孟 輝

（廣東海龍建筑科技有限公司 廣東 珠海 519000）

0 引言

由于我國(guó)已步入老齡化社會(huì)階段，再加上經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，年輕人從事粗放型重體力勞動(dòng)的意愿明顯降低，勞動(dòng)密集型的傳統(tǒng)建造方式難以為繼，亟需加快推進(jìn)裝配式建筑的發(fā)展［1］。模塊化建筑則是裝配式建筑發(fā)展的新趨勢(shì)［2-3］，實(shí)現(xiàn)了裝配式由傳統(tǒng)的單一構(gòu)件的預(yù)制安裝，轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨燃傻哪K安裝，大大提高了建筑的工廠化生產(chǎn)率，有利地推動(dòng)了建筑工業(yè)化。

混凝土模塊建筑［4］按照建筑房間拆分成不同的模塊單元，每個(gè)模塊均為四面墻體和頂?shù)装褰M成的獨(dú)立六面體空間。模塊可實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，設(shè)備管線的安裝預(yù)埋及裝修，完成的模塊再運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)組裝成建筑。與其他裝配式建筑預(yù)制部品相比，模塊建筑重量更大，構(gòu)造更復(fù)雜且裝修保護(hù)要求高，吊裝難度大大升級(jí)。目前，針對(duì)裝配式建筑預(yù)制部品吊裝技術(shù)研究的文獻(xiàn)較多，主要分為傳統(tǒng)混凝土預(yù)制件［5-7］，預(yù)制混凝土管廊［8-9］，鋼結(jié)構(gòu)模塊［10-11］等的吊裝研究。傳統(tǒng)混凝土預(yù)制件，多指預(yù)制墻板、預(yù)制樓梯、預(yù)制疊合梁、疊合板、預(yù)制柱等，吊點(diǎn)布置較少且可對(duì)稱布置，吊裝簡(jiǎn)單易控制；預(yù)制混凝土管廊則接近混凝土模塊構(gòu)造，但管廊構(gòu)造較對(duì)稱和尺寸更規(guī)格化，吊點(diǎn)布置及吊重較易確定；鋼結(jié)構(gòu)模塊建筑較混凝土模塊質(zhì)量輕，且基本為框架結(jié)構(gòu)，吊點(diǎn)布置可設(shè)置到模塊角柱處或鋼梁上，于鋼構(gòu)件受力宜發(fā)生形變的特點(diǎn)，其吊點(diǎn)布置及吊裝設(shè)計(jì)與混凝土模塊存在較大差異性。然而，針對(duì)混凝土模塊化建筑吊裝系統(tǒng)整體研究的相關(guān)文獻(xiàn)還未見(jiàn)到。為了推動(dòng)混凝土模塊化建筑的進(jìn)一步發(fā)展，吊裝技術(shù)研究是其中不可忽略的一環(huán)。本文依托香港某綜合樓項(xiàng)目進(jìn)行結(jié)構(gòu)吊裝計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。該項(xiàng)目由混凝土模塊組裝合成，針對(duì)該項(xiàng)目拆分的建筑模塊進(jìn)行吊點(diǎn)布置，吊架設(shè)計(jì)及吊裝精度控制，最終形成一套模塊吊裝關(guān)鍵技術(shù)，以指導(dǎo)模塊吊裝施工。

1 項(xiàng)目概況

香港某綜合樓項(xiàng)目共8層，其中2～8層，除樓核心區(qū)、電梯間及設(shè)備用房外，其他標(biāo)準(zhǔn)戶型均采用模塊化拼裝，共有7 款模塊類型，最重約16 t。每層需吊裝的模塊為252個(gè)，全樓共1 764個(gè)模塊。所有建筑模塊均為工廠生產(chǎn)并完成設(shè)備管線的預(yù)埋及裝修工作后，再運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)完成吊裝工作。

2 模塊建筑無(wú)偏斜吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 模塊無(wú)偏斜吊裝設(shè)計(jì)原理

為避免吊裝過(guò)程產(chǎn)生大角度傾斜，從而導(dǎo)致吊裝安全隱患，本項(xiàng)目吊裝全程采用鋼結(jié)構(gòu)吊架起吊，同時(shí)為保證鋼吊架穩(wěn)定，在吊架頂部設(shè)置4 根吊鏈與頂部吊機(jī)連接，鋼吊架底部吊鏈與模塊連接。其中頂部4 根吊鏈應(yīng)等長(zhǎng)等傾斜度對(duì)稱布置，且傾斜度與鋼架平面水平夾角不宜小于60°，以便于吊鏈較大限度地承受豎向吊重；底部吊鏈應(yīng)保持豎直等長(zhǎng)，避免因吊鏈長(zhǎng)度不均導(dǎo)致構(gòu)件傾斜，從而產(chǎn)生水平力造成模塊水平向的受力破壞。為保證吊架起吊無(wú)偏斜，應(yīng)保證底部模塊重心、鋼吊架的重心在吊架頂部4 根吊鏈的合力作用線上。項(xiàng)目模塊起吊如圖1所示。

圖1 混凝土模塊起吊Fig.1 Concrete Module Lifting

2.2 復(fù)雜模塊吊點(diǎn)布置原則

建筑模塊是由墻、柱、梁、板等構(gòu)件組成的六面體結(jié)構(gòu)。通過(guò)香港某項(xiàng)目吊裝設(shè)計(jì)，總結(jié)了一個(gè)模塊吊點(diǎn)布置及計(jì)算的方法。吊點(diǎn)設(shè)置前應(yīng)先計(jì)算出模塊的重心點(diǎn)坐標(biāo)，重心確定后，模塊頂部吊點(diǎn)可布置于重心周邊的豎向承重構(gòu)件（墻或柱）上，盡量避開(kāi)門窗洞口頂部薄弱處布置，吊點(diǎn)數(shù)量應(yīng)多于3 個(gè)且至少有一點(diǎn)不共線。吊點(diǎn)布置后應(yīng)進(jìn)行吊點(diǎn)計(jì)算，避免吊點(diǎn)因模塊重心與吊架重心及其上部吊鏈合力作用線不共線產(chǎn)生的偏心彎矩而出現(xiàn)受壓情況，如出現(xiàn)該情況，則說(shuō)明吊點(diǎn)布置不合理，應(yīng)給予位置調(diào)整，直到所布置吊點(diǎn)全部受拉方可。

⑴吊點(diǎn)計(jì)算，以香港某項(xiàng)目模塊類型1 吊點(diǎn)布置為例，吊點(diǎn)共6 個(gè)，吊點(diǎn)布置俯視圖如圖2 所示，編號(hào)為A1～A6。各吊點(diǎn)拉力計(jì)算公式［12］如下：

圖2 模塊1吊點(diǎn)布置俯視圖Fig.2 Top View of Hoisting Point Layout of Module 1

式中：G為模塊的重力；n為吊點(diǎn)的數(shù)量；Xi，Yi為吊點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)；Xr，Yr為吊點(diǎn)的中心坐標(biāo)點(diǎn)；X0，Y0為模塊的重心坐標(biāo)點(diǎn)；ex，ey為吊點(diǎn)中心坐標(biāo)點(diǎn)與模塊重心坐標(biāo)點(diǎn)的偏心距；FAi為吊點(diǎn)Ai的吊點(diǎn)力。

⑵通過(guò)模塊吊裝試驗(yàn)測(cè)量（見(jiàn)圖3），給出吊點(diǎn)力理論值和試驗(yàn)值的對(duì)比，如表1所示。

表1 吊點(diǎn)力理論值與試驗(yàn)值Tab.1 Theoretical Value and Experimental Value of Lifting Point Force

圖3 模塊吊點(diǎn)測(cè)試Fig.3 Module Hanging Point Test

本次測(cè)試使用的儀器為上海某公司生產(chǎn)的5 t 的OCS 電子吊秤，測(cè)試選取了3 個(gè)模塊，編號(hào)分別為MiC-2，MiC-2a，MiC-3，每個(gè)模塊均設(shè)置了6 個(gè)吊點(diǎn)。其中MiC-2與MiC-2a為同一款，MiC-2與MiC-3是未做裝修的模塊，MiC-2a為裝修后的模塊。選取MiC-2與MiC-3 是因?yàn)榍罢咧匦钠男?，吊點(diǎn)布置較均衡，后者重心偏心較大，吊點(diǎn)布置不太均衡，通過(guò)對(duì)不同偏心模塊的測(cè)試，數(shù)據(jù)更全面。在通過(guò)對(duì)3 個(gè)模塊的理論值與試驗(yàn)值的對(duì)比可知：

⑴模塊總重最大絕對(duì)值偏差為2%，說(shuō)明測(cè)試數(shù)據(jù)整體準(zhǔn)確。

⑵18組吊點(diǎn)數(shù)據(jù)平均偏差值為4.9%，說(shuō)明試驗(yàn)值與理論值較吻合，該理論計(jì)算方法可作為工程設(shè)計(jì)使用。

⑶單個(gè)吊點(diǎn)力理論值最大絕對(duì)偏差為14%，平均絕對(duì)偏差4.9%，且計(jì)算值為標(biāo)準(zhǔn)值未考慮起吊動(dòng)力系數(shù)，建議起吊動(dòng)力系數(shù)設(shè)置不小于1.1，可有效降低吊點(diǎn)力偏差的不利影響。

2.3 鋼吊架設(shè)計(jì)原理

鋼吊架是由主次鋼梁焊接而成的平面鋼架，鋼架頂部設(shè)有4 個(gè)吊點(diǎn)用于與吊機(jī)連接，底部設(shè)有與模塊頂部吊點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)連接的掛點(diǎn)。當(dāng)所起吊的模塊體型復(fù)雜且重心偏心距較大時(shí)，應(yīng)按模塊頂部吊點(diǎn)實(shí)際布置位置對(duì)應(yīng)布置吊架的鋼梁及其底部吊點(diǎn)，使模塊頂部吊點(diǎn)都能一一對(duì)應(yīng)豎直掛到吊架底部掛點(diǎn)；吊架頂部4個(gè)吊點(diǎn)也應(yīng)按照模塊的重心點(diǎn)對(duì)稱布置到吊架的相應(yīng)鋼梁頂部，如圖4所示，圖4中吊架頂部吊點(diǎn)合力作用點(diǎn)同底部模塊的重心點(diǎn)應(yīng)共線。按該方式逆序設(shè)計(jì)的吊架可能會(huì)發(fā)現(xiàn)吊架的重心與模塊的重心不共線，為實(shí)現(xiàn)無(wú)偏斜模塊起吊，可在模塊重心偏離吊架重心一側(cè)的吊架鋼梁上配重，使吊架的重心與模塊的重心重合。配重可通過(guò)鋼架自重與其坐標(biāo)乘積加上配重與其坐標(biāo)乘積之和除于鋼架與配重總重所得的坐標(biāo)值等于模塊重心坐標(biāo)值的方式［12］來(lái)設(shè)置。

圖4 吊架底部掛點(diǎn)及頂部吊點(diǎn)布置平面Fig.4 Layout Plan of Hanging Point at Bottom and Top of Hanger

鋼吊架構(gòu)件布置設(shè)計(jì)完成后，按照頂部吊點(diǎn)為豎向約束，底部吊點(diǎn)吊重為荷載，進(jìn)行鋼架鋼梁的截面設(shè)計(jì)及對(duì)應(yīng)連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)即可完成吊架的設(shè)計(jì)。

3 模塊建筑精確安裝關(guān)鍵技術(shù)

3.1 模塊安裝前準(zhǔn)備

⑴每個(gè)模塊工廠生產(chǎn)完成后，要用工裝臺(tái)對(duì)其水平度、垂直度及尺寸進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收不合格的返廠修補(bǔ)，確保所有模塊出廠前均達(dá)到安裝要求；

⑵制訂模塊拼裝順序；

⑶根據(jù)箱體拼裝順序，在箱體吊裝后露出在外側(cè)的兩面相交的墻體上繪制標(biāo)高定位水平墨線和模塊豎直墨線，其中水平墨線可與模塊裝修墨線共用，豎直墨線則位于水平墨線中部且與水平線正交布置。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)安裝

⑴對(duì)場(chǎng)地或拼裝樓板面進(jìn)行平整，使其滿足模塊拼裝平整度及標(biāo)高要求；

⑵每個(gè)拼裝層設(shè)一個(gè)模塊吊裝區(qū)外部的固定測(cè)量點(diǎn)；

⑶按照模塊拼裝圖，由固定測(cè)量點(diǎn)引入測(cè)量，繪制模塊底部對(duì)齊輪廓線，至少兩個(gè)垂直邊；

⑷每個(gè)模塊吊裝前應(yīng)進(jìn)行底部墊片設(shè)置，墊片宜設(shè)置在模塊四角或中間隔墻底部，墊片位置不少于4 處且至少有2 處不共線，通過(guò)固定測(cè)量點(diǎn)設(shè)置墊片高度，使其達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高點(diǎn)；

⑸用泡沫條對(duì)模塊吊裝位進(jìn)行坐漿區(qū)圍護(hù)，并坐漿，使模塊底板與下層結(jié)構(gòu)板之間縫隙填充密實(shí)，如圖5所示；

圖5 墊片調(diào)整及坐漿處理Fig.5 Gasket Adjustment and Grouting

⑹模塊按照?qǐng)龅剌喞€將模塊吊裝到位，底部由設(shè)置好的墊片支撐。模塊落位后，通過(guò)測(cè)量?jī)x對(duì)模塊標(biāo)高水平線及傾斜度進(jìn)行復(fù)測(cè)，根據(jù)復(fù)測(cè)結(jié)果再起吊模塊，對(duì)應(yīng)調(diào)整底部墊片高度，直到模塊安裝后滿足標(biāo)高和豎直度要求，如圖6所示。

圖6 模塊落位安裝Fig.6 Module Installation

4 結(jié)論

通過(guò)香港某綜合樓項(xiàng)目混凝土模塊的吊裝技術(shù)研究，主要得出以下結(jié)論：

⑴研究形成混凝土模塊無(wú)偏斜吊裝的設(shè)計(jì)理論；

⑵給出混凝土模塊起吊用鋼吊架的設(shè)計(jì)原理；

⑶針對(duì)混凝土模塊的安裝給出具體的安裝流程和精度控制關(guān)鍵技術(shù)。

該模塊建筑無(wú)偏斜吊裝施工技術(shù)研究全面解決了混凝土模塊建筑吊裝中的難題，也為相類似的裝配式建筑工程項(xiàng)目的吊裝作業(yè)提供了寶貴的技術(shù)支持，可有力推動(dòng)裝配式建筑的快速發(fā)展。