趙中科
(中國(guó)建筑第八工程局有限公司西北分公司,陜西 西安 710000)
在我國(guó)城市化進(jìn)程中,高層建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大,成為建筑項(xiàng)目中的重要主體。在傳統(tǒng)的建筑施工中,高層建筑施工往往能源需求量大、施工周期長(zhǎng)、資金投入高、對(duì)環(huán)境破壞嚴(yán)重[1]。在當(dāng)前我國(guó)大力推進(jìn)綠色建筑背景下,高層建筑施工加強(qiáng)對(duì)創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用,做好節(jié)能降耗、提質(zhì)增效,成為建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。裝配式建筑能夠滿足建筑節(jié)能環(huán)保要求,并且具有施工效率高、質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì),成為建筑行業(yè)未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)。其中,裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是我國(guó)重點(diǎn)推廣的建筑結(jié)構(gòu)體系,在高層建筑施工中,裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工不僅能夠?qū)崿F(xiàn)良好的施工效益,推進(jìn)綠色建筑施工,同時(shí)還可以有效解決傳統(tǒng)混凝土施工中存在的質(zhì)量通病,提高建筑質(zhì)量和安全[2]。因此,該文詳細(xì)對(duì)高層建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行了探討。
該項(xiàng)目建筑為地上19 層,地下2 層的高層建筑項(xiàng)目,建筑結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu),1-6 層為現(xiàn)澆框架-剪力墻結(jié)構(gòu),7-19 層為裝配式框架-剪力墻結(jié)構(gòu),采用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝。項(xiàng)目建筑總面積約4.4 萬(wàn)m2,其中地上建筑面積約3.5 萬(wàn)m2;建筑高度約78m;建筑功能為辦公樓,設(shè)計(jì)使用年限50 年,防火等級(jí)1 級(jí),抗震設(shè)防等級(jí)7 度,人防工程等級(jí)6 級(jí),建筑場(chǎng)地類(lèi)別Ⅳ類(lèi)。
該工程中,主要預(yù)制混凝土構(gòu)件包括預(yù)制柱、預(yù)制疊合梁、預(yù)制疊合樓板、預(yù)制樓梯、整體式陽(yáng)臺(tái),混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30-C40。7 層以上裝配式框架剪力墻結(jié)構(gòu)均為標(biāo)準(zhǔn)層,每層預(yù)制構(gòu)件總數(shù)為273 件,具體如表1 所示。項(xiàng)目預(yù)制率為60%,裝配率為79%。
表1 預(yù)制混凝土構(gòu)件尺寸
裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在滿足安全、適用、耐久的基該設(shè)計(jì)要求基礎(chǔ)上,還需要綜合考慮預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)[3]。因此,要在裝配式混凝土建筑原該設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化設(shè)計(jì),確保預(yù)制構(gòu)件滿足結(jié)構(gòu)需求以及水電設(shè)備等專(zhuān)業(yè)要求,同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工各個(gè)環(huán)節(jié),形成可操作性強(qiáng)、設(shè)計(jì)合理的施工設(shè)計(jì)圖紙。
該工程中,主要對(duì)預(yù)制構(gòu)件詳圖,相關(guān)吊件、埋件細(xì)節(jié)構(gòu)造圖等;預(yù)制構(gòu)件裝配位置、節(jié)點(diǎn)安裝、支架設(shè)計(jì)詳圖;預(yù)制構(gòu)件制作、裝配施工、驗(yàn)收等進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。通過(guò)深化設(shè)計(jì),提出預(yù)制柱、梁、樓板等設(shè)計(jì)要點(diǎn),疊合板箍筋優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、疊合樓板拼縫及板端制作構(gòu)造鋼筋優(yōu)化方案、特殊區(qū)域無(wú)支撐疊合樓板設(shè)計(jì);優(yōu)化主次梁、梁柱、柱柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),確保節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能達(dá)標(biāo);運(yùn)用BIM 進(jìn)行裝配式拆分體系梁板柱構(gòu)件碰撞檢測(cè),調(diào)整碰撞問(wèn)題,優(yōu)化施工設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì),確保后期施工順利進(jìn)行[4]。
3.1.1 設(shè)置預(yù)制構(gòu)件堆場(chǎng)
根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件以及預(yù)制構(gòu)件吊裝施工方案,以滿足1.5d 吊裝施工量考慮,在北區(qū)塔吊旁設(shè)置兩個(gè)吊裝作業(yè)區(qū),均為長(zhǎng)20m,寬9m,一個(gè)用作預(yù)制構(gòu)件堆場(chǎng),一個(gè)用作構(gòu)件翻置區(qū)。南區(qū)塔吊旁分南北設(shè)置構(gòu)件堆場(chǎng)和翻置區(qū),堆場(chǎng)尺寸與北區(qū)塔吊一致,翻置區(qū)尺寸為15m×9m。單個(gè)構(gòu)件堆場(chǎng)約可放置50 根主次梁,兩個(gè)堆場(chǎng)能夠滿足一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層預(yù)制梁吊裝需求;單層預(yù)制疊合樓板面積為1440m2,兩邊吊裝作業(yè)區(qū)面積總和為360+315=675m2,預(yù)制梁吊裝完成后即可將疊合板運(yùn)輸至空閑場(chǎng)地,進(jìn)行疊層堆放,一般可疊放三層,因此最大堆放面積可達(dá)到675×3=2025m2。因此,設(shè)置構(gòu)件堆場(chǎng)完全能夠滿足預(yù)制疊合板吊裝需求。
3.1.2 預(yù)制構(gòu)件場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸
該工程中,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件,最終選用13m×2.4m×1.5m半掛進(jìn)行場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸。施工現(xiàn)場(chǎng)南、北、東三面均設(shè)置出入口,滿足車(chē)輛運(yùn)輸頻率;場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸路線根據(jù)堆場(chǎng)位置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置,場(chǎng)內(nèi)道路設(shè)置寬度為雙向車(chē)道6m。
該工程建立裝配式施工技術(shù)組,由項(xiàng)目總工程師帶頭,技術(shù)員、安全員、質(zhì)檢員、結(jié)構(gòu)施工管理人員及構(gòu)件安裝管理員等共同組成。技術(shù)組負(fù)責(zé)深化設(shè)計(jì)施工方案,并與現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員進(jìn)行討論分析,合理安排部署施工各環(huán)節(jié);對(duì)預(yù)制構(gòu)件安裝施工人員進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化教育培訓(xùn),結(jié)合構(gòu)件施工具體要求,落實(shí)前期各項(xiàng)細(xì)節(jié)工作。進(jìn)行施工技術(shù)交底,及時(shí)匯總問(wèn)題,并逐一商榷施工難點(diǎn)、要點(diǎn);各施工單位建立溝通機(jī)制,保持良好溝通,避免施工過(guò)程中溝通不暢出現(xiàn)失誤[5]。
3.3.1 測(cè)量放樣
對(duì)平面控制點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核,運(yùn)用全站儀進(jìn)行平面軸線放樣;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)各樓層高程控制點(diǎn),沿建筑物四周布置水平控制網(wǎng)點(diǎn);根據(jù)平面軸線確定構(gòu)件準(zhǔn)確位置并進(jìn)行放樣,根據(jù)環(huán)向水平控制網(wǎng)點(diǎn)確定構(gòu)件標(biāo)高[6]。
3.3.2 預(yù)制柱安裝施工
施工流程:上層柱頂預(yù)留鋼筋固定→柱位彈線→柱翻身→吊裝→就位后臨時(shí)固定→校正并調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)位→固定和套筒灌漿。
首先,上層柱頂預(yù)留鋼筋位置精準(zhǔn)度直接關(guān)系到預(yù)制柱定位精確度。因預(yù)留鋼筋位置在柱頂,但梁柱節(jié)點(diǎn)位置為現(xiàn)澆區(qū)域,因此須預(yù)留1m 鋼筋在柱頂。由于預(yù)制柱生產(chǎn)中預(yù)留鋼筋長(zhǎng)度存在誤差,并且梁柱節(jié)點(diǎn)現(xiàn)澆過(guò)程中混凝土振搗也容易造成鋼筋偏位,從而對(duì)后續(xù)安裝及套筒灌漿造成影響。所以必須要先固定柱頂預(yù)留鋼筋。該工程中,主要使用定位套筒和定位鐵板,對(duì)復(fù)核確定后的鋼筋位置進(jìn)行固定。在疊合現(xiàn)澆部分混凝土澆筑前,從柱底樓面放線孔向柱頂樓面引線,并用魚(yú)線拉出縱橫結(jié)構(gòu)邊線,確定柱參照邊線;根據(jù)柱鋼筋分布,用直徑為6mm 鋼筋制作鋼筋網(wǎng)箍,格間距比鋼筋間距大3mm,鋼筋網(wǎng)箍放置于疊合板面筋上,現(xiàn)澆施工中埋在混凝土中,確定鋼筋相對(duì)位置;然后使用定位套筒和定位鐵板進(jìn)行調(diào)整固定;復(fù)核鋼筋位置,正確后用短鋼筋定位鐵板焊接在樓板面筋上進(jìn)行固定。
其次,在預(yù)制柱吊裝運(yùn)輸中,柱翻身采用在預(yù)制柱底部放置一處一層木枋和一處兩層木枋,在木枋上鋪設(shè)厚橡膠墊,使柱身站立前底部與梁柱木枋接觸,防止柱身晃動(dòng),保護(hù)柱底混凝土;在柱底距離1m 處設(shè)置牽引繩,若柱身出現(xiàn)晃動(dòng),則可通過(guò)牽引繩穩(wěn)定柱身。
再次,吊裝就位后,確定垂直度精確并穩(wěn)定后,進(jìn)行臨時(shí)固定。臨時(shí)固定采用可伸縮鋼管斜支撐,其結(jié)構(gòu)為兩端螺桿加底座(開(kāi)螺栓孔)以及帶旋轉(zhuǎn)把手,連接車(chē)牙與螺桿的中間鋼管兩部分。在預(yù)制柱上預(yù)留M24 車(chē)牙套筒,對(duì)準(zhǔn)柱中間位置,斜支撐安裝時(shí)再鎖M24 螺栓與預(yù)制柱及樓板固定;預(yù)制樓板上預(yù)埋套筒用短鋼筋與梁筋焊接在一起,避免混凝土澆筑過(guò)程中發(fā)生偏位。斜支撐套筒留置圖如圖1 所示。在預(yù)制柱調(diào)整中,旋轉(zhuǎn)斜支撐中間把手,直至垂直度符合標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行固定。
圖1 鋼筋斜支撐套筒留置圖
最后,進(jìn)行預(yù)制柱套筒灌漿。連接方式為利用全灌漿套筒進(jìn)行高強(qiáng)度無(wú)收縮砂漿灌漿連接柱間鋼筋。灌漿過(guò)程中,利用預(yù)制柱底部凹槽導(dǎo)流,同時(shí)在柱底設(shè)置排氣孔連接套筒上方,墊上鋼片留下2cm 間隙,留置砂漿流動(dòng)空間。套筒注漿過(guò)程中,注意加強(qiáng)砂漿材料檢測(cè),施工前需要對(duì)砂漿流度進(jìn)行檢測(cè),采用內(nèi)徑為上端70mm、下端100mm,高為60mm的試驗(yàn)環(huán)進(jìn)行流度檢測(cè),對(duì)拌合后的砂漿進(jìn)行測(cè)驗(yàn),流度大于300mm 后再進(jìn)行灌漿。
3.3.3 預(yù)制梁安裝施工
施工流程:吊裝準(zhǔn)備→架設(shè)主梁臨時(shí)支撐系統(tǒng)→檢查方向、編號(hào)、上層主筋→上條主梁吊裝→調(diào)整立柱、支撐擱置點(diǎn)標(biāo)高→鎖定支撐系統(tǒng)標(biāo)高→吊車(chē)吊鉤松綁→(下一根主梁吊裝)→架設(shè)次梁支撐系統(tǒng)→次梁起吊安裝→主次梁節(jié)點(diǎn)填充砂漿。
預(yù)制梁安裝前需要檢查好主次梁方向、編號(hào)和上層主筋,避免吊裝就位后方向錯(cuò)誤再重新返工,影響構(gòu)件質(zhì)量。在吊裝過(guò)程中,可以利用扁擔(dān)梁,使預(yù)制梁吊裝受力均勻,提高構(gòu)件連接安裝效率。主梁安裝前,在地面進(jìn)行邊梁安裝互聯(lián)、安全母索、牽引繩安裝,然后再進(jìn)行起吊安裝;根據(jù)柱或剪力墻梁位線確定主梁安裝位置,誤差控制在±5mm 之內(nèi),然后按照?qǐng)D紙編號(hào)逐條安裝。主梁安裝完成后,調(diào)整支撐架架頂高程,保持柱頂或剪力墻頂、梁中部高程一致;然后進(jìn)行次梁安裝,在主梁側(cè)面預(yù)留凹槽,并再次梁預(yù)先設(shè)置好搭接預(yù)埋件,將次梁搭接在主梁凹槽上,吊裝就位。主次梁吊裝完成后,先用木板進(jìn)行交接位置封模,然后用結(jié)構(gòu)砂漿進(jìn)行灌漿填縫,砂漿凝固后拆模。
3.3.4 預(yù)制疊合板安裝
施工流程:搭設(shè)支撐架→確認(rèn)構(gòu)件方向、編號(hào)→起吊安裝→確認(rèn)落至梁上位置→確認(rèn)板片接縫間隙→松鉤、起鉤下一板片→在板片接縫處塞泡沫填充砂漿。
在預(yù)制疊合板安裝施工中,由于疊合板面積較大,為避免吊運(yùn)過(guò)程中受力不均造成構(gòu)件損傷,則需要使用專(zhuān)用吊具吊裝。該工程中,設(shè)計(jì)了自平衡吊架進(jìn)行預(yù)制疊合板吊裝。疊合板構(gòu)件任意邊長(zhǎng)均在2.5m 以上,因此設(shè)計(jì)自平衡吊架為六點(diǎn)起吊。吊架構(gòu)成包括吊架、滑輪組、鋼纜繩、吊點(diǎn)設(shè)置。其中,吊架由槽鋼焊接而成;滑輪組采用2t 滑輪,為吊勾型開(kāi)口式單車(chē)滑輪,額定起重2t,試驗(yàn)荷載32kN;鋼纜繩采用鍍鋅鋼絲繩材料,規(guī)格為6*37-14(6 股;每股37 根鋼絲繩;鋼絲繩直徑為14mm);吊點(diǎn)設(shè)置6 個(gè),材料為Q235 普通碳素鋼,鋼板高25mm,吊點(diǎn)寬100mm,高130mm。
進(jìn)行自平衡吊架受力測(cè)算,以受力最薄弱鋼絲繩部位進(jìn)行試驗(yàn),計(jì)算鋼絲繩受力情況。鋼絲繩破斷拉力由公式(1)計(jì)算。
式中:α—折減系數(shù),鋼絲繩6×37 時(shí),取值為0.82;k—安全系數(shù),滑車(chē)時(shí)取值為4.5。
根據(jù)公式計(jì)算可知[Fg]=22.5kN
已知吊架限載為2t,6 個(gè)平衡吊點(diǎn),根據(jù)最不利因素考慮,僅有一半吊點(diǎn)受力(即3 個(gè)),平均每個(gè)吊點(diǎn)受力值為2÷3 ≈6.6kN,鋼絲繩允許拉力22.5kN>6.6kN,能夠充分滿足使用標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)用自平衡吊架進(jìn)行預(yù)制疊合板吊裝,有效保證吊運(yùn)過(guò)程中疊合板受力均勻,板片穩(wěn)定,且具有操作簡(jiǎn)便,定位準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)。
疊合板安裝過(guò)程中,搭接邊應(yīng)進(jìn)入疊合梁或剪力墻距離不小于15mm,疊合板之間的拼縫要對(duì)接平齊,根據(jù)圖紙進(jìn)行安裝;對(duì)板安裝水平位置、標(biāo)高、垂直度進(jìn)行復(fù)核,嚴(yán)格控制誤差;板接縫應(yīng)控制在5mm,采用8mm 泡棉條進(jìn)行縫隙填充后,再由高強(qiáng)砂漿進(jìn)行填充,防止面層混凝土澆筑時(shí)發(fā)生漏漿污染。安裝完成后,按照設(shè)計(jì)圖紙放置附加筋,同時(shí)埋設(shè)管線,最后進(jìn)行混凝土澆筑。
3.3.5 預(yù)制樓梯安裝
施工流程:測(cè)量放線→檢查進(jìn)場(chǎng)構(gòu)件→搭設(shè)支架→安裝固定→架設(shè)安全欄桿。
預(yù)制樓梯安裝一般采用扁擔(dān)梁輔助吊裝,避免吊裝過(guò)程中發(fā)生受力不均、吊運(yùn)不穩(wěn)定導(dǎo)致構(gòu)件損傷。預(yù)制樓梯吊運(yùn)過(guò)程中,須確保上下高差符合,頂?shù)灼叫校奖惆惭b。預(yù)制樓梯就位后,施工人員須進(jìn)行測(cè)量復(fù)核,及時(shí)調(diào)整,確定準(zhǔn)確位置。調(diào)節(jié)支撐立桿,確保能夠全部受力;然后采用螺栓鎖緊或點(diǎn)焊固定接頭,焊接或螺栓連接完成后進(jìn)行混凝土澆筑封裝。安裝完成進(jìn)行臨時(shí)欄桿架設(shè),滿足相關(guān)防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求;安裝精度上,要求上下層樓梯邊線誤差控制在3mm 范圍內(nèi),因此安裝過(guò)程中進(jìn)行吊垂線施工。
高層建筑中采用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工,是當(dāng)前建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要方向。在該工程中,主要對(duì)某高層辦公樓建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工要點(diǎn)進(jìn)行了分析,包括裝配式混凝土結(jié)構(gòu)場(chǎng)內(nèi)堆放及運(yùn)輸和施工準(zhǔn)備要點(diǎn),以及具體構(gòu)件施工要點(diǎn),介紹預(yù)制柱、梁、疊合板、樓梯等裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝施工的具體應(yīng)用,并對(duì)柱翻身技術(shù)、鋼管斜支撐垂直度調(diào)整技術(shù)、柱頂鋼筋定位與固定技術(shù)、疊合板自平衡吊架技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析,有效降低了施工中預(yù)制構(gòu)件損傷,提高了施工效率,保障施工安全,為高層建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工提供有效參考。