徐其功，陳文東，谷 昊，黃莉萍，毛 娜

（1、廣東省建科建筑設計院有限公司 廣州510010；2、廣東工業(yè)大學土木與交通工程學院 廣州510006；3、佛山建裝建筑科技有限公司 廣東佛山528000）

0 前言

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量高、能耗小、節(jié)約資源、污染小等特點，是我國建筑行業(yè)發(fā)展的方向。但目前的裝配式建筑存在著成本高、工期慢、對抗震性能研究不足等問題，嚴重限制了裝配式建筑的推廣。針對以上問題進行了全面的研究，提出了優(yōu)化方案，并在某辦公樓項目中進行了實施和驗證。

1 工程簡介

某辦公樓項目位于佛山市南海區(qū)廣東新材料產(chǎn)業(yè)基地A 區(qū)內(nèi)，該棟建筑地上主體5 層，建筑面積6 092.26 m2，建筑高度22.8 m，建筑效果如圖1 所示。本項目采用裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)，預制構(gòu)件包括預制柱、預制外墻、疊合梁、疊合板、全預制樓板、預制陽臺等，預制構(gòu)件主要的連接方式有鋼筋套筒灌漿連接、波紋管灌漿連接、現(xiàn)澆混凝土連接等，預制構(gòu)件方案如圖2 所示。

1.1 裝配式方案

根據(jù)《裝配式建筑評價標準：GB/T 51129-2017》［1］進行計算，項目裝配率達95%，各項得分如表1 所示。可評價為AAA 級裝配式建筑。

圖1 辦公樓效果Fig.1 Architectural Rendering of Office Building

本項目裝配率為：

式中：P 為裝配率；Q1 為主體結(jié)構(gòu)指標實際得分值；Q2 為圍護墻和內(nèi)隔墻指標實際得分值；Q3 為裝修和設備管線指標實際得分值；Q4 為評價項目中缺少的評價項分值總和。

1.2 標準化設計

本項目在初步設計、施工圖設計和深化設計全過程中貫徹裝配式建筑設計意識，做到了設計模數(shù)化、標準化，結(jié)構(gòu)布置簡單，平面和立面方案規(guī)整統(tǒng)一，整體設計方案鮮明地體現(xiàn)了裝配式建筑的特點，構(gòu)件模具周轉(zhuǎn)率高，在設計層面降低建筑建造的經(jīng)濟和時間成本。

圖2 預制構(gòu)件方案Fig.2 Precast Components Plan

表1 裝配式建筑評分Tab.1 Calculation of Prefabricated Ratio

本項目建筑平面柱網(wǎng)為：縱向7×7 800 mm，橫向（7 100＋6 700＋7 100）mm，柱距均一（橫向柱網(wǎng)邊柱偏心布置）。1～5 層層高均為4.2 m?？蚣苤孛娉齻€別柱子因結(jié)構(gòu)計算需要做成600 mm×800 mm 外，其他絕大部分柱子斷面均統(tǒng)一為600 mm×600 mm。同時，框架梁的截面統(tǒng)一為300 mm×700 mm，次梁的截面統(tǒng)一為300 mm×600 mm。樓板厚度統(tǒng)一為110 mm。柱、梁、板可以盡可能地標準化，給構(gòu)件的深化設計、共模生產(chǎn)和安裝帶來便利，降低成本。

標準化的柱網(wǎng)、構(gòu)件尺寸給建筑外立面的標準化設計提供了條件。在本項目中，建筑外墻采用預制外墻板，墻板的寬度僅1 200 mm 和2 400 mm 兩種規(guī)格，墻板高度均相同，外墻窗戶為落地窗，尺寸統(tǒng)一為1 200 mm×3 500 mm。標準層平面布置如圖3 所示。

圖3 標準層平面布置Fig.3 Typical Floor Plan

1.3 BIM 技術(shù)的應用

利用BIM 技術(shù)實現(xiàn)了從前期設計各專業(yè)的協(xié)調(diào)、管線綜合（見圖4）、節(jié)點鋼筋碰撞檢查（見圖5）、施工模擬到構(gòu)件圖深化、生產(chǎn)自動化等全方位的應用。

圖4 Revit 機電模型與管線綜合Fig.4 Integrated MEP System with Revit

圖5 Tekla 節(jié)點鋼筋碰撞檢查Fig.5 Clash Detection with Tekla

2 下套筒灌漿連接

2.1 上、下套筒的選擇

鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)是指帶肋鋼筋插入內(nèi)腔為凹凸表面的灌漿套筒，鋼筋與套筒內(nèi)腔之間填充無收縮、高強度灌漿料，形成鋼筋套筒灌漿連接［2］。廣泛應用于豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼筋的連接。本項目框架柱的連接采用了上套筒和下套筒2 種形式。上套筒即在上柱的底部預埋套筒，下柱出筋插入套筒。下套筒反之，在下柱或基礎頂部預埋套筒，上柱出筋插入套筒，如圖6所示。

在抗震設計時，框架結(jié)構(gòu)破壞的理想狀態(tài)是在柱底產(chǎn)生塑性鉸，盡可能多地消耗地震能量［3］。但常規(guī)的上套筒連接方式，在首層柱底預埋灌漿套筒，而灌漿套筒本身的強度高于鋼筋，對柱底起到了加強作用，不利于在大震作用下柱底塑性鉸的形成，從而使結(jié)構(gòu)在地震下的響應與設計預期不符［4，5］。本項目選取首層出現(xiàn)塑性鉸的柱底采用下套筒灌漿連接，其余柱采用上套筒。

圖6 下套筒節(jié)點構(gòu)造Fig.6 Precast Column to Lower Splice Sleeve Connections

2.2 工藝流程

下套筒灌漿工藝流程：套筒安裝及澆筑（見圖7）→套筒檢查清理→下套筒灌漿→預制柱吊裝→預制柱封倉→24 h 后柱底灌漿→灌漿結(jié)束，及時清洗機具。

圖7 下套筒現(xiàn)場施工Fig.7 Lower Splice Sleeve Construction Site

3 全預制樓板

目前國內(nèi)的裝配式建筑，樓蓋形式采用較多的是疊合板，先預制約60 mm 厚的混凝土底板，底板中配置板底鋼筋和桁架鋼筋，在底板現(xiàn)場吊裝就位后，在其上綁扎板面鋼筋，并澆筑混凝土，形成整體的受力構(gòu)件。但疊合板存在以下幾個問題：

⑴吊裝易損壞。疊合板厚度較薄，吊點設計不足或位置不合理時容易產(chǎn)生裂縫、撓曲等問題［6］。

⑵成本偏高。一方面，疊合板需要布設桁架鋼筋，相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆樓板或全預制板，鋼筋用量顯著增加；另一方面，現(xiàn)場需要澆筑疊合層，仍有大量的濕作業(yè)，用工量大，耗時長，增加造價，且不符合綠色環(huán)保的發(fā)展要求。

⑶施工速度慢。疊合板現(xiàn)場仍有大量的現(xiàn)澆工作量，施工所需時間長。

⑷生產(chǎn)質(zhì)量難控制。疊合板表面要求做不小于4 mm 的粗糙面，并嚴禁出現(xiàn)浮漿，但這在實際生產(chǎn)中不易控制，容易產(chǎn)生質(zhì)量問題。

針對以上問題，綜合考慮本項目的實際情況，在樓面層和懸挑陽臺采用了全預制樓板。本項目建筑樓板采用標準化設計，占總面積80%以上的樓板尺寸寬度為3 070 mm，長度為7 520～7 670 mm，采用110 mm厚全預制樓板，無需拆分，整體預制。

3.1 梁板節(jié)點

全預制樓板底部和面部同時出筋，底筋錨入疊合梁現(xiàn)澆層內(nèi)，錨固長度按規(guī)范“≥5d 且過支座中心線”的要求［7］，面筋在預留現(xiàn)澆凹槽內(nèi)按照要求進行搭接。全預制板板邊呈臺階狀（見圖8），給面筋提供足夠的錨固長度和施工操作面，同時增大后澆混凝土與預制層的接觸面。

圖8 全預制樓板梁板節(jié)點Fig.8 Precast Beam to Full Precast Slab Connections

3.2 全預制樓板的安裝

本項目樓蓋采用疊合梁+全預制樓板的形式，不同于常見的疊合樓板或現(xiàn)澆樓板，梁的箍筋、板的面筋等與預制構(gòu)件一體制作，為此對梁板安裝流程進行了優(yōu)化設計。全預制樓板的吊裝過程如圖9 所示。

3.3 造價分析

對全預制樓板與疊合樓板的造價進行了對比，以位于B～C 軸/2～3 軸半?yún)^(qū)域的樓板為例進行分析，該樓板尺寸為3 070 mm×7 520 mm，為標準層最典型常見的樓板尺寸。全預制板厚度為110 mm，采用一塊板整體預制；疊合板預制層厚度60 mm，現(xiàn)澆層厚度60 mm，采用2 塊預制板通過300 mm 寬整體式拼縫進行拼接。以《廣東省房屋建筑與裝飾工程定額》（2018）［8］為取費依據(jù)，綜合考慮模具、主材、輔材、人工、運輸、安裝、管理費用、現(xiàn)澆部分的模板、抹灰等因素，2 種方案的造價對比如表2 所示。

表2 2 種方案的造價分析Tab.2 Cost Analysis of Two Schemes

經(jīng)初步對比，全預制板方案每m2單價為314 元，疊合板方案每m2單價為319 元，全預制板相比疊合板在造價方面更具優(yōu)勢。

4 預制外墻板

4.1 標準化設計

本項目在建筑設計階段就考慮了預制外墻板的標準化設計，各層層高相同，柱網(wǎng)均勻，立面設計規(guī)律性強，梁、柱截面統(tǒng)一，外墻板寬度僅1.2 m 和2.4 m兩種，高度相同。

4.2 水平節(jié)點構(gòu)造

目前工程中常用的外墻板水平節(jié)點大都與梁濕連接，這種連接方式可能會增大梁的剛度，從而影響其在大震作用下的性能發(fā)揮［5］。采用內(nèi)嵌式外墻板，水平節(jié)點處無濕連接，在與梁的連接處留有縫隙，避免外墻板對梁的剛度造成影響。

4.3 拼縫構(gòu)造

防水設計是實現(xiàn)建筑正常使用功能的重要保證，因裝配式建筑現(xiàn)場裝配的特點，拼縫處的防水成為設計與施工中的一個重要問題［9］。本項目在拼縫處采用了多道防水措施，水平縫（見圖10 a）采用企口構(gòu)造、防水膠條+防水砂漿、密封膠4 道防水體系，豎縫（見圖10b）采用現(xiàn)澆混凝土、密封膠2 道防水體系。

同時，廣東地區(qū)基本風壓較大，工程中常用的分離式豎向拼縫構(gòu)造易造成墻面開裂，影響美觀。豎向拼縫采用后澆混凝土連接較好地解決了這一問題。

圖10 內(nèi)嵌外墻板防水構(gòu)造Fig.10 Waterproofing Details for Built-in Exterior Wall Panel

4.4 保溫、隔熱和裝飾一體化

采用200 mm 厚預制夾芯混凝土墻板，在墻體厚度中間布設了80 mm 厚的擠塑聚苯乙烯板（XPS）（見圖11a），保溫隔熱性能良好。預制外墻在生產(chǎn)時，采用反打工藝將外立面的紋理圖案與預制外墻板一體成型（見圖11b）。

圖11 外墻板生產(chǎn)及成品Fig.11 Production Site of Exterior Wall Panel and the Finished Product

5 臨邊防護措施

本項目結(jié)合裝配式結(jié)構(gòu)的特點，采用在樓層外圍結(jié)構(gòu)構(gòu)件上預留錨栓、現(xiàn)場安裝防護欄桿的方式，代替了傳統(tǒng)腳手架，施工快捷、造價低，取得了良好的效果。

5.1 臨邊防護做法

預制混凝土邊梁生產(chǎn)時在構(gòu)件外側(cè)預埋錨栓，吊裝前用螺栓將定型化工具式防護欄桿與預制邊梁連接，如圖12 所示。待邊梁吊裝完成后，即可在安全的情況下進行樓層施工面預制樓板吊裝、預制梁板綁扎鋼筋、預制梁板二次澆筑等后續(xù)裝配式建筑的施工工藝。預制外墻吊裝前應按部位逐步拆除外防護圍欄架體，然后擰掉螺栓，卸下欄桿立桿，操作過程中必須嚴格系好安全帶，正確使用防墜器。待整個項目完成后，可根據(jù)工程項目的具體情況采用高空車或者吊籃對預埋錨栓進行砂漿封堵抹平。

圖12 臨邊防護措施Fig.12 Edge Protection Measures

5.2 定型化工具式防護欄桿特點

⑴組裝簡便，安拆靈活，如后期有特殊需要，可二次安裝利用。

⑵安全性高，在安裝構(gòu)件時，外防護結(jié)構(gòu)依然存在，避免了因已拆除而存在的極大風險。

⑶固定措施牢固，水平防護、豎向防護均已設置，防護高度滿足規(guī)范要求。

⑷主要組成材料不易損壞，周轉(zhuǎn)次數(shù)高，可多次使用在其他工業(yè)化結(jié)構(gòu)工程上。

6 上套筒灌漿平行檢測

鋼筋灌漿套筒連接是目前最常見的預制柱連接方式，但是對于套筒灌漿的施工質(zhì)量，工程上一直沒有可靠易于推行的檢測手段。

平行檢測是指在預制柱體外設置灌漿套筒與柱底的空腔連通，同時灌漿，后期拆除該套筒進行相關(guān)的試驗和檢測，以檢驗柱體內(nèi)套筒灌漿質(zhì)量，如圖13 所示。此方法與工程中現(xiàn)澆混凝土留置試塊檢測的做法類似。

檢測做法：①疊合梁現(xiàn)澆層澆筑前在其上臨時固定一試件鋼筋，鋼筋定位距離應不大于柱邊250 mm，在鋼筋表面做隔離處理避免其與后澆混凝土粘結(jié)。②預制柱封倉時在柱底預留一孔洞與柱外套筒試件連接。③將固定好的試件鋼筋插入套筒試件，在套筒另一端也插入鋼筋，調(diào)節(jié)套筒試件的標高，注意套筒試件的標高應和預制柱內(nèi)套筒標高一致。④待套筒試件就位后，用專用灌漿波紋管將其與柱底預留孔洞連接，確保密封不漏漿。⑤波紋管連接完成后利用鼓風機進行通風，判斷管內(nèi)是否通暢。⑥灌漿：按上套筒灌漿法進行灌漿，直至所有出漿口和最后排氣孔出漿后停止灌漿。⑦灌漿后注意保護套筒試件，待24 h 后才能拆出試件，直至達到齡期將試件送檢。

圖13 上套筒灌漿平行檢測Fig.13 Parallel Testing for Splice Sleeve Grouting

7 結(jié)論

⑴設計做到了設計模數(shù)化、標準化，有利于降低成本和節(jié)約工期。

⑵針對預制柱常用的上套筒灌漿連接，不利于在大震作用下柱底塑性鉸的形成，采用下套筒灌漿連接，解決了這一問題。

⑶全預制板較好地解決了傳統(tǒng)疊合板施工速度慢、成本偏高、吊裝易產(chǎn)生裂縫或撓曲等問題。

⑷采用內(nèi)嵌式外墻板，在與梁的連接處留有縫隙，避免對梁的剛度造成影響。豎縫采用現(xiàn)澆混凝土+密封膠的連接構(gòu)造，較好地解決了防水和風壓較大地區(qū)外墻板連接處墻面易開裂的問題。

⑸利用預制邊梁預埋錨栓固定定型化工具式防護欄桿。利用裝配式建筑的特點，在施工過程中發(fā)揮其優(yōu)勢。

⑹上套筒平行檢測和鋼板定位等質(zhì)量檢測和控制方法可靠，同時易于推廣。