随着国家及地方装配式建筑相关政策的推动，尤其是《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》^[1]中要求，“力争用10年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%”，装配式建筑真正在全国主要城市全面开展起来。国内主要城市对于装配式建筑的实际推进程度有较大差别，上海、深圳、北京等一线城市推进较早，装配式建筑项目规模较大，装配式相关技术经过较多实践的验证和优化，相对比较成熟，已经向进一步提高建筑性能、综合集成和实施效率方面发展;其他大部分城市的装配式建筑发展处于初步阶段，主要体现在低预制率、低装配率要求和少数简单构件的重点推广上，对于装配式建筑综合集成的要求也涉及较少或比较低。但不同城市的装配式建筑的远期发展方向均为实现建筑高性能、环保节能、长寿命、综合集成、全程高效建造等目标，体现越来越高的工业特征。

　　 目前装配式建筑设计中，与结构专业相关的工作量较多，主要有装配式结构体系选择、预制构件布置、结构计算及调整、连接节点设计、预制构件深化设计等。由于装配式建筑各专业信息集成主要载体为预制构件，而预制构件通常包括结构主体构件、非结构的围护构件及混合型构件 (即同时包含结构主体部分及填充部分的预制构件) ，所以预制构件深化设计基本由结构设计人员或非结构专业但有结构技术能力的深化设计人员完成。装配式建筑的结构设计及预制构件深化设计不仅仅需要考虑结构本身，还需要考虑建筑使用功能、机电设置及管线布置、装修设计及连接、构件加工、运输及保护、施工安装、质量监管及检测、用工控制及绿色施工等，这导致装配式建筑的结构设计范畴已多于传统现浇结构，其设计具有更多综合集成性特点。

　　 鉴于以上装配式建筑设计特点，参考较多项目经验，本文从结构专业角度介绍几个典型的装配式建筑相关案例并作一定的原因分析，且对装配式建筑的发展提出设想。

　　 杭州万科“北辰之光”14#楼 (图1) 为27层，建筑面积13 654m², 1, 2层为商铺，3层为架空层，1层层高为4.2m, 2, 3层层高为3.6m, 4层及以上为考虑适老功能的公寓，层高2.8m。设计于2012年，建成于2014年。

　　 14#楼采用框架-剪力墙结构体系，主体结构均为现浇，剪力墙厚200mm，框架柱主要截面尺寸为400×500, 500×700。墙、柱混凝土强度等级:1～5层为C50;6～9层为C45;10～13层为C40。梁、板混凝土强度等级均为C30。部分外围护采用预制混凝土挂板，挂板厚150mm。标准层楼梯间梯板采用预制，端部预留滑动变形空间。结构平面布置充分考虑了大空间可改造的要求，套内不设竖向构件;挂板采用上端线支撑-底部点式限位形式。陈涛等^[2]研究表明，外挂墙板对主体结构的承载力、刚度和延性基本没有影响，外挂墙板对主体结构承载力的影响在1%左右，对刚度和延性的影响在10%左右。所以结构整体分析按现浇框架-剪力墙进行，主要对预制构件出筋部分进行了施工模拟，以确保安装方便。本项目单体预制率约12%，现场施工表明，整体效率较高，有效地减少了外墙施工工序，提高了建筑质量。

　　 本项目是外挂板装配式技术初步应用的一次实践，出于主动采用新技术改善工程质量和效率的原因，并非由于政策规定，因此并未选择竖向受力的柱、剪力墙进行预制，而是选择了简单并且有效改善建筑围护性能的外部围护墙体，建筑平面以及结构布置分别如图2、图3所示。施工前充分考虑了设计、加工、安装中可能出现的问题，最终施工过程比较顺利，达到了预定目标，整体成本增量低于预估值。本项目是一次合理且成功的装配式技术应用实践，但总体上属于传统现浇结构的局部工业化应用，为后续更高程度的装配式技术产品构件应用作了先期尝试。

　　 上海万科金色里程B04地块项目是以高层单元和多层联排住宅为主的小区^[3,4]，高层部分为7栋18层住宅 (图4) ，地下1层;地下层高为2.95m，地上层高均为2.935m，单元建筑平面图见图5。本项目设计于2007年，高层单元在国内首次采用叠合剪力墙结构体系，外墙反打面砖，预制叠合外墙厚85mm (包括反打面砖层) ，现浇剪力墙厚度180mm，混凝土强度等级均为C30，单体预制率约18%;结构布置时考虑了大空间理念，减少了套内竖向剪力墙设置 (图6，图中阴影区域表示降板区域) 。本项目的标准化程度非常高，所有7栋高层单体地上只有一个建筑平面单元，立面无突出线脚，同一部位18层构件全部相同，构件种类较少，明显体现了工业化特征;由于该项目设计于2007年，设计时无相关理论参考，故结构分析时针对外墙预制叠合层参与受力与否作了包络计算，对于预制叠合层与现浇剪力墙的整体连接构造进行了加强。

　　 基于本项目，同济大学与上海万科房地产有限公司联合进行了预制叠合剪力墙板的低周反复荷载试验研究^[5]，研究结果表明，预制叠合剪力墙受力变形过程、破坏形态和普通钢筋混凝土剪力墙相似，可以正常工作;其实测极限承载力不小于采用我国《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2001) 中关于普通钢筋混凝土剪力墙承载力计算公式计算得到的极限承载力。章红梅等^[6]做了非线性有限元数值仿真分析，研究结果表明，此类半预制钢筋混凝土叠合墙具有良好的抗侧性能，新老混凝土协同工作性能良好。另外，对于双面叠合剪力墙，相关科研机构的人员也做了大量研究与实践工作，如叶献国、连星、肖波等^[7,8,9]，结论为:预制叠合板式混凝土剪力墙的叠合面具有足够的抗剪强度，能够保证叠合板的整体工作性能，其替代现浇钢筋混凝土剪力墙是可行的;不同边缘约束构造措施的叠合板式剪力墙其抗震性能无明显的差异;拼缝在各工况下能有效传递地震作用力并保持结构空间的整体性能。这些有限元分析及抗震性能试验为相关规范编制及实际项目实践做了大量的支撑工作，近年来叠合式剪力墙结构 (包括单面叠合与双面叠合) 均采用等同现浇的分析方式，且相关参数要求基本等同于现浇结构，这为项目的实施提供了清晰、快速、可靠的设计依据。

　　 上海万科海上传奇项目二、三期^[10]住宅单体采用装配整体式剪力墙结构体系，项目总体建筑效果图如图7所示;住宅地下室均为1层，层高为5.3m;地上20～27层不等，地上标准层层高均为2.9m，结构屋面主要高度为58.0～78.3m不等，外围剪力墙厚250mm，内部剪力墙厚200mm, 6层及以下剪力墙混凝土强度等级为C40, 7～10层剪力墙混凝土强度等级为C35, 10层以上为C30。

　　 主要预制构件为外围剪力墙、凸窗、空调板、阳台及楼梯，单体预制率约26%。结构分析采用等同现浇原则，分析时重点考虑预制墙体拼缝对结构整体刚度影响，分别做了2层高剪力墙3种假定不同拼缝深 (模型1～模型3) 和全高度剪力墙3种假定不同拼缝深 (模型4～模型6) 的有限元分析，结果如表1所示。有限元分析结果表明，防水嵌缝材料的缝深对预制外墙的整体刚度基本没有影响。

　　 对于预制剪力墙部分，由于外墙面无面砖及其他装饰做法，整体刚度及内力分析时不考虑防水嵌缝材料深度的影响，取预制外墙全截面厚度参与计算。对于预制构件水平连接现浇带处的预制混凝土外模 (图8) ，分别按参与或不参与整体刚度做了计算，两者计算结果基本没有差别。预制剪力墙竖向连接采用灌浆套筒，部分墙身采用单排套筒连接 (套筒位置见图9) ，连接钢筋面积不小于连接区段内墙身竖向钢筋的1.1倍，预制剪力墙底部接缝处抗剪满足中震弹性要求，验算时扣除外侧防水嵌缝深度35mm，实际计算结果均满足要求。相关试验研究^{[11,12,13,14]}表明，预制剪力墙的承载能力、刚度、延性和耗能能力与相应的现浇剪力墙基本一致，一般误差在5%以内。按相应的现浇剪力墙结构理论分析结果均可满足性能要求，重点在于项目实际施工过程中的质量管理，要确保实际施工过程符合设计假定情况，而这也是目前实践中的最大争议之处。

　　 杨浦96街坊项目4号楼 (图10) 为装配式建筑，采用框架-核心筒结构，地上18层，地下2层。地下2层层高3.7m;地下1层层高4.85m;地上1层层高6.3m;地上2层及以上为标准层，层高均为4.2m;建筑大屋面高度77.7m，地上建筑面积2.1万m²，单体预制率为38%。

　　 外围框架柱截面尺寸:3～6层为1 000×1 000, 7～12层为800×1 000, 13层及以上为800×800，均单面收进。框架梁主要截面尺寸为500×750, 400×650。剪力墙、框架柱混凝土强度等级:3层及以下为C55, 4～8层为C50, 9～13层为C40, 14层及以上为C30。杨浦96街坊项目结构平面布置图如图11所示。

　　 结构设计时主要从保证整体性能、简化构件生产、方便施工的方面考虑，采取如下措施:底部3层为现浇，针对3层承载力突变问题，适当调整底部3层剪力墙截面，尽量减少抗剪刚度突变，底层按薄弱层计算，地震剪力乘以1.25的放大系数;针对3层开大洞问题，2, 3层楼板均增加板厚，双层双向配置钢筋，配筋率不小于0.25%;控制小震下楼板主应力小于混凝土抗拉强度标准值，中震下楼板钢筋不屈服;预制柱、预制梁及预制板均从4层开始布置，同一层内既有现浇柱、墙肢又有预制柱时，对现浇墙肢及现浇柱水平地震作用下弯矩、剪力乘以不小于1.1的放大系数^[15]。对于装配式部分，主要考虑标准化及施工安装的便利性，同一层预制柱截面均相同，配筋构造只有两种，竖向连接采用全灌浆套筒，同层内预制框架梁截面为X, Y向各一种，预制次梁截面为一种，斜交主梁端部及次梁端部设置现浇带，方便钢筋连接锚固，其余梁端钢筋直接锚入节点，相交两方向梁高设置了100mm高差 (图12) ，通过BIM三维放样，可以精确定位钢筋以有效避让;外圈悬挑楼板为全预制板，端部钢筋锚固段设置叠合层，在叠合板现浇范围内钢筋搭接长度为1.6L_a (L_a为钢筋受拉锚固长度) ，以方便吊装后放置叠合板上层钢筋。对于预制框架结构及节点性能的研究，已有较多论述^{[16,17,18,19]}，总体表明，节点现浇预制框架结构受力性能与同现浇框架结构基本一致，可以用现浇方式进行整体分析;对于柱底及梁端的抗剪验算，按《装配式混凝土结构技术规程》 (JGJ 1—2014) 7.2.2条及7.2.3条相应公式进行计算复核，能够满足现行结构性能要求。

　　 上海大名城浦东唐镇D-03-05地块上的建筑由高层住宅群、会所、配套用房、地库组成。地下车库为机动车停车库和设备用房。17栋高层住宅采用装配整体式剪力墙结构体系，最大高度52.8m，层高最大3.3m，单体预制率要求不低于30%。按上海市沪建管联[2015]417号文的装配式外墙与保温材料、外窗、外墙面砖饰面等部品构件应一体化预制的要求，本项目外墙石材采用反打做法与外墙板一起预制，竖向接缝处采用160mm (现浇) +60mm (预制) 厚做法，设计分析时分别对60mm厚预制外皮是否参与刚度及配筋计算进行了对比，结果表明，预制外皮是否计入计算对整体刚度影响很小，配筋结果都基本为构造配筋，最终设计时刚度计算取不含预制外皮的墙体厚度，配筋按大值设置，确保外墙整体安全并简化外墙现场施工工艺;节点构造见图13、图14。

　　 面砖反打工艺与石材反打工艺类似，简单来说就是将建筑外墙瓷砖或石材在工厂事先铺设到模板底面再浇筑混凝土为整体构件，以此来形成一体化的建筑预制外墙，其优点是表面平整，附着牢固，美观耐久。一体化的预制混凝土外墙板体系不仅能保证建筑质量，提高装配化程度，更是未来建筑工业化的发展方向。

　　 长沙会展配套中心暨装配式建筑展示基地项目 (图15) 由11栋形态各异的2～4层建筑组成。1层层高5.4m, 2层及以上均层高为3.9m;地上总建筑面积58 894m²，建筑高度最大18.6m，主要功能为办公、商业、餐饮及酒店等。1层框架柱截面尺寸为600×600, 2层框架柱截面尺寸为500×500;主要框架梁截面尺寸为300×700, 300×600，次梁截面尺寸均为250×500。装配式建筑面积实施比例100%，地上全部采用预制构件，建筑单体装配率约82%，为湖南地区首批预制混凝土全装配式项目。预制构件有预制柱、预制梁、预制板、预制楼梯、预制外挂墙板、预制内隔墙轻质条板。

　　 本项目利用PKPM-BIM信息化平台，运用一体化思维进行精细化集成设计，建立统一的三维可视化数据模型，进行各专业设计、出图、管理，达到专业之间数据无损传输，提高效率和设计质量。这对项目的标准化、精细化、加工及安装效率、成本、质量和后期运营及维护具有极大提升效果。建立建筑、结构、给排水、暖通、电气等专业BIM协同模型，进行碰撞检查、三维管线综合设计、竖向净空优化设计，形成施工图设计阶段的全专业BIM模型、机电专业二维设计图纸。典型节点三维图如图16所示。

　　 装配式建筑设计要求高度集成及精细化，必须采用高效BIM技术全程进行精细化设计，实现项目可视、可控、信息化管理，提升品质，提高全程效率和质量。本项目结构专业的较多工作集中在构件标准化、减少十字交叉连接及钢筋连接锚固避让方面，对于外围护也采用集成的夹心保温外挂墙板以达到一次吊装就位;提升了现场安装效率，从源头上开始了以高效率装配体系核心理念及核心技术落实为项目目标的集成整合，有效实现了高效率高标准的工业化的目标，从总包入场到一期投入使用仅用了3个月时间，得到了业主的高度肯定。

　　 目前大量的理论分析和试验研究^[20,21,22]表明，参照现浇结构设计的装配式结构的整体性能基本与现浇结构一致，承载力相当，初始刚度稍大，延性有适度提高，大部分耗能能力相当或有一定增强。参照现浇结构设计的装配式结构能满足当前结构的性能要求，在实践项目中大量应用此方法。但实践表明，按现浇构造处理的节点连接复杂，保证节点整体性能所采取的措施也复杂，造成构件生产效率低、现场节点钢筋 (连接、锚固、避让等) 处理困难、隐蔽工程检测难等问题。这与环保、效率、质量、成本等控制要求差异较大。先进技术优势必须在实践中被体验到才能得到顺利推广，这也是目前建筑行业积极开展改进型装配结构构造或体系的主要动因。

　　 从各种类型装配结构体系的实践来看，全过程链条上均存在较多问题^[23]:设计标准上装配式结构体系及构造基本依据现浇结构，体现装配式工业化优势和原则的结构体系及构造还未在实际项目中应用;设计源头 (建筑设计) 上标准化、模数化、简单化的理念落实并不理想;结构设计上能满足整体性能要求的节点连接构造比较复杂，质量监管和检测也相对复杂、不易控制;装配式建筑的节能和耐久性要求需要构件集成度较高，装修、设备管线及使用体验也有待进一步协调优化和配合;熟练产业工人的缺乏与新一代人口不愿参与脏、累且不稳定的现场施工工作之间矛盾巨大。上述问题中主要涉及结构专业的可以归纳为以下几点:

　　 (1) 目前装配式建筑的结构体系的分析和构造基本依据传统现浇结构的分析和构造进行，构件配筋大、节点连接复杂，节点钢筋连接或锚固要求高，钢筋数量多，锚固或搭接空间不足，上述情况均影响现场安装效率;同时伸出钢筋多导致构件生产成本高、运输、安装效率低。

　　 (2) 节点刚性及接触面要求的计算假定对构件生产工艺及安装处理要求高，构件厂及现场的接触面处理很难达到设计要求。

　　 (3) 竖向构件纵筋采用套筒连接时对正插筋慢，可靠性不易检测;采用其他机械连接时存在接头数量多、精度要求高等问题。

　　 (4) 叠合式构件及节点现浇导致现场还需设置模板和支撑，预制构件优势体现不足。

　　 对于目前装配结构的实践改进一直在进行，针对实践中的各种问题都做了解决尝试，主要如下:

　　 (1) 对于等同现浇的节点连接复杂问题。首先是简化节点连接构造，通过新型连接件或转移连接位置一定程度降低复杂度;其次是通过开展干式消能减震连接的试验研究，将性能提升和建造效率提升同步应用;对于多层建筑已发布了《装配式多层混凝土结构技术规程》 (征求意见稿) ，可以考虑采用干式连接和简化分析，放宽墙板、楼盖整体性要求和简化接缝构造，减少拼装及处理工序。对于节点钢筋碰撞问题，可以通过BIM的精细模拟进行理论上的解决;设备管线及装修部品与主体构件也密切相关，需要在设计预制构件布置时就考虑预留集成或避让，结构专业宜主动协调各专业，才能减小后续详细设计时其他专业修改带来的影响，从而提升设计效率。

　　 (2) 对于竖向钢筋连接问题。双面叠合板体系中通过钢筋搭接锚固，极大地减少了构件重量，优化了钢筋套筒灌浆连接的可靠性问题，也有尝试将纵筋变换为型钢，并采取螺栓连接，以及采用钢筋套环搭接连接等，均较好地解决了竖向连接质量检验困难的问题，但构件生产相对较复杂、后浇混凝土密实度控制等还需进一步改善。

　　 (3) 对于水平钢筋连接。优化归并框架梁端出筋，减少出筋数量，增大钢筋间距，是常用的处理方法。限于构造规定，在7度以下设防地区有一定效果;另外，设置模壳，将梁端纵筋连接范围设置在节点外，或节点外现浇区段配备专用配套高效模具及可调节式机械连接件，也能有效提升连接可靠性和安装效率。

　　 (4) 对于楼盖。逐步研究推广刚度大、免支模、少支撑或免支撑的楼板，同时结合管线的预埋或专用线槽，对现有梁、板连接构造做适当优化，提升安装效率、减少人工、减少现场湿作业和垃圾排放;对于多低层简单建筑，简化楼盖整体性隔板要求，并按实际传力途径进行分析和设计，能有效提升设计、生产和安装效率，减少用人工用量，降低成本。

　　 (1) 目前正在应用的装配式结构体系的假定与分析方法均与现浇结构基本一致，这造成工程实践中刚性节点的构造处理困难，节点钢筋多、钢筋间距密、核心区尺寸有限，节点现浇处理时难以保证钢筋锚固及混凝土密实度，也无法进一步提高安装效率，节点整体预制时空间形状及钢筋伸出复杂，构件生产及运输效率低;节点连接也是影响构件安装效率提升的重要方面，虽然在这方面做了较多研究，但结果基本是为了保证结构整体性能而不断地加强构造，而非简化构造，现浇连续介质假定和强剪弱弯、强节点的抗震理论决定了现有装配结构体系无法从本质上达到有竞争优势的高效率目标，对此笔者对装配结构体系及设计存在如下设想:当前可依据现有现浇体系一步优化节点构造和连接，如在框架结构中柱的角部集中布筋，进一步放宽钢筋 (包括箍筋) 间距，简化框梁支座端底筋，次梁端部简支且底筋不进入支座锚固，仅作限位要求;楼盖部分的节点连接也可进一步简化，加强全装配密拼楼板、免模板免支撑楼盖等的研究及应用等。对于装配式剪力墙结构，首先是在低层剪力墙结构中采用离散式分析方法，即按单片独立墙肢和非刚性整体式楼盖进行分析设计，墙板不考虑平面外受弯，墙板及楼板节点连接仅考虑拉结和防水处理，外墙板集成保温及饰面，楼板预留线槽，管线全部不预埋;在多层及高层剪力墙结构中简化剪力墙竖向连接，边缘构件选择单排大直径钢筋连接，墙身单排连接钢筋间距进一步放大，墙身分布筋间距放大，对于剪力墙体系中的少量柱或独立短肢墙，可以只考虑竖向承重功能而不参与抗侧力贡献。总之为了能进一步简化节点构造、减少连接钢筋、加大钢筋间距，结构体系中抗重力部分和抗侧力部分可以有一定程度的分离，允许设计人员根据计算假定确定抗重力与抗侧力构件布置。

　　 (2) 同时根据装配式建筑的节点连接特点继续开展定刚度体系或非对称刚度构件的研究，定刚度体系指对结构体系中所有构件 (柱、墙、梁、板等) 均确定每种截面尺寸的对应配筋构造，并得出相应性能参数，设计时根据分析内力结果确定构件截面后迭代计算，去除目前结构分析后再按内力配筋的工作，提升构件的标准化和产品化程度，方便设计与生产厂家之间的协调并利于厂家开展工业化甚至智能化的高效生产;节点的连接构造也要标准化、简单化和配套化，如简化正负弯矩作用下非对称刚度构件的配筋构造，对框架梁来说就是端部钢筋要非等强连接———底部简支或上、下钢筋拉、压能力根据设置的高延性连接件确定，简化因节点刚性和等强连接带来的钢筋多和避让难等问题;非对称刚度构件连接体系可以根据性能指标及成本限额等要求采用不同程度的消能减震构造或可维修替换模块，针对非对称刚度构件的结构体系的承载能力和节点破坏模式，合理确定建筑的侧移限制目标。

　　 (3) 针对远期装配式结构设计、生产、安装一体化、自动化以及智能化的要求，开展全装配式结构的研究与实践试点，将结构的抗重力、抗侧力及耗能功能进行专业区分，发挥各自专用能力，构件全部选用标准化构件，连接全部采用标准模块化产品，无现浇连接处理，最大化简化连接，不同型号构件进行多样组合以得到合理性能的结构整体，真正实现自动选择构件、智能迭代计算优化和搭积木式智能安装，结合全生命周期BIM信息数据管理系统，达到生产和安装全部自动化、无人化，让建筑产品成为完全意义上的工业产品。

　　 建筑设计涉及的范围及部品部件太广太多，分阶段分专业的标准只能约束或协调对应范围的内容，在目前越来越强调应对全过程各种可变因素的解决方案时，所有参与人员都应对一体化目标有所理解与贡献，一体化可以分为三个方面:横向一体化、纵向一体化与管理一体化，横向一体化指每一阶段的平行参与专业的统一协调，纵向一体化指前后各个阶段之间的协调与统一，管理一体化指与时俱进地考虑所处阶段的社会情况、行业发展、市场需求、产品供给与实施能力，合理决策，不断促进技术进步和引领行业发展;装配式建筑的发展模式，更强调集成与协调，也越来越多地采用全程信息化设计与工程管理手段，每个专业都要为此作出贡献，尤其需要结构专业作出贡献，因为结构构件是主要载体，也是进一步提升设计及安装效率的难点所在，也就更需要结构专业主动担当、积极协调，以实现工程转型发展目标为己任，只有有这样的意识转变才能更好地推进装配式建筑的进步。

　　 继装配大板式建筑以来，开展新一轮装配式建筑的试点与推广已有十余年，全面推广也已近三年，针对装配式建筑的各种结构体系及预制构件工艺均做了相当规模的实践，取得了很大的进展，越来越得到行业及人民群众的关注。同时也发现了不少问题，其中结构设计及施工管理部分问题最为突出，尤其是现行规范中装配式结构分析与构造基本参照现浇结构体系的分析与构造规定进行，这对装配式结构的布置、构件的深化设计、工厂生产和现场装配，产生了相对复杂及效率降低的问题。装配式建筑是建筑行业工业化转型的主要方向，但离绿色、高效、合理的目标还有差距，这也是结构人员进一步努力的方向。相信随着对工业化产品生产、组装规律的进一步认识和理解，装配式建筑的结构体系会进一步得到优化;随着高效的干法连接、专用抗侧力构件及耗能构件越来越普遍地得到应用，功能分工越来越细，生产越来越专业高效，定能实现各种构件部品现场组合而成整体建筑产品，“像造汽车一样造房子”的初衷。