吳 攀,滕 超,袁得曉,陳曉龍

(青島海川建設集團有限公司,山東 青島 266000)

0 引言

為滿足城鎮(zhèn)現(xiàn)代化建設及城市發(fā)展的需要,我國大力推廣城市更新建設工作,大量既有建筑被賦予了新的建筑職能。針對既有建筑結(jié)構(gòu)的局部改造,為滿足新的使用功能,需在不改變整體安裝管線的前提下,進行墻體位置的重新布局。通常后置墻體采用裝配式內(nèi)隔墻來加快整體施工進度并提升整體效果,但公共建筑安裝管線繁雜,且大量大型風管置于結(jié)構(gòu)頂板下,直接布置隔墻位置或有大量安裝管線交叉穿越,甚至出現(xiàn)大型管道恰好完全置于隔墻上空的情況,導致新建墻體頂部缺少約束固定結(jié)構(gòu)。因此,隔墻的安裝除了滿足使用空間的需求外,還須考慮與既有管線交疊、沖突時的固定問題。

1 工程概況

青島國際會展中心會議中心擴建項目需將原展館拆分間隔成數(shù)個大小不一的會議報告廳,各房間對隔聲、防火等條件有較高的要求,無法采用輕鋼龍骨隔墻等傳統(tǒng)隔墻進行簡單分割,且要確保房間裝飾吊頂以上也進行間隔密閉。該展館全長127m,寬55.2m,單層需將①～⑤軸及～軸原展館區(qū)域拆分成14間會議報告廳,展廳上空有電氣、給水、消防及通風等大量管線,最大風管管徑為2 000mm×400mm,最大管線占用空間高度為2 100mm。

2 工藝原理

為保證美觀,既有建筑結(jié)構(gòu)的翻新使用通常在其頂部采用吊頂封閉。為在不改變各種安裝管線走向及位置的情況下更新隔墻的間隔布置,同時滿足隔墻頂部固定穩(wěn)固的要求,需設計一種能順利繞開管線的隔墻安裝結(jié)構(gòu),且其隔聲效果、耐火性能等基本使用功能也要得到保障。

運用BIM技術(shù)及裝配式技術(shù)輔助模擬隔墻頂部固定結(jié)構(gòu)及管道穿越情況,同時考慮利用鋼結(jié)構(gòu)或其他輕質(zhì)加固構(gòu)件將隔墻頂部與上部既有結(jié)構(gòu)進行局部連接固定,并在管道縫隙部分進行防火及隔聲填充。裝配式后置隔墻頂部管線穿越思路如圖1所示。針對實際管線走向布置復合空腔套框,在交叉穿越管線區(qū)域設置區(qū)格空腔,使各種設備管道從隔墻頂部交叉穿越;在隔墻正上方且平行于隔墻的大型管道設置連續(xù)復合空腔,使管道穿越通過套框體系且不影響隔墻固定點位,在降低后置隔墻高度的同時滿足墻體固定需求,從而形成一種隔墻頂部有管道穿越的裝配式后置隔墻安裝施工技術(shù)。

圖1 裝配式后置隔墻頂部管線穿越思路Fig.1 Pipeline crossing idea at the top of prefabricated rear partition wall

3 關鍵技術(shù)

3.1 BIM技術(shù)校核模擬分析

1)針對有完整圖紙且定位準確的工程項目,運用Revit建模軟件根據(jù)圖紙管線位置建立建筑、結(jié)構(gòu)、機電及裝飾裝修的全專業(yè)BIM模型,確認管線與既有建筑結(jié)構(gòu)的相對位置,在此基礎上布置新增后置墻體,運用Navisworks進行安裝管線及引入隔墻圖形的碰撞模擬[1],如圖2所示。逐一檢查碰撞點(見圖3),在碰撞區(qū)域制定隔墻頂部的固定連接安裝方式,并根據(jù)管線綜合布置排布圖確定縱、橫向管道及大型風管與后置隔墻交叉的范圍、高度,針對不同情況繪制連接節(jié)點大樣,區(qū)分需布置的空腔連接形式及位置,模擬繪制連接構(gòu)造并按照實際位置進行裝配式鋼框架的零件加工。BIM模型文件可輸出可識別的數(shù)控文件進行數(shù)字化加工下料,并經(jīng)軟件系統(tǒng)自動排版套料生成切割代碼,利用數(shù)控機床進行下料切割[2-3]。

圖3 碰撞平面點位Fig.3 Collision plane point

2)針對部分圖紙缺失或圖紙定位不準確的工程項目,可運用BIM技術(shù)及三維掃描技術(shù)對既有管網(wǎng)的安裝情況進行實景復現(xiàn)。通過Faroscene生成點云文件(見圖4),利用Recap點云處理后建立Revit模型(見圖5),以點云模型作為安裝管線實際走向參照,與圖紙模型進行實景擬合(見圖6),分析機電安裝管線位置的正確性及施工過程中的偏差[4]。重新調(diào)整偏差大的管線模型,確保最終的管線模型與現(xiàn)場一致,在校正后的BIM模型中進行碰撞分析。

圖4 三維掃描點云模型Fig.4 3D scanning point cloud model

圖5 既有管線排布模型Fig.5 Existing pipeline layout model

圖6 點云與Revit模型擬合Fig.6 Point cloud and Revit model fit

3)運用BIM技術(shù)模擬將擬建墻體根據(jù)碰撞擬合結(jié)果以復合空腔套框的形式置入模型中(見圖7),逐一調(diào)整每段區(qū)格空腔套框及連續(xù)復合空腔套框的大小、高度及位置。布置時僅考慮復合空腔套框與既有管線的相對位置關系,確定每段隔墻頂部采用的復合套框形式、區(qū)格套框豎向龍骨定位是否對既有管線存在遮擋,及連續(xù)復合套框布置間距是否與既有大型風管沖突。模擬置入階段不考慮復合空腔套框的受力形態(tài)及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,無需設置加強構(gòu)造及反向支撐構(gòu)件。隔墻段限高為裝飾吊頂頂面高度,即無管線穿越區(qū)域隔墻頂部同樣設置區(qū)格空腔套框構(gòu)造,以便進行整體統(tǒng)一裝飾及固定。

圖7 模擬置入復合空腔套框Fig.7 Simulated insertion of composite cavity sleeve frame

3.2 穿越構(gòu)造設計

1)針對僅有垂直管線穿越的后置隔墻部位,確認管線穿越位置及數(shù)量,在隔墻上部采用型鋼組成橫向格構(gòu)框架,框架由沿墻體方向的橫向龍骨及起支撐作用的豎向龍骨連接而成,整個框架形成可供任意交叉管線穿越的連續(xù)性洞口,框架上部連接頂部既有結(jié)構(gòu),下部作為后置墻體固定支座,形成區(qū)格空腔套框隔墻構(gòu)造,如圖8所示。

圖8 區(qū)格空腔套框隔墻構(gòu)造Fig.8 Block cavity frame partition wall structure

2)針對有縱橫管線交叉乃至大型管線平行置于隔墻上方的部位,根據(jù)管線排布規(guī)則,大型風管等體型較大且因平行布置阻礙墻體固定的管線往往在管線綜合布置排布圖中位于最下層,而其他管線交叉穿越隔墻或因管徑較小并不影響隔墻布置。在隔墻上部管線區(qū)域建立2種構(gòu)造模式:①上部繼續(xù)采用橫向格構(gòu)區(qū)格空腔套框構(gòu)造,使管線垂直穿越;②下部沿墻體方向設置橫向龍骨,而豎向改為連續(xù)矩形空腔作為支撐結(jié)構(gòu),矩形空腔作為管線穿越通道。上、下部整體形成連續(xù)復合空腔套框隔墻構(gòu)造,如圖9所示。

圖9 連續(xù)復合空腔套框隔墻構(gòu)造Fig.9 Continuous composite cavity frame partition structure

3.3 橫向區(qū)格套框安裝

橫向區(qū)格套框安裝布置如圖10所示。優(yōu)先施工僅有垂直管線穿越的隔墻安裝區(qū)域,采用區(qū)格套框進行墻體上部格構(gòu)安裝,采用50mm×100mm鍍鋅方鋼管沿墻體布置橫向龍骨骨架,具體數(shù)量按照軸線端總豎向龍骨數(shù)量進行排列,根據(jù)隔墻長度,龍骨可分段焊接拼裝而成,具體分割長度取決于頂部安裝管線的阻礙區(qū)域。頂部龍骨根據(jù)后置墻體定位后,采用≥φ12的膨脹螺栓固定于天棚頂部[5],螺栓間距≤600mm。區(qū)格套框豎向骨架采用同材質(zhì)方鋼按1 200mm間距布置,具體位置可根據(jù)實際管線穿越情況調(diào)整,若存在大型風管穿越,豎向龍骨可避讓,并在風管兩側(cè)增設豎向龍骨進行加強。整個豎向龍骨下方采用同材質(zhì)方鋼形成橫向骨架將區(qū)格套框連成整體,作為整個橫向區(qū)格套框的底部連接點,同時作為后置墻體的上部固定結(jié)構(gòu)。區(qū)格套框頂部分段方鋼首、末端兩側(cè)均采用50型角碼固定,避免出現(xiàn)晃動和傾斜,但最大固定間距不應大于1 200mm。區(qū)格套框下部龍骨骨架底部應與裝修吊頂?shù)撞肯嗥?以便后續(xù)裝飾封閉。

圖10 橫向區(qū)格套框安裝布置Fig.10 Crosswise lattice frame cavity casing installation layout

3.4 連續(xù)復合空腔套框安裝

1)整理需進行連續(xù)復合空腔套框安裝施工區(qū)域,大型水平管道上方有交叉管線穿越區(qū)域依照橫向區(qū)格套框安裝方式進行龍骨安裝,確保區(qū)格套框底部橫向龍骨定位底標高應高于大型風管上側(cè)最外層構(gòu)件標高(含風管支架、保溫層)20mm,上部對應豎向龍骨處兩側(cè)安裝50型固定角碼,用于下部套框安裝。

2)確認下方大型風管及保溫無損壞情況后,進行連續(xù)鋼套框的安裝。采用50mm×100mm鍍鋅鋼管組成矩形空間,間隔1 200mm連續(xù)布置空腔套框,使大型風管等安裝管線可順利從套框部位通過,套框上部龍骨與先前預留角碼固定連接,整個空腔套框均可裝配拼接,空腔套框除頂部外也應確保與風管四周預留≥20mm的間隙,避免鋼套框與大型風管互相觸碰受力?？涨惶卓虬惭b完畢后,在需設置隔墻的位置設置一道橫向水平龍骨,用于輕質(zhì)隔墻的固定,龍骨底部標高設置同橫向區(qū)格套框,與裝修吊頂?shù)撞肯嗥?亦可采用角碼固定連接。連續(xù)區(qū)格套框應根據(jù)實際管線位置確定,與上部橫向區(qū)格套框并非完全居中關系,偏心框架可根據(jù)需要進行輔助支撐。連續(xù)復合空腔套框安裝布置如圖11所示。

圖11 連續(xù)復合空腔套框安裝布置Fig.11 Continuous composite cavity casing installation layout

3.5 結(jié)構(gòu)連接與加固

1)運用BIM技術(shù)按管線阻隔位置將所有框架龍骨進行分割,每段橫向龍骨首末端兩側(cè)均設置固定角碼,此角碼可與龍骨進行焊接固定,與既有結(jié)構(gòu)采用膨脹螺栓連接;橫向龍骨與連續(xù)空腔套框可采用高強螺栓連接。

2)底部橫向龍骨與后置隔墻采用槽型鋼固定卡扣進行嵌固連接,槽型鋼采用不小于M8螺栓與底部橫向龍骨進行連接,槽型鋼與隔墻可采用螺栓穿越固定。連接固定節(jié)點如圖12所示。

圖12 連接固定節(jié)點大樣Fig.12 Connection fixation nodes

3)復合套框骨架安裝好后,在上部橫向區(qū)格套框豎向龍骨兩側(cè)進行斜撐固定,斜撐采用角鋼彎折焊接而成,安裝角度控制在45°～60°,可采用螺栓與豎向框架進行連接固定。輔助斜撐構(gòu)造如圖13所示。頂板連接固定應考慮斜撐與既有結(jié)構(gòu)頂板受力構(gòu)件位置,以減輕復合框架的受力形態(tài),確保其對復合空腔套框進行整體限位。若因安裝管線定位導致空腔套框偏離隔墻尺寸超過套框中心線1/3以上時,則還應在套框兩側(cè)位置增加1道反向支撐,偏移中心線的復合套框反向支撐也應固定于頂板受力構(gòu)件上。

圖13 輔助斜撐構(gòu)造Fig.13 Auxiliary oblique bracing structure

3.6 裝飾封閉及后置隔墻安裝

1)橫向區(qū)格套框骨架安裝完畢后,在鋼框內(nèi)安裝C100型隔聲縱橫向輕鋼龍骨,輕鋼龍骨豎向間距應≤400mm,龍骨間安裝雙面50mm厚、密度為60kg/m3的吸聲耐火保溫巖棉,如遇管線裁切,巖棉處進行補充填塞處理,安裝完成后采用12mm厚耐火石膏板進行雙側(cè)復合封閉。通過多層復合封閉,不僅能顯著提升墻體的全頻段隔聲性能,還能有效減小低頻共振對隔聲性能的不利影響[6]。

2)頂部吊頂?shù)葮?gòu)造可根據(jù)套框骨架形成的框架先行施工,下部后置隔墻可根據(jù)需要在其他工程完成后再安裝,其墻體固定點位由頂板既有結(jié)構(gòu)改為套框橫向龍骨;后置隔墻安裝施工工藝流程與常規(guī)裝配式隔墻體安裝流程一致,豎向墻體通過黏結(jié)劑進行黏結(jié)連接固定,并在接縫處采用彈性阻尼材料填充,隔墻與上部復合鋼套框允許一定范圍內(nèi)的形變,可有效防止連接處產(chǎn)生裂縫[7]。整個墻體因設置復合鋼套框系統(tǒng)可降低輕質(zhì)隔墻材料墻體高度,有效提高其整體穩(wěn)定性。

4 施工保證措施

4.1 質(zhì)量保證措施

1)復合空腔套框采用50mm×100mm鍍鋅方鋼管,壁厚≥5mm,安裝前涂刷防銹及防火漆,螺眼部位應補刷防銹漆,鍍鋅鋼管須符合規(guī)范要求,用于同一系統(tǒng)的管材連接短管應采用相同材質(zhì),且應符合相應的產(chǎn)品標準要求。

2)50型角鋼角碼及斜撐角鋼用于復合空腔套框的限位與固定,用于同一系統(tǒng)應采用相同材質(zhì),且應符合相應的產(chǎn)品標準要求。

3)防火巖棉應符合防火規(guī)范要求,能滿足防火極限,有足夠的隔聲效果。

4)C100型輕鋼龍骨,用于固定封板,須符合規(guī)范要求,安裝時避免磕碰彎折,以免影響巖棉填充質(zhì)量。

5)高強螺栓擰緊時應確保在同一天完成初擰及終擰,預防過擰。

6)吊頂封板前須對既有給排水、消防等安裝管道進行打壓試驗,試驗合格后方可進行封板。

7)膨脹螺栓安裝后,須進行抗拉拔試驗,滿足要求后方可進行大范圍施工。

8) 需焊接構(gòu)件應確保焊接焊縫均勻,無虛焊沙眼情況[8]。

4.2 環(huán)境保護措施

1)施工作業(yè)面應保持整潔,施工產(chǎn)生垃圾及剩余廢棄材料不得隨意丟棄,遵循文明施工的原則,工完料清,物品整理堆放整齊。

2)施工用料根據(jù)數(shù)控加工切割而成,剩余邊角料應及時回收利用,節(jié)約材料。現(xiàn)場連接螺栓等輔件用料應按量分配,不得隨意丟棄。

3)嚴格控制噪聲設備使用環(huán)境,采取隔聲措施消除大分貝機械噪聲,盡量在日間環(huán)境施工。

4)現(xiàn)場使用的油漆制品及黏結(jié)材料應確保產(chǎn)品環(huán)保安全,施工操作時應注意環(huán)境通風,作業(yè)人員佩戴防護口罩或防毒面具,材料使用后應及時存放在專用倉庫。

5 技術(shù)經(jīng)濟效益分析

5.1 經(jīng)濟效益

本技術(shù)隔墻頂部復合空腔套框可只進行現(xiàn)場組裝,施工快捷,不影響既有管道位置,減少了隔墻為繞開管道或重設安裝管線而增加的施工成本與工期;同時可使吊頂?shù)软敳繕?gòu)造先行施工,合理利用操作面,大大縮短了工期。同類施工中傳統(tǒng)裝配式輕質(zhì)隔墻每延米造價(含管線移位改造)為:裝配式輕質(zhì)隔墻420元,安裝人工費240元,調(diào)整風管走向管材及配件費用133元,變更走向人工費用140元,費用共計933元。復合空腔套框后置隔墻每延米造價為:裝配式輕質(zhì)隔墻280元,復合空腔套框180元,零配件及固定角碼150元,安裝人工費260元,費用共計870元。每延米墻體材料成本節(jié)約經(jīng)費約6.8%,施工工期每百延米縮短3d,施工速度可提高約30%。

5.2 社會及環(huán)保效益

該技術(shù)能配合推進城市更新建設的需求,利用復合空腔套框體系完善各種既有建筑局部更新改造,加快城市更新建設的步伐。運用裝配式隔墻進行既有建筑分隔的拆分和重建,減少了既有管線的拆除,同時使用鋼結(jié)構(gòu)代替了部分的砌筑隔墻,減少了膠凝材料的使用,減少了環(huán)境污染及材料的浪費。該技術(shù)已成功應用于多項城市更新墻體改造建設中,產(chǎn)生了良好的社會效益和環(huán)保效益。

6 結(jié)語

裝配式復合空腔套框后置隔墻安裝施工技術(shù)創(chuàng)新應用了可裝配式復合空腔套框格構(gòu)體系,解決了傳統(tǒng)既有墻體上方有縱橫向管道穿越隔墻體致使墻體難以固定的問題。運用BIM及三維掃描技術(shù)建立管道模擬穿越隔墻情況并利用復合裝配式組裝結(jié)構(gòu),可確保既有管線的真實定位,避免了既有建筑安裝工程不完全參照圖紙甚至缺乏圖紙造成的后期變更及工期延誤。本技術(shù)可在下部墻體結(jié)構(gòu)安裝前預先施工,根據(jù)現(xiàn)場需要密閉上部結(jié)構(gòu),也可在地面未完成的情況下提前進行分段施工,解決了傳統(tǒng)墻體分隔的頂部裝修工作需配合地面工程施工的問題,且不影響其他工序正常施工,加快了施工進度。符合裝配式發(fā)展及城市更新建設的理念,對類似工程有著較好的指導意義。