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預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件設(shè)計及生產(chǎn)工藝研究

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1張家口市建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司（065000）2張家口新天地房地產(chǎn)開發(fā)有限公司（065000）

摘要：在我國住宅建造和使用過程中，住宅的建設(shè)大都采用水泥澆筑的方式進(jìn)行生產(chǎn)，這種生產(chǎn)方式造成了資源浪費(fèi)，預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件采用工廠化預(yù)制，有效地節(jié)約了資源，減少了因普通的施工造成的環(huán)境的影響。這里對預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件的設(shè)計、生產(chǎn)工藝以及預(yù)制構(gòu)件的施工等環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，重點(diǎn)研究了預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)工藝及預(yù)制構(gòu)件施工過程中的注意事項，總結(jié)了預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)工藝，給出了預(yù)制構(gòu)件在施工過程中標(biāo)準(zhǔn)化流程。

關(guān)鍵詞：預(yù)制構(gòu)件；混凝土；生產(chǎn)工藝；標(biāo)準(zhǔn)化

0　引言

當(dāng)前，在我國住宅建造和使用過程中，現(xiàn)行的住宅建設(shè)方式大都采用水泥澆筑的形式進(jìn)行生產(chǎn)，而在歐美地區(qū)，住宅的建造主要依靠工廠預(yù)制。這種依靠工廠預(yù)制的住宅建造方式可以節(jié)約材料30％左右，節(jié)約能源70％左右，并且有效地節(jié)約土地20％左右［1］。依靠工廠預(yù)制的住宅建造方式生產(chǎn)效率高，能夠減少施工過程中產(chǎn)生的垃圾和廢棄物，所以國內(nèi)在河北省、遼寧省都在大力推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，并且在住宅產(chǎn)業(yè)化、混凝土預(yù)制生產(chǎn)設(shè)備研發(fā)等方面給出了較好的政策支持。國內(nèi)關(guān)于預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件設(shè)計及生產(chǎn)施工等方面的資料不多。裝配式混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要包括設(shè)計、生產(chǎn)、施工三個方面，文中從設(shè)計、生產(chǎn)、施工這三個方面對裝配式混凝土構(gòu)件進(jìn)行了研究，給出了設(shè)計、生產(chǎn)、施工各個環(huán)節(jié)的方案。

1　裝配式建筑構(gòu)件的設(shè)計

1.1裝配式建筑構(gòu)件的設(shè)計特點(diǎn)

裝配式建筑構(gòu)件的設(shè)計主要分為：裝配式建筑構(gòu)件在生產(chǎn)階段的設(shè)計、構(gòu)件在運(yùn)輸?shù)跹b階段的設(shè)計以及構(gòu)件在生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工安裝等整個流程中的構(gòu)配件的設(shè)計。生產(chǎn)階段需要考慮構(gòu)件在生產(chǎn)過程中的受力形式、有效載荷的分布情況，通過軟件仿真或者力學(xué)計算的形式得出生產(chǎn)過程中載荷較大的工況，針對此工況對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。構(gòu)件在使用過程中的結(jié)構(gòu)設(shè)計與采用現(xiàn)場混凝土澆筑的設(shè)計具有一致性，主要包括合理設(shè)計混凝土預(yù)制構(gòu)件中塑性鉸的具體位置，對采用預(yù)制裝配式構(gòu)件結(jié)構(gòu)采用抗連續(xù)性倒塌試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，構(gòu)件內(nèi)構(gòu)配件的設(shè)計由于關(guān)系著后期施工的質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)的安全，固構(gòu)件內(nèi)構(gòu)配件的設(shè)計也具有重要的意義。

1.2裝配式建筑構(gòu)件連接設(shè)計

裝配式建筑構(gòu)件的連接設(shè)計分為滿足結(jié)構(gòu)安全方面要求的連接設(shè)計以及為滿足建筑使用功能方面的連接設(shè)計。

裝配式建筑構(gòu)架在節(jié)點(diǎn)連接方面的設(shè)計理念與現(xiàn)澆筑混凝土的設(shè)計相似，在節(jié)點(diǎn)的連接方面也大都使用鋼筋套筒或者灌漿的連接，與直接澆筑的設(shè)計相比，前者節(jié)點(diǎn)的設(shè)計較后者由于涉及到的材料種類更多，接觸方式也大都不同，對節(jié)點(diǎn)的設(shè)計提出了更高的要求，裝配式構(gòu)件在滿足功能的前提下，主要考慮安裝施工的便捷，以提高安裝的效率及構(gòu)件安裝過程中的安全性，裝配式建筑構(gòu)件的輔助埋件在裝配式建筑的整個過程中具有重要的作用［2］。

2　預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)

2.1預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的工藝流程

預(yù)制構(gòu)件的工藝流程體現(xiàn)了構(gòu)件在生產(chǎn)過程中的主要特征，預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)從構(gòu)件的生產(chǎn)圖紙開始，由中央計算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)構(gòu)件的生產(chǎn)工藝流程，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)筋A(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工位，混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程如圖1所示，整個物件的生產(chǎn)主要包括劃線、擺放邊模工序、安裝鋼筋及預(yù)埋件工序、布料機(jī)澆筑混凝土工序、振搗刮平工序，最后是拉毛預(yù)養(yǎng)護(hù)工序，養(yǎng)護(hù)工序完成后生產(chǎn)出的預(yù)制構(gòu)件能夠直接運(yùn)出，供施工使用。工藝流程主要包括數(shù)控劃線、安放邊模、噴脫模劑、安放鋼筋、布料、振搗、刮平、預(yù)養(yǎng)護(hù)、抹光、拉毛養(yǎng)護(hù)、脫模、模具清洗等工藝過程，其中數(shù)控劃線工藝是在模臺上采用數(shù)控畫線機(jī)劃線，噴脫模劑是在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)模臺上噴一層脫模劑方便養(yǎng)護(hù)完的構(gòu)件與模臺脫離，布料工序是在安放好預(yù)埋件、鋼筋以及放置上模具的平臺上澆筑混凝土，振搗工序令混凝土通過自身的流動性使得模臺上的水泥分布均勻［3］。目前在國內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備中，數(shù)控畫線工序還存在著一定的不足，由于在整個生產(chǎn)線的傳送過程中模臺在水平方向上存在一定的偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致放置的模具有一定的偏差，目前大多數(shù)的廠商正在積極地尋求解決方案。

圖1　預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)工藝

在預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)過程中，隨著技術(shù)的發(fā)展，如石家莊新大地機(jī)電設(shè)備有限公司、河北雪龍機(jī)械制造有限公司，以及沈陽的幾家預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)線生產(chǎn)企業(yè)也都在應(yīng)用新技術(shù)，進(jìn)一步提高企業(yè)PC預(yù)制生產(chǎn)線的自動化水平和信息化水平。

2.2模具的設(shè)計安裝

模具是生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件過程中重要的輔助設(shè)備，預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)過程中主要涉及模具的擺放、模具的清洗。清洗的標(biāo)準(zhǔn)是：模具清理后的模具內(nèi)以及模具的內(nèi)外表面不能有殘留物。在國外模具的擺放主要是依靠模具劃線機(jī)自動擺放，國內(nèi)將模具位置的劃線以及模具的擺放分為兩步：模具位置的劃線采用劃線機(jī)自動畫線，模具位置的擺放主要由人工來實(shí)現(xiàn)。在正式施工前，還要對鋼模板進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。質(zhì)量合格后噴涂脫模劑，以保證預(yù)制混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)完成后與模臺分離。

2.3預(yù)埋件的定位安裝

在預(yù)制混凝土構(gòu)件的模具擺放完成后，要在模具的框架內(nèi)擺放預(yù)埋件。預(yù)制構(gòu)件中的預(yù)埋件的規(guī)格以及數(shù)量較多，所有的預(yù)埋件需要固定，特別是對于具備定位、連接功能的預(yù)埋件還需要采用鋼模板的固定物相連接。

同樣在其后續(xù)混凝土的澆筑、振搗工序，還不應(yīng)該接觸預(yù)埋件，并且在澆筑混凝土的過程中盡量避免混凝土將預(yù)埋件沖翻、推倒，振搗工序中，振搗棒要與預(yù)埋件保持一定的的距離，從而避免振搗棒振搗過程中影響預(yù)埋件的擺放位置。

由于混凝土的熱膨脹系數(shù)與預(yù)埋件的熱膨脹系數(shù)存在差值，以及構(gòu)件在預(yù)埋件位置因?yàn)轭A(yù)埋件的存在造成的混凝土收縮過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力集中，構(gòu)件在這種情況下，受到溫度變化等情況影響時，構(gòu)件在生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)裂縫。為避免類似的問題出現(xiàn)，應(yīng)該在對承受較大載荷的預(yù)埋件周圍對混凝土進(jìn)行約束，以提高構(gòu)件整體的抗拉能力。為了提高生產(chǎn)的質(zhì)量，在預(yù)埋構(gòu)件以及鋼筋安裝完畢后，進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后才能進(jìn)行后續(xù)的澆筑工序，如果不合格進(jìn)行整改。同時在混凝土的澆筑工序，混凝土進(jìn)行澆筑之前，也需要對混凝土進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，通過驗(yàn)收后才能進(jìn)行澆筑，以提高澆筑質(zhì)量。在振搗工序中，根據(jù)采用的是人工振搗還是機(jī)械振搗，采取相應(yīng)的措施，如人工振搗為防止?jié)仓^程中混凝土分層、產(chǎn)生氣孔，振搗應(yīng)該避開模板、鋼筋、預(yù)埋管線等配件［4］。

2.4預(yù)制構(gòu)件的脫模與成品保護(hù)

預(yù)制構(gòu)件從澆筑工序出來后，構(gòu)件連同模臺進(jìn)入預(yù)養(yǎng)護(hù)窯。預(yù)養(yǎng)護(hù)窯通過高溫蒸汽將養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)的溫度維持在50±5℃，養(yǎng)護(hù)2 h，待構(gòu)件達(dá)到養(yǎng)護(hù)時間后，直接進(jìn)入養(yǎng)護(hù)工序。養(yǎng)護(hù)工序一般在立體倉庫中進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)過程根據(jù)養(yǎng)護(hù)溫度曲線自動控制預(yù)制板在養(yǎng)護(hù)窯中的溫度，從而使預(yù)制板達(dá)到最佳的性能，在構(gòu)件從養(yǎng)護(hù)窯中出來后進(jìn)入脫模工序。脫模吊裝一般由專用設(shè)備完成，這些設(shè)備工作平穩(wěn)，保證了起吊過程中保護(hù)構(gòu)件，避免構(gòu)件開裂，構(gòu)件脫模完成后放置于固定支架上，在放置過程中也要對構(gòu)件進(jìn)行相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)。

3　預(yù)制構(gòu)件的施工

3.1施工前準(zhǔn)備

預(yù)制構(gòu)件施工前的準(zhǔn)備主要包括材料、場地、機(jī)械設(shè)備等方面的準(zhǔn)備，裝配式建筑與現(xiàn)澆筑建筑的施工在機(jī)械設(shè)備和場地方面存在較大的差異，在預(yù)制構(gòu)件的場地主要用來存放構(gòu)件。預(yù)制構(gòu)件應(yīng)該放置于塔吊范圍內(nèi)，以減少搬運(yùn)次數(shù)，并且預(yù)制構(gòu)件的堆放應(yīng)該做到地基平硬，構(gòu)件堆放要平穩(wěn)，受力要均勻，以防止構(gòu)件受力變形，在堆放過程中還需按構(gòu)件的類型進(jìn)行分割，在一些較大預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的構(gòu)件采用了預(yù)埋射頻卡，在施工安裝過程中，能夠很方便地找到所需的構(gòu)件，同時為了節(jié)約場地，堆放場地上可以設(shè)置支撐架［5］。

3.2連接件、調(diào)節(jié)件的安裝

預(yù)制墻板構(gòu)件一般采用塔吊將構(gòu)件吊裝至需要安裝的位置，通過將預(yù)制墻板下部的鋼筋與上部預(yù)制墻板的套筒完成待安裝構(gòu)件的初始定位，之后安裝構(gòu)件底部的連接件，根據(jù)控制線的位置調(diào)節(jié)連接件以保證在安裝平面內(nèi)滿足要求，之后安裝臨時支撐，支撐安裝完成后調(diào)整連接件、斜撐以保證構(gòu)件滿足相應(yīng)的垂直及水平度，構(gòu)件的垂直度通過全站儀來保證，構(gòu)件的水平度通過其上的控制線來確定［6］。

3.3彈線、定位

在預(yù)制構(gòu)件安裝過程中，參考施工圖紙在完成面畫出軸線位置，參考軸線及其尺寸畫出控制線，兩線采用不同標(biāo)記標(biāo)示。控制線作為安裝完畢后的質(zhì)量復(fù)核依據(jù)。通過樓層控制點(diǎn)檢測預(yù)制構(gòu)件軸線，采用全站儀放線，精度滿足相關(guān)規(guī)范。在吊裝前，檢驗(yàn)預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量，對合格的構(gòu)件投控制線，以在施工過程中控制標(biāo)高以及垂直度。

3.4預(yù)制構(gòu)件的施工標(biāo)準(zhǔn)化

預(yù)制構(gòu)件的施工需要根據(jù)不同構(gòu)件的特征及建筑施工場地的條件，編制構(gòu)件施工的工序，并形成文件，下發(fā)至各工人。施工過程中要對工人以及施工技術(shù)人員進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)，使得施工工序標(biāo)準(zhǔn)化，培訓(xùn)過程中要重點(diǎn)闡述施工操作的步驟、操作方法，以及施工過程中的注意事項，在施工過程中可以采用視頻及動畫的方式來表達(dá)文字無法描述的內(nèi)容。在預(yù)制構(gòu)件的施工中，根據(jù)配件的特點(diǎn)選用專用的施工工具，使用非專用的工具容易引起構(gòu)件的損壞。

4　總結(jié)

在我國住宅建造和使用過程中，住宅的建設(shè)大都采用水泥澆筑的方式進(jìn)行生產(chǎn)，這種生產(chǎn)方式造成了資源浪費(fèi)，預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件采用工廠化預(yù)制，有效地節(jié)約了資源，減少了因普通的施工造成的環(huán)境的影響，通過對預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件的設(shè)計、生產(chǎn)工序以及施工過程進(jìn)行詳細(xì)地研究，指出了預(yù)制構(gòu)件工藝流程并對數(shù)控劃線工藝中存在的問題進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并給出了解決方案，最后對預(yù)制構(gòu)件在施工過程中的主要問題進(jìn)行了闡述，指出了預(yù)制構(gòu)件在施工過程中應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化，完善施工文件和施工培訓(xùn)。

參考文獻(xiàn)：

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［3］劉東衛(wèi)，周靜敏，邵磊.新中國成立以來住宅工業(yè)化及其技術(shù)發(fā)展［J］.北京規(guī)劃建設(shè)，2009，06：38- 46.

［4］李云.住宅產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展之我見［J］.城鄉(xiāng)建設(shè)，2001（4）.

［5］上海市建設(shè)交通委，上海市住房保障房屋管理局，上海市規(guī)劃國土資源局，等.關(guān)于本市鼓勵裝配整體式住宅項目建設(shè)的暫行辦法［DB/OL］.

［6］上海市建設(shè)交通委，上海市住房保障房屋管理局，上海市規(guī)劃國土資源局，等.關(guān)于加快推進(jìn)本市住宅產(chǎn)業(yè)化的若干意見［DB/OL］.