混凝土新型預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工，相對傳統(tǒng)混凝土，將最大限度的減少現(xiàn)場作業(yè)，改變因現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境比較差，工人對設(shè)計(jì)要求及圖紙的正確理解不可控，所帶來的質(zhì)量問題。預(yù)制設(shè)計(jì)將部分現(xiàn)場工作移入工作室，為確保工廠及現(xiàn)場順利施作，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行如鋼筋擺放、碰撞檢查、構(gòu)件安裝等全過程三維模擬、規(guī)劃。根據(jù)模擬規(guī)劃結(jié)果，進(jìn)行構(gòu)件分割，構(gòu)件形狀及內(nèi)部鋼筋的繪制，作為構(gòu)件工廠制作依據(jù)，同時(shí)充分發(fā)揮工廠制作的優(yōu)勢，采用機(jī)械進(jìn)行鋼筋加工，設(shè)置流水線混凝土輸送，配置機(jī)械澆搗，良好養(yǎng)護(hù)環(huán)境，不僅大量減輕人工作業(yè)，使構(gòu)件質(zhì)量得到很好的保障。構(gòu)件經(jīng)現(xiàn)場進(jìn)行安裝，僅需少量現(xiàn)澆混凝土作業(yè)，形成裝配建筑結(jié)構(gòu)。此過程大量減少人工及材料耗費(fèi)，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保的建筑工業(yè)化。

1案例簡介

響應(yīng)國家新型建筑工業(yè)化倡導(dǎo)，福建省啟動裝配建筑試點(diǎn)工程，該工程位于福建漳州，建筑物為9層混凝土框架結(jié)構(gòu)，長63m寬18. 4m，檐口高度為30.8m，總建筑面積10432.8平米。項(xiàng)目地處抗震設(shè)防烈度7度區(qū)，地震加速度0.15g，框架梁、柱抗震等級為二級。采用全預(yù)制混凝土框架及預(yù)制外掛墻板裝配技術(shù)進(jìn)行施工。預(yù)制柱采用一端機(jī)械連接，一端灌漿的半灌漿套筒進(jìn)行鋼筋連接，主框梁、次梁、樓板采預(yù)制與現(xiàn)澆層疊合型式，樓梯為全預(yù)制形式。

2預(yù)制設(shè)計(jì)介紹

裝配建筑有別于傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，裝配建筑需將整體結(jié)構(gòu)拆分成各個(gè)單一構(gòu)件分別制作，從經(jīng)濟(jì)效益角度上，構(gòu)件種類需標(biāo)準(zhǔn)化，模數(shù)化，建筑外觀及平面布置宜規(guī)整化。預(yù)制構(gòu)件制作及安裝對鋼筋型號與數(shù)量有不同于現(xiàn)澆的要求，構(gòu)件的形狀及鋼筋排布應(yīng)均應(yīng)在結(jié)構(gòu)分析及施工圖階段加于考慮。構(gòu)件拆分制作，涉及管線的開孔及預(yù)埋。因此預(yù)制設(shè)計(jì)前期，應(yīng)與建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等各專業(yè)仔細(xì)溝通，以提高預(yù)制設(shè)計(jì)及至工程制作安裝效率。

預(yù)制設(shè)計(jì)以各專業(yè)施工圖為基礎(chǔ)，為工廠制作及現(xiàn)場安裝提供詳實(shí)、有序、準(zhǔn)確的圖紙依據(jù)。所謂詳實(shí)，除保證其建筑及結(jié)構(gòu)功能細(xì)節(jié)外，還應(yīng)包括各種管線、連接預(yù)埋，開孔避讓；其有序反應(yīng)于，平面構(gòu)件布置索引，安裝秩序，支撐圖；其準(zhǔn)確，反應(yīng)在各接接頭，交叉作業(yè)面檢查圖。以下流程表1可以反應(yīng)預(yù)制設(shè)計(jì)內(nèi)各階段內(nèi)容。

預(yù)制設(shè)計(jì)流程表表1

2.1 施工圖解讀

預(yù)制設(shè)計(jì)實(shí)施階段，是對各專業(yè)施工圖解讀，同時(shí)考慮施工設(shè)備的條件，將結(jié)構(gòu)整體拆分成柱、梁、板、墻各類構(gòu)件，繪制構(gòu)件制造圖，以便進(jìn)行工廠制作備料行制作，并指導(dǎo)現(xiàn)場安裝。

本單體建筑功能設(shè)計(jì)上，一二層為公共空間，三層至九層為員工宿舍，橫向8個(gè)跨距，標(biāo)準(zhǔn)柱距是7.8m；縱向三跨距，柱子中距分別為7.2米、2.8米、7.2米，中間走廊兩側(cè)設(shè)有框柱，梁凈跨2m，為保證框架梁的強(qiáng)度要求，同時(shí)避免剛度過大，內(nèi)力在框架上分配不均勻，梁截面設(shè)計(jì)上采用了寬扁梁。建筑設(shè)有兩個(gè)樓梯及兩部電梯。走廊南、北兩側(cè)宿舍區(qū)相應(yīng)的南北兩外側(cè)設(shè)有衛(wèi)生間及開放洗手臺，其偶數(shù)層與奇數(shù)層的開間內(nèi)兩側(cè)浴室及洗手臺交換布置，因此其排污立管，水管布置上較為復(fù)雜。衛(wèi)生間樓板考慮降板處理，主要立管管線集中于衛(wèi)生間位置，見圖1。

該建筑底層、二層層高較大，柱構(gòu)件主要截面為700x750、700x800，三層柱底標(biāo)高開始，柱截面變小，主要斷面為600x600、600x700，柱內(nèi)縱筋為，III級鋼材直徑20mm～32mm；一般主梁截面為300x600、300x700、300x800，橫跨走廊部分梁為600x500，500x500的寬扁梁，梁內(nèi)鋼筋I(lǐng)II級鋼直徑20mm～28mm；主要次梁斷面為300x600，樓板厚150mm。

（a） 偶數(shù)層建筑平面圖

（b） 奇數(shù)層建筑平面圖

▲ 圖1 建筑平面圖

2.2 梁柱接頭檢核

梁縱向鋼筋需錨固于梁柱節(jié)點(diǎn)內(nèi)，鋼筋在節(jié)點(diǎn)內(nèi)延伸并交錯(cuò)分布，為滿足錨固長度，鋼筋在節(jié)點(diǎn)內(nèi)一般還需向上彎折，彎折前平直段長度不小于抗震錨固長的0.4倍，彎折后直線度取15倍鋼筋直徑。

以下是對梁縱向鋼筋排布設(shè)計(jì)方案的討論。方案一（圖2（a）），考慮梁跨相同，截面相同，梁內(nèi)鋼筋對稱布置，可歸并為同一標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。但梁縱筋對稱布置時(shí)，鋼筋在向節(jié)點(diǎn)內(nèi)延伸時(shí)是相互碰撞的，若為避開碰撞，節(jié)點(diǎn)兩側(cè)梁鋼筋需交錯(cuò)拼裝，梁中軸線則不能保持順直平齊。方案二（圖2（b））：梁內(nèi)鋼筋反對稱布置，伸入節(jié)點(diǎn)內(nèi)的縱筋將偏置一側(cè)，另一側(cè)角筋，僅做為工作架立筋，不計(jì)為受力鋼筋，不伸入節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)。方案二中梁中軸線可保持順直平齊，試驗(yàn)證明及實(shí)際工程均證明，鋼筋偏置的預(yù)制梁，其承載力均可滿足設(shè)計(jì)要求。

（a） 鋼筋對稱布置

（b） 鋼筋反對稱布置

▲ 圖2 梁柱節(jié)點(diǎn)內(nèi)梁鋼筋布置圖

本工程首層地面標(biāo)高以下柱采用現(xiàn)澆（圖3），地面以上預(yù)留出筋與預(yù)制柱連接，出筋長度由連接鋼筋及套筒規(guī)格確定。鋼筋連接采用的是半灌漿套筒灌漿連接方式，半灌漿套筒的螺紋連接端埋置預(yù)制構(gòu)件中，灌漿端為現(xiàn)場預(yù)制柱就位后，進(jìn)行灌漿連接。

▲ 圖3 預(yù)制柱鋼筋連接節(jié)點(diǎn)示意

三層柱變截面設(shè)計(jì)有兩種類型：長軸邊柱及中柱，上下柱有一邊中心對齊，其它三邊收進(jìn)（圖4（a））；角柱及山墻邊柱，上下柱兩個(gè)外鄰邊對齊，另兩柱邊長收短（圖4（b））。

（a） 變截面柱平面示意圖一

（b） 變截面柱平面示意圖二

▲ 圖4 變截面柱平面圖

長軸邊柱及中柱截面由700x750變成600x600，下層柱筋為16Φ22，上層柱縱筋為12Φ20，上下柱縱筋位置均不對齊。

以下討論柱縱向鋼筋接長方案：方案一（圖5），上層柱縱筋重新插筋，并錨固于下層柱，錨固長度計(jì)算按規(guī)范公式計(jì)算。下層縱筋在變截面當(dāng)層樓板下，加端錨板收頭。此方案主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，所有連接套筒不需要變徑；節(jié)點(diǎn)內(nèi)柱箍筋以同一規(guī)格加工，且容易就位；但鋼筋用量稍大。

方案二（圖6），下層柱縱筋全部自然變坡，縱筋間距調(diào)小，部分縱筋傾斜出筋因下層柱筋與上層柱筋直徑不統(tǒng)一，采用變徑套筒進(jìn)行鋼筋連接；部分重新插筋接長，部分鋼筋在樓板下以端錨板收頭。相對方案一，方案二需6個(gè)變徑套筒，同時(shí)因縱筋收進(jìn)，保護(hù)層加大（圖6（a）），圖6（b）），此處需加防裂鋼筋，接頭材料成本增加約用12%；箍筋規(guī)格增加。綜合比較，選方案一作進(jìn)一步深化設(shè)計(jì)。

▲ 圖5 變截面柱剖面示意圖一（從左至右分別為：剖面a、剖面b、剖面c、剖面d）

▲ 圖6 變截面柱剖面示意圖二（從左至右分別為：剖面a、剖面b、剖面c、剖面d）

角柱及山墻邊柱截面由700x800變成600x700，下層柱筋為12Φ32+4Φ22，上層柱縱筋為12Φ28，同樣，有三個(gè)角上下柱縱筋位置不能對齊。討論此節(jié)點(diǎn)鋼筋接長方案一（圖7），采用上層柱縱筋重新插筋，插筋錨固于下層柱，錨固長度計(jì)算按規(guī)范公式計(jì)算。下層縱筋止于變截面當(dāng)層樓板下，縱筋頂加端錨板。接頭采用Φ32~ Φ28變徑套筒5個(gè)，Φ22~Φ28變徑套筒3個(gè)，Φ28套筒4個(gè)。

▲ 圖7變截面柱剖面示意圖三（從左至右分別為：剖面a、剖面b、剖面c、剖面d）

節(jié)點(diǎn)鋼筋接長方案二（圖8），剖面1與剖面4位置縱筋傾斜出筋，剖面2位置兩個(gè)縱筋可接長，兩根縱筋在板內(nèi)以端錨板收頭。剖面3位置采用上層柱縱筋重新插筋，插筋錨固于下層柱，錨固長度計(jì)算按規(guī)范公式計(jì)算。接頭共需Φ32~ Φ28變徑套筒7個(gè)，Φ22~Φ28變徑套筒3個(gè)，Φ28套筒2個(gè)。

▲ 圖8 變截面柱剖面示意圖四（從左至右分別為：剖面a、剖面b、剖面c、剖面d）

此節(jié)點(diǎn)兩方案均需設(shè)置變徑套筒，方案二較方案一材料成本僅增6%， 但方案二在寬梁左側(cè)第一列鋼筋因節(jié)點(diǎn)內(nèi)縱筋傾斜（圖7），梁的吊裝就位有困難。因此節(jié)點(diǎn)仍選方案一做進(jìn)一步深化設(shè)計(jì)。

2.3 樓梯設(shè)計(jì)介紹

本項(xiàng)目兩個(gè)樓梯均為雙跑梯，踏步與梯段長度相同，梯段兩端按嵌固約束設(shè)計(jì)，預(yù)制梯段兩端出筋錨固于，樓層或休息平臺上的扁梁內(nèi)，保證梯段出筋錨固長度。預(yù)制梯段兩端設(shè)置水平段，方便現(xiàn)場支撐要求（圖9）。樓面設(shè)置預(yù)制門架，做為中間休息平臺豎向支撐。

▲ 圖9 預(yù)制樓梯

2.4 外墻設(shè)計(jì)介紹

本建筑單體，一、二層層高分別為4.5m及3.9m，考慮一二層混凝土預(yù)制墻板模板重復(fù)使用率低，不經(jīng)濟(jì)，一、二層外墻試用ECP墻板， 墻板板片以天然石粉、水泥、纖維等主要原料，采用真空高壓擠出成型工藝，現(xiàn)場作業(yè)同樣可滿足節(jié)能環(huán)保要求。三層以上標(biāo)準(zhǔn)層高為3.2m，采用預(yù)制混凝土外墻。外墻主要特點(diǎn)是：東西山墻墻面平整，南北立面外墻墻面交錯(cuò)變換，局部為玻璃幕墻且設(shè)有異形墻面，板縫的泄水設(shè)計(jì)宜重點(diǎn)考慮。

▲ 圖10 墻板立面（左圖為 a、干式墻板立面（3f-9f）；右圖為 b、濕式墻板立面（3f-9f））

墻板拆分時(shí)，形式復(fù)雜，錯(cuò)層排布的南北墻面（圖10（a）），擬采用干式外掛墻板形式，預(yù)制墻板與結(jié)構(gòu)體以上承重鐵件進(jìn)行連接；板縫非連續(xù)，參考日本及臺灣墻板防水設(shè)計(jì)，每一板片均設(shè)置排水口，實(shí)現(xiàn)多道防水及導(dǎo)水概念。東西山墻（圖10（b））按濕式墻板進(jìn)行拆分設(shè)計(jì)。

▲ 圖11 墻板分割示意圖

▲ 圖12 干式墻板板縫排水布置圖

墻板縱向及橫向板縫外側(cè)、內(nèi)側(cè)除采用硅膠，橡膠條材料防水措施外，還設(shè)置結(jié)構(gòu)性擋水做法，如橫縫設(shè)置成外低內(nèi)高臺階狀，降低外水源爬上臺階向內(nèi)浸入可能性，縱縫設(shè)置減壓腔，水源滲過材料防水縫，進(jìn)入減壓豎腔時(shí)，因空間釋放壓力減小而停止向墻內(nèi)側(cè)浸入，減壓腔同時(shí)還可起導(dǎo)水管道作用。外墻窗以預(yù)嵌形式與預(yù)制墻板一體成型，窗框邊縫混凝土可密實(shí)，有利防水。

▲ 圖13墻板橫縫與縱縫示意圖

2.5 機(jī)電三維圖

通過機(jī)電三維模型模擬檢核，強(qiáng)弱電橋架均在走廊天花下及梁下布線（圖14（a）），結(jié)構(gòu)梁不需開孔。由于衛(wèi)生間各層交錯(cuò)布置，其中偶數(shù)層的污水管有一段較長橫向走管（圖14（b）），經(jīng)三維圖模擬確認(rèn)，所有立管均在預(yù)制樓板上進(jìn)行預(yù)留孔或預(yù)埋接頭管。

▲ 圖14 機(jī)電三維圖（左圖為a、橋架布置三維圖；右圖為b、污水管三維圖）

3構(gòu)件工廠制作介紹

工廠將根據(jù)深化設(shè)計(jì)的折分開模圖及構(gòu)件加工圖，進(jìn)行構(gòu)件材料清單統(tǒng)計(jì)、備料及制作。預(yù)制構(gòu)件的模具，一般會采用鋼模，可多次重復(fù)使用。以下按吊裝次序進(jìn)行構(gòu)件制作展示介紹：圖15為預(yù)制柱的制作，采用兩柱共一側(cè)模，減小側(cè)模成本。

▲ 圖15 預(yù)制柱的制作

進(jìn)行預(yù)制梁制作時(shí)，對澆筑面預(yù)留的箍筋進(jìn)行防污保護(hù)（圖16）。

▲ 圖16 預(yù)制疊合梁的制作

進(jìn)行預(yù)制疊合板制作，疊合板管線采用預(yù)埋及預(yù)留孔型式，疊合板面作拉毛處理（圖17）。

▲ 圖17 預(yù)制疊合板的制作

圖18為樓梯梯段立模澆筑及半休息平臺支撐預(yù)制混凝土門柱成品展示。

▲ 圖18 預(yù)制樓梯的制作

墻板采用平模制用，墻板制作及成品展示如圖19。

▲ 圖19 預(yù)制墻板的制作

4現(xiàn)場施工安裝介紹

本裝配建筑體，現(xiàn)澆與預(yù)制裝配界面為首層地面標(biāo)高處，進(jìn)行此段現(xiàn)澆與預(yù)制界面連接時(shí)，基礎(chǔ)柱頂出筋位置精度應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制。預(yù)制安裝施工流程如表2，

預(yù)制施工安裝流程表表2

預(yù)制柱安裝前，需對柱底所預(yù)留的套筒灌漿孔進(jìn)行清孔，標(biāo)識柱頂梁定位線，對柱底混凝土界面進(jìn)行清掃除渣及劃線放樣；柱吊裝就位后，進(jìn)行調(diào)直，斜撐安裝并固定，然后對柱底邊縫進(jìn)行抹漿封堵準(zhǔn)備灌漿；每一組灌漿料灌漿前，均進(jìn)行灌漿料拌合物流動度檢測，滿足規(guī)范要求的灌漿料拌合物，方可進(jìn)行套筒灌漿施工。圖20～圖22為預(yù)制柱、預(yù)制疊合梁及預(yù)制疊合板安裝展示。預(yù)制疊合板就位好，按管線圖進(jìn)行管線布置，按施工圖對梁及樓板上層鋼筋的排布。在現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)及現(xiàn)澆樓板層作業(yè)前，柱頭等局部位置需要進(jìn)行現(xiàn)場封模（圖24）。圖25~圖28是現(xiàn)場作業(yè)照片展示。

▲ 圖20 預(yù)制柱安裝

梁吊裝作業(yè)時(shí)，梁兩端各需一人輔助梁的準(zhǔn)確就位（如圖21）。

▲ 圖21 預(yù)制梁安裝

圖22為預(yù)制疊合樓板安裝圖，圖23為預(yù)制疊合樓板面管線布置及上層鋼筋鋪設(shè)現(xiàn)場圖

▲ 圖22 預(yù)制KT板安裝

▲ 圖23 樓板管線鋪設(shè)及上層鋼筋放置

▲ 圖24梁柱接頭局部封模

▲ 圖25 三層吊裝展示

▲ 圖26 水平構(gòu)件支撐展示

▲ 圖27 樓梯吊裝展示

▲ 圖28 吊裝完工展示

5結(jié)束語

本工程為福建省內(nèi)第一個(gè)全預(yù)制整體裝配式框架結(jié)構(gòu)工程，除柱變截處預(yù)制設(shè)計(jì)及制作上比較復(fù)雜，墻板錯(cuò)層處理需更細(xì)致，其它構(gòu)件基本滿足標(biāo)準(zhǔn)化、模矩化、省力化、省工化的原則，構(gòu)件在工廠內(nèi)進(jìn)行制造，澆筑質(zhì)量良好。現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)層工期為8天一層，現(xiàn)場構(gòu)件組裝與接合工序明確，作業(yè)環(huán)境簡潔，施工快速、勞動安全性高、環(huán)境污染小。在福建建設(shè)廳的大力支持，業(yè)主、設(shè)計(jì)院等配合下，設(shè)計(jì)、制作、施工順利進(jìn)行，本文僅為建筑工業(yè)化制作裝配案例介紹，工程在預(yù)制設(shè)計(jì)及施工技術(shù)上，依據(jù)國內(nèi)新發(fā)布的裝配整體式技術(shù)規(guī)程要求，并大量參考了我國臺灣地區(qū)先進(jìn)的預(yù)制框架裝配技術(shù)及成功案例，藉為國內(nèi)同業(yè)參考。

（來源：潤鑄建筑工程（上海）有限公司，作者：詹耀裕、唐雪梅、黃綢輝、賴宜政

）