范要求。

　　3.3构造设计
　　在此阶段，设计单位及业主对送审方案通过后，全部设计的重点基本解决，后续的细节设计不会引起结构大的改变。这阶段设计的重点从大局入手，运用从整体到局部的思维方法，进行所有构件的细部设计，即构件结构设计及节点大样设计。重点是扶手的固定形式、玻璃的固定连接方式、阳台与楼板的固定、阳台与外饰幕墙的衔接等。


　 　4、结构设计关键问题
　　4.1价值工程理论在产品设计方案中的应用
　　应用价值工程理论作指导改进产品设计方案，即以最低的总成本可靠地实现产品的必要功能(主要功能和次要功能)，去掉不必要功能(过剩功能)。在不影响产品功能和使用性能的前提下，尽量减少不必要的材料消耗。


　　本例中，阳台在设计初期的照明系统、安防系统、雨水调蓄排放系统等设施均系“系统性闲置”原因而被废除，极大降低了工程造价。


　　4.2改进产品零部件结构
　　 零部件是组成产品的重要单元。为了提高产品性能，简化装配工作，在保证机械性能和某些特殊功能的情况下，尽可能地简化结构，节约材料。


　　本例中，阳台地面结构是整个建筑工程方案中优化次数最为突出的部位。从钢筋混凝土结构到压型钢板轻质填料结构，再到简单的铝框架结构，随着功能的变化而不断精简。


　　4.3产业化理念设计
　　我国目前正在大力推进的住宅产业化，就是要把过去生产效率低下、工程质量难以保证的现场湿法施工转变为工厂化生产、装配式施工。阳台作为标准化或通用化的建筑部品体系，可组织专业化大批量生产，既便于控制产品质量，缩短生产周期，提高生产效率，降低能源及原料消耗，又便于装配、维修，缩短工期，还降低了施工扬尘，减少了建筑垃圾，改善了人居环境。
　　
　　 5、结束语
　　阳台采用上述结构设计形式，在国内尚无先例，此结构方案，具有良好的抗震性能及抗风压能力。设计中充分运用了现代建筑材料和先进的技术手段来表达现代建筑形象，以合理的结构形式满足建筑功能的实际需求，融技术美学和建筑美学于一身，独特的建筑形象，使之与周边环境相协调并成为当地的亮点工程。