徐建寧

(中鐵一局集團(tuán)廈門建設(shè)工程有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

2017年，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)的相關(guān)政策[1]明確指出：預(yù)制裝配式建筑在建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化改革中占有重要地位，是建筑業(yè)未來持續(xù)、快速發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。目前，國內(nèi)預(yù)制裝配式建筑尚在發(fā)展初期，相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)較少，施工經(jīng)驗(yàn)不足，已建項(xiàng)目的裝配化程度不高，濕作業(yè)占比較大。張守峰(2016)[2]以郭公莊公租房項(xiàng)目17號樓為背景(裝配率39%)，詳細(xì)分析了設(shè)計(jì)施工一體化建設(shè)；楊赪(2017)[3]結(jié)合某裝配式公租房項(xiàng)目(裝配率30%)，介紹了預(yù)制裝配式住宅施工技術(shù)；蔣文龍等(2017)[4]依托于翡麗甲第項(xiàng)目，聯(lián)系現(xiàn)場實(shí)際的結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)，研究了施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)優(yōu)化處理方法；顧威等(2019)[5]結(jié)合沈陽南科大廈工程，重點(diǎn)分析了項(xiàng)目PC構(gòu)件連接技術(shù)以及項(xiàng)目建設(shè)過程中的要領(lǐng)，并提出PC技術(shù)應(yīng)用需關(guān)注的一些問題。在當(dāng)下國家積極推進(jìn)建筑工業(yè)化發(fā)展的背景下，開展關(guān)于裝配式建筑設(shè)計(jì)和施工等的相關(guān)研究刻不容緩。

基此，本文依托于廈門海滄生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園4#中式廠房工程，分析預(yù)制構(gòu)件及連接節(jié)段的設(shè)計(jì)方案、預(yù)制及安裝技術(shù)，研究成果不僅可以指導(dǎo)類似工程的施工，也豐富裝配式建筑的相關(guān)理論。

1 工程概況

廈門海滄生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園4#中式廠房，占地面積4138.88m2，地上4層，主體高度23.20m，建筑面積16 418.04m2。原設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，在不改變建筑大體外型、用途的前提下，將其變更為裝配式結(jié)構(gòu)。除基礎(chǔ)、電梯井和樓梯間采用現(xiàn)澆，其余均采用裝配式施工，裝配率達(dá)71%。BIM模型如圖 1所示。

圖1 4#中式廠房BIM模型

2 裝配式建筑設(shè)計(jì)

2.1 預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)

4#中式廠房首層層高6.5m，二～三層層高6m，四層層高4.2m，為使結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，調(diào)整為建筑標(biāo)高0.5m以下現(xiàn)澆，以上采用預(yù)制柱。每層89根預(yù)制柱，單根柱重量最小3.1t，最重12.4t。主、次梁以及樓板采用疊合結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件交接部位采用節(jié)點(diǎn)現(xiàn)澆形式，預(yù)制構(gòu)件總數(shù)3228個(gè)，單層具體工程量如表 1所示。

表1 單層預(yù)制構(gòu)件工程量

2.2 連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

2.2.1預(yù)制柱高度可調(diào)設(shè)計(jì)

為提高預(yù)制柱安裝效率，提高吊裝設(shè)備使用率，設(shè)計(jì)在柱底預(yù)埋4顆普通M16螺母?？紤]到后期安裝時(shí)便于操作，避開灌漿套筒及鋼筋，螺母安裝中心距離柱邊5cm，設(shè)置于4個(gè)角。在起吊安裝前，先安裝4顆普通M16螺栓，按設(shè)計(jì)要求凸出柱底2cm；待柱吊裝到位后，直接安裝斜支撐固定，卸除吊具，再調(diào)正垂直度及設(shè)計(jì)高度?？烧{(diào)設(shè)計(jì)示意圖如圖 2所示。

圖2 預(yù)制柱高度的可調(diào)設(shè)計(jì)圖

2.2.2鋼筋連接設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)處鋼筋的連接采用灌漿套筒+灌漿錨固，先把鋼筋插入“連接套筒”，再灌漿。柱連接處預(yù)留2cm為標(biāo)高調(diào)節(jié)段，安裝完成后采用高強(qiáng)度灌漿料填縫。柱和梁的鋼筋連接示意圖分別見圖 3和圖 4。

圖3 柱鋼筋連接(單位：mm)

圖4 梁鋼筋連接

2.2.3鍵槽設(shè)計(jì)

為保證新澆混凝土與預(yù)制構(gòu)件能夠良好結(jié)合，在新舊混凝土面設(shè)置鍵槽結(jié)構(gòu)。

梁柱節(jié)點(diǎn)處于交叉段，均采用灌漿套筒，不僅安置套筒的空間不足，且后期灌漿難度高，不便于施工；因此，將梁主筋連接優(yōu)化設(shè)計(jì)為主梁，較長方向采用灌漿套筒，較短方向采用增加2排筋加強(qiáng)，根據(jù)鋼筋安裝長度，預(yù)留足夠長度的鍵槽。

2.2.4外掛板連接設(shè)計(jì)

整棟建筑立面造型較復(fù)雜，且為了工藝需要必須預(yù)留空調(diào)板，這導(dǎo)致外掛板拆分及預(yù)制復(fù)雜。外掛板重量最小1.1 t，最重11.6 t，單層外掛板數(shù)量最多為102塊，且外掛板體積大，最高達(dá)6.5m高，最寬達(dá)7.75m，吊裝作業(yè)難度大，構(gòu)件數(shù)量多。

為提高下承式承重類外掛板的安裝效率，提高吊裝設(shè)備使用率，對外掛墻板節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。將調(diào)整用的支墊鋼板，變更為利用螺帽調(diào)整高度，支撐圓棒由圓鋼變更為螺栓，螺栓直徑相應(yīng)加大，安裝完成后將調(diào)節(jié)段用混凝土填空密實(shí)。

2.3 基于BIM的碰撞檢測

在4#中式廠房施工前利用BIM軟件檢查各專業(yè)管道之間的碰撞，以及與土建專業(yè)中梁、柱、墻體的碰撞，共計(jì)125處碰撞點(diǎn)，預(yù)留管線洞口39個(gè)，具體詳見表 2。

表2 碰撞檢測數(shù)量統(tǒng)計(jì)

(a)各專業(yè)管道間的碰撞(b)管道與主體結(jié)構(gòu)間碰撞圖5 碰撞檢測示意圖

3 裝配式構(gòu)件預(yù)制方案

裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件施工流程如圖6所示。

圖6 預(yù)制施工工藝流程

3.1 定制模臺、模具

考慮到模具的周轉(zhuǎn)次數(shù)、施工成本及環(huán)保等問題，固定模臺、定型模具采用鋼模具。墻、柱、板采用平躺方式，梁采用直立方式，固定模臺作為構(gòu)件預(yù)制的底模，定型模具由側(cè)模以及端模組成。

3.2 鋼筋骨架綁扎

鋼筋加工完畢后進(jìn)行鋼筋綁扎，根據(jù)鋼筋間距制作各類定位板或直接在主筋上繪制刻度線，箍筋安裝時(shí)，根據(jù)刻度線進(jìn)行綁扎。在梁、柱鋼筋骨架安裝灌漿套筒時(shí)，將帶絲扣的一端安裝在鋼筋的端頭上用管鉗板手將其擰緊到位，完成連接。待鋼筋骨架綁扎完成后，身份牌同時(shí)懸掛，并吊轉(zhuǎn)至存放區(qū)，擺放位置按施工先后順序排序，便于使用。

3.3 鋼筋骨架入模及混凝土澆筑

3.3.1鋼筋入模順序

柱構(gòu)件先安裝鋼筋骨架，梁構(gòu)件先裝單側(cè)模具再安裝鋼筋骨架，板類構(gòu)件先安裝模具再安裝鋼筋骨架。

3.3.2預(yù)埋件安裝

安裝鋼筋前，確定預(yù)埋件安裝的可操作性。預(yù)埋件和水電管的安裝順序根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況安排，在必須保證預(yù)埋件安裝精度的前提下，調(diào)整施工順序。預(yù)埋件安裝及固定，采用定位架或者螺栓固定，不僅便捷、高效，且方便操作；當(dāng)無法使用定位架等方式的情況下，利用二保焊機(jī)焊接固定。

3.3.3鋼筋定位

(1)主、次梁

主、次梁鋼筋在鋼筋臺架上綁扎，定位端頭板后，先放箍筋后穿主筋，箍筋彎鉤放置梁下部，部分埋件安裝到位后焊接固定，防止跑位。

(2)疊合板

疊合板鋼筋網(wǎng)片、疊合部鋼筋桁架均廠外集中加工，成批次運(yùn)輸進(jìn)場。

(3)外掛板

外掛板鋼筋在大模臺上綁扎，成片骨架提前綁扎成鋼筋骨架，模具定位孔預(yù)先取孔復(fù)核，以邊模為控制點(diǎn)，先主要鋼筋，后次要鋼筋及構(gòu)造筋；綁扎前在模臺上標(biāo)出鋼筋位置，以保證鋼筋位置正確。

3.3.4邊模模具安裝

邊模模具安裝前，必須確保固定底模的平整度。另外，模具定位軸線必須準(zhǔn)確，保證側(cè)模安裝的垂直度和拼裝完成后模型內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)尺寸。

3.3.5混凝土澆筑

混凝土澆筑前，選擇合適的配合比尤為重要，其中石子粒徑關(guān)系著澆筑的質(zhì)量，疊合板采用細(xì)石5～20mm，其余采用普通石子5～31.5mm。

待澆筑完畢，預(yù)制柱表面必須收面壓光，且不得少于3次收面，收面完成后，拆除出筋端板馬蹄扣，并及時(shí)清理；主、次梁表面鑿毛處理，但梁長方向兩側(cè)必須壓平，為保證疊合板安裝時(shí)的平整度，注意鋼筋保護(hù)層，防止在澆筑過程中墊塊跑位，導(dǎo)致箍筋貼膜，影響后期安裝；疊合板表面拉毛處理，預(yù)留一塊作為填寫標(biāo)示信息的壓光面。

3.4 構(gòu)件拆模、吊裝和堆放

3.4.1構(gòu)件拆模

為加快混凝土強(qiáng)度增長，確保構(gòu)件的脫模強(qiáng)度，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土。待構(gòu)件滿足設(shè)計(jì)要求的75%，方能脫模起吊，脫模吊裝過程注意保護(hù)構(gòu)件棱角。

3.4.2構(gòu)件吊裝和堆放

構(gòu)件起吊前，必須對其身份標(biāo)識，防止混淆；堆放時(shí)，根據(jù)后期吊裝工期安排，安排合適的存放地點(diǎn)。

構(gòu)件起吊點(diǎn)及堆放支點(diǎn)根據(jù)其長度而定，跨度不得超過3m，且堆放支點(diǎn)必須在同一水平面上。預(yù)制完后的構(gòu)件只可受彎矩，否則將導(dǎo)致構(gòu)件斷裂。疊合板堆放采用平放，堆放支點(diǎn)保證每個(gè)支點(diǎn)同時(shí)受力，重疊不宜超過5層，且各層墊木必須在同一豎向位置，疊合板堆碼示意圖如圖 7所示。

圖7 疊合板堆碼示意圖

4 裝配式構(gòu)件安裝方案

裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件安裝流程如圖8所示。

4.1 構(gòu)件運(yùn)輸進(jìn)場

在構(gòu)件運(yùn)輸進(jìn)場過程中，需注意按照構(gòu)件的吊裝順序安排裝車，并作出記號標(biāo)記，以便于現(xiàn)場施工員安排。

圖8 構(gòu)件安裝流程

4.2 預(yù)制柱安裝

4.2.1預(yù)制柱吊裝

(1)預(yù)制柱起吊時(shí)，先起吊至地面50cm，檢查構(gòu)件外觀質(zhì)量及吊鉤連接無誤后繼續(xù)起吊。預(yù)制柱吊裝時(shí)，要求履帶吊緩慢起吊，吊裝至作業(yè)層上方500mm左右時(shí)，施工人員用溜繩牽引，緩慢下降就位。

(2)預(yù)制柱空中轉(zhuǎn)體時(shí)，必須在指揮員下操作，且翻轉(zhuǎn)區(qū)域無作業(yè)人員；翻轉(zhuǎn)作業(yè)應(yīng)注意構(gòu)件預(yù)留鋼筋的保護(hù)，防止在翻轉(zhuǎn)過程導(dǎo)致鋼筋變形扭曲。

4.2.2垂直度調(diào)整

(1)在保證預(yù)制柱斜支撐有效工作，大致豎直后，方可摘除吊具及吊鉤，進(jìn)行下一輪吊裝及柱垂直度精調(diào)。

(2)在初步就位后，利用固定可調(diào)節(jié)斜支撐螺栓桿進(jìn)行精調(diào)，檢查方式采用鉛錘或者水平尺等方式檢測，不得采用肉眼觀察。

(3)垂直度驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)入下步工序，柱套筒灌漿作業(yè)。

4.2.3預(yù)制柱灌漿

預(yù)制柱就位完畢，經(jīng)校正微調(diào)后進(jìn)行灌漿操作。采用定制模具或者砂漿帶密封2cm灌漿縫，根據(jù)情況選擇不同的密閉方式；灌漿示意圖如圖 9所示。

圖9 預(yù)制柱灌漿現(xiàn)場圖

4.3 盤扣架安裝

4#中式廠房層高較高，工業(yè)化常用支架并不適用，因此采用盤扣架。支架安裝流程為：放樣→底托→立桿→橫桿→斜支撐→頂托→方木。盤扣架搭設(shè)現(xiàn)場如圖 10所示。

圖10 盤扣架搭設(shè)現(xiàn)場圖

4.4 疊合梁安裝

疊合梁支撐可采用獨(dú)立支撐，也可采用立柱設(shè)置臨時(shí)牛腿支撐方式。吊裝疊合梁時(shí)，要求2個(gè)吊點(diǎn)均勻受力，待疊合梁就位校正，采用楔形小木塊嵌入調(diào)整，精調(diào)時(shí)要復(fù)核兩端錨固長度。調(diào)整完成后，摘除吊具。安裝到位后，梁底支撐方木頂升到位，不得懸空。

4.5 疊合板安裝

疊合板起吊時(shí)，要求吊裝時(shí)4個(gè)吊點(diǎn)均勻受力。吊裝過程在作業(yè)層上空300mm處略作停頓，定位調(diào)整疊合板方向，注意避免預(yù)留鋼筋與梁體鋼筋碰撞。疊合板安裝時(shí)，復(fù)核安裝構(gòu)件方向、預(yù)留槽口和線盒等位置，根據(jù)設(shè)計(jì)圖及對應(yīng)編號安裝。安裝到位后，方可拆除吊具。板底支撐應(yīng)同步頂升到位。另外，墻板拼縫寬度允許偏差應(yīng)控制在±5mm以內(nèi)。

4.6 梁柱節(jié)點(diǎn)、疊合梁板面層現(xiàn)澆

(1)1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層安裝完成后，根據(jù)鋼筋間距控制線進(jìn)行梁柱節(jié)點(diǎn)、主次梁節(jié)點(diǎn)等部位的鋼筋綁扎，仔細(xì)檢查鋼筋的連接質(zhì)量和錨固質(zhì)量，保證鋼筋搭接和間距符合設(shè)計(jì)要求。

(2)完成節(jié)點(diǎn)部位的封模，敷設(shè)疊合板部位的機(jī)電線盒和管線，并綁扎梁板疊合層鋼筋。

(3)澆筑前，檢查構(gòu)件之間的拼縫，如拼縫過大，采用膩?zhàn)訉⒖p隙填充，或在作業(yè)面用建筑砂漿將縫隙密閉。

(4)套筒正式灌漿前，先確保內(nèi)腔氣密性；壓漿期間若停止作業(yè)，需二次補(bǔ)壓，確保各套筒內(nèi)的灌漿密實(shí)。

4.7 外掛板安裝

4.7.1安裝流程

外掛板安裝準(zhǔn)備→彈出控制線并復(fù)核→外掛板吊裝、就位→外掛板校正→焊接固定→檢查驗(yàn)收。

4.7.2外掛板安裝

外掛板的吊裝，采用高強(qiáng)螺栓輔助通用吊具連接外掛板預(yù)留螺母，吊裝時(shí)要求保證高強(qiáng)螺栓、通用吊具與外掛板連接螺母連接牢固。外掛板安裝調(diào)整，主要采用螺栓及不同厚度的墊片鋼板調(diào)節(jié)高度，固定位置，主要為梁底及板面預(yù)埋件，構(gòu)件與預(yù)埋件連接通過連接板固定，用不銹鋼板隔離。安裝完成后，復(fù)核外掛板安裝水平位置及垂直方向。經(jīng)驗(yàn)收復(fù)核通過后，方可加固或滿焊鋼板。

4.7.3外掛板成品保護(hù)

吊裝之前，對預(yù)制外掛板的預(yù)埋吊裝螺母進(jìn)行保護(hù)，以防止存放過程中螺母浸水銹蝕。預(yù)制外掛板四角，采用橡塑材料進(jìn)行成品保護(hù)。

5 結(jié)語

本文針對廈門海滄生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園4#中式廠房工程的設(shè)計(jì)及施工展開研究。設(shè)計(jì)方面，主要對預(yù)制柱高度調(diào)節(jié)、鋼筋連接和外掛板等連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)展開分析，還原預(yù)制和安裝過程，詳細(xì)介紹鋼筋骨架施工、混凝土澆筑以及各主體構(gòu)件的安裝工藝。施工實(shí)踐表明，裝配式施工方案，提高了生產(chǎn)效率和工程質(zhì)量，改善了作業(yè)環(huán)境；同時(shí)，工廠化生產(chǎn)，提高了構(gòu)件的重復(fù)利用率，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)綠色化施工。