預制裝配技術在超高層建筑中的應用

文/Article ＞趙曉龍　王保林　楊 濤

作者單位：深圳市華陽國際工程設計有限公司

【摘　要】

裝配式混凝土結構建筑在我國超高層中的應用案例還比較少，本文通過塔樓高度達到180m 的潤府三期項目來解析超高層裝配式建筑的技術應用。潤府三期項目是現(xiàn)今全國最高裝配式混凝土結構建筑，采用預制構件種類為：預制外墻板、疊合樓板、預制樓梯、預制陽臺、預制內隔墻條板。根據(jù)十多年裝配式設計經(jīng)驗，結合我國現(xiàn)行規(guī)范、圖集以及試驗和論證，對預制裝配技術進一步進行了優(yōu)化改進，使預制裝配技術在結構安全和施工操作上又得到了進一步的提升，并且在本項目中還將PC 裝配體系和外幕墻體系進行了有機的完美結合，有效提升了裝配式建筑的品質。本文將通過分析預制裝配技術在超高層建筑中的可靠應用，希望能夠對我國裝配式建筑的進一步的健康發(fā)展有所借鑒價值。

1、引言

現(xiàn)階段，我國的裝配式建筑處于剛剛發(fā)展的初始階段，針對裝配式建筑的安全性以及技術先進性爭論很多，但是我們應該看到現(xiàn)澆和裝配各有各自的優(yōu)缺點，現(xiàn)澆結構在我國發(fā)展了幾十年還是有很多質量通病問題沒有解決，所以我們針對裝配式建筑出現(xiàn)的問題也應該以辨證的、發(fā)展的觀點去分析?！堆b配式混凝土結構技術規(guī)程》JGJ1-2014 中明確“由預制混凝土構件通過可靠的連接方式裝配而成的混凝土結構”為裝配式建筑，因此很多專家和領導認為，預制混凝土構件應用越多裝配程度也就越高，所以也就出現(xiàn)有些城市未結合本地實際情況就不斷盲目提高預制率（預制構件體積比）的情況，而在一味追求高預制率時，由于整體市場資源嚴重不匹配，使裝配式建筑的質量控制出現(xiàn)了一系列問題。《裝配式混凝土建筑技術標準》GBT51231-2016 裝配式建筑定義為：“結構系統(tǒng)、外圍護系統(tǒng)、設備與管線系統(tǒng)、內裝系統(tǒng)的主要部分采用預制部品部件集成的建筑”，這里面引入了4 大集成系統(tǒng)對裝配式建筑重新進行了定義，是真正將側重結構的概念拓展到整體建筑的概念。根據(jù)國家標準的定義演變，可以看到隨著裝配式建筑的不斷發(fā)展，行業(yè)對于裝配式建筑的內涵也在不斷地更新。

我國裝配式建筑行業(yè)在現(xiàn)階段從開發(fā)、設計、生產(chǎn)、施工、質檢、部品部件等各個環(huán)節(jié)都還沒有熟練掌握裝配式建筑技術，管理人員、技術人員、專業(yè)工人還極其短缺。因此現(xiàn)階段的裝配式建筑絕對不能搞“惟預制化”，如在裝配式建筑市場還未成熟之際，一味的追求高預制率則必然會給項目帶來很難預測的質量安全隱患。尤其是對于超高層建筑更應該進行慎重考慮，而本文將通過潤府三期項目超高層塔樓裝配式技術的應用分析，來解讀裝配式技術如何在超高層中結構中的合理應用。

另外，需要注意的是，裝配式建筑需要從產(chǎn)業(yè)市場、人才培育、技術發(fā)展、質量管控等方面穩(wěn)步推進、持續(xù)發(fā)展。在深圳尤其以萬科、華陽國際等單位為代表的企業(yè)，堅持在確保結構安全前提下來實現(xiàn)提高質量、提高效率、減少人工、節(jié)能減排的“兩提兩減”的裝配式建筑初心和目標。深圳市建設主管單位對于裝配式建筑的開發(fā)，要求在項目設計階段進行“裝配式建筑技術認定”，在施工期間組織專家巡查組對項目現(xiàn)場進行“施工質量巡查”，通過前期評審和后期監(jiān)督的管理機制，確保裝配式建筑項目的質量安全。

2、工程概況

潤府三期項目位于深圳市南山區(qū)高新技術產(chǎn)業(yè)園區(qū)中部，北為玉泉路，南為科發(fā)路，東側為規(guī)劃道路大沖二路，西臨銅鼓路，總建筑面積約為30 多萬平方米，由高度為120m~180m 的7 棟超高層塔樓組成。在方案設計階段采用“模數(shù)化”、“標準化”、“模塊化”工業(yè)化設計理念，對方案的戶型進行了前期優(yōu)化與改進，使其滿足裝配式建筑“標準化設計”的基礎條件；通過采用預制裝配技術實現(xiàn)了裝配式建筑工廠化生產(chǎn)、裝配化施工的基本特點；通過信息化協(xié)同平臺使建筑各專業(yè)設計、內裝設計、部品設計、構件生產(chǎn)運輸、安裝施工等相互打破壁壘，實現(xiàn)裝配式建筑信息化管理的一體化特點。

綜合考慮項目特點并結合深圳市環(huán)境特點，本項目采用了預制外墻板（含凸窗）、疊合樓板、預制樓梯、預制陽臺、預制內隔墻條板等預制構件，按照深圳市計算標準，各棟塔樓預制率不低于16%、裝配率不低于56%。本項目在規(guī)范JGJ1-2014 和GBT51231-2016 基礎上，對結構體系及節(jié)點構造進行了充分研究和分析改進，通過節(jié)點處理合理考慮構件與主體結構的可靠相連以及降低對主體結構的不利影響。雖然本項目具有成本控制嚴格、質量要求高、后期維護要求簡單、戶型重復量大等顯著特點，但是我們通過前期的合理化設計優(yōu)化、裝配式技術應用以及綜合的科學化管理，有效提高了產(chǎn)品的質量和科技含量，在實現(xiàn)提高質量、提高效率、減少人工、節(jié)能減排的“兩提兩減”的裝配式建筑初心的前提下也為超高層裝配式建筑的發(fā)展提供了堅實的理論和實踐基礎。

3、裝配式建筑設計

現(xiàn)階段的常規(guī)項目設計基本是設計院中各專業(yè)間的一體化設計，后期會出現(xiàn)很多設計修改，而且由于我國設計規(guī)范和施工規(guī)范的脫節(jié)，從而單靠設計師很難保證設計質量。裝配式建筑采用全產(chǎn)業(yè)鏈一體化設計模式，其設計內容不但包含常規(guī)的建筑、結構、機電各專業(yè)，還包含裝修、生產(chǎn)、運輸、安裝等各方面內容，因此設計成果更具有可操作性、可實施性。

3.1 建筑設計

標準化設計是裝配式建筑的基本要求，通過標準化設計才可以做到預制構件、部品部件的大批量工廠生產(chǎn)，從而達到提高質量、提高效率、降低建設成本的目的。潤府三期30 多萬平方米建筑采用6 種標準戶型組合成3個標準樓棟；通過優(yōu)化設計盡量降低預制構件模具種類以及裝修部品的復雜化程度，共使用38 種外墻構件（12對鏡像）、9 種陽臺構件（2 對鏡像）、1 種樓梯構件，精細化模具設計共計采用12 種模具。項目中預制構件在立面上并未外露，整個立面由鋁合金窗、陶板幕墻和鋁板幕墻包裹，預制構件預留埋件為幕墻提供簡單可靠的連接點位。預制外墻采用PC 和幕墻之間設置保溫層做法，依據(jù)《深圳市居住建筑節(jié)能設計標準實施細則》SJG15-2005計算，保溫材料為46 厚保溫巖棉，節(jié)點做法詳見圖2。

圖2　保溫做法詳圖

外墻滲水尤其是窗邊滲水問題是現(xiàn)澆項目的質量通病之一，其問題很難得到有效處理，且處理起來也比較困難，后期維修成本占比較高。根據(jù)2009 年入住的萬科第五寓項目、2013 年入住的龍悅居三期項目后期跟蹤調查，其外墻滲水率基本為零，因此本項目外圍部分均采用全混凝土外墻 外保溫（巖棉保溫） 單元式幕墻，實現(xiàn)外圍護墻、外飾面、防水、保溫一體化設計。預制外掛墻板接縫采用材料（密封膠和幕墻系統(tǒng)）、構造（高低企口）、結構（混凝土反坎）3 道防水相結合設計方式，充分保證外墻的防水效果，節(jié)點做法詳見圖3。

圖3　外墻防水做法詳圖

機電設備管線系統(tǒng)采用集中布置，管線及點位預留、預埋到位：預制外墻預留預埋線盒和空調留洞、預制樓梯預留防滑凹槽、預制陽臺預留預埋欄桿扶手安裝埋件、立管留洞和地漏、吊頂內暗藏給水管和空調管線，采用一體化、系統(tǒng)化設計及施工解決方案。對管線相對集中、交叉、密集的部位，比如強弱電井、表箱、集水器等進行管線綜合，減少平面交叉；豎向管線集中布置，并滿足維修更換的要求。

3.2 結構設計

潤府三期按7 度抗震設防、設計地震分組為第一組、設計基本地震加速度值為0.10g、特征周期為0.35。根據(jù)《裝配式混凝土結構技術規(guī)程（JGJ1-2014）》、《裝配式混凝土建筑技術標準（GB/T51231-2016）》、《裝配式混凝土建筑結構技術規(guī)程（DBJ15-107-2016）》相關要求，7 度地區(qū)剪力墻結構高度限值110m，而本項目塔樓高度均超過此限值，因此豎向受力構件均未采用預制構件，其結構體系均為剪力墻結構體系。為積極響應國家、深圳市的產(chǎn)業(yè)化政策，本項目采用了預制外掛墻板（含凸窗）、預制樓梯、預制陽臺、預制疊合樓板、預制內隔墻條板的5 種預制構件種類，在提高質量的前提下確保結構主體安全，以5、6 棟塔樓為例，構件具體布置如下圖4。

圖4　預制構件平面分布圖

根據(jù)國家相關規(guī)范及圖集要求，結合超高層建筑特點，設計對預制部分的構造進行詳細分析研究，主要節(jié)點設計如下：

1） 預制外墻按頂部懸掛于主體結構現(xiàn)澆梁的外側，兩側構造錨固于窗邊剪力墻，底部設置平面外限位連接件，結構主體計算時同時考慮樓板與外掛墻板對梁剛度及主體剛度的影響，連接節(jié)點詳見圖5。

圖5　預制外墻連接節(jié)點

2） 預制樓梯上端采用固定鉸支座，下端采用滑動鉸支座，結構抗震不考慮其斜撐作用，考慮罕遇地震作用下結構的層間彈塑性位移，梯段下端與主體結構預留30mm 變形縫，連接節(jié)點詳見圖6。預制樓梯踏面轉角處設計倒角，防滑構造在工廠一次成型。

圖6　預制樓梯連接節(jié)點

3） 預制陽臺采用梁式陽臺，預制懸挑梁部分預留一級直螺紋套筒連接構造，與內部梁鋼筋連接，陽臺板位置預留樓板底筋和面筋錨入結構梁內，確保結構安全。

4） 預制疊合樓板采用預制層厚度60mm 現(xiàn)澆層80mm 的做法，在確保構件生產(chǎn)、運輸、安裝安全的前提下，盡量加大現(xiàn)澆層厚度，確保管線預埋和澆注質量可控。疊合板連接節(jié)點詳見圖7、圖8。

圖7　疊合板端部節(jié)點

圖8　疊合板中部拼接節(jié)點

5） 內填充墻考慮免抹灰工藝采用成品預制內隔墻條板，為減少隔墻裂縫，其連接位置采用現(xiàn)澆壓槽、實心補板、轉角L 或T 型板等措施，其構造節(jié)點經(jīng)過研究分析條板拼接構造如圖9~ 圖12。

圖9　單墻一字連接

圖10　單墻與補板一字連接

圖11　單墻直角連接

圖12　雙墻直角連接

4、意義及效益

潤府三期項目在確保結構安全和建筑性能滿足國家、地區(qū)相關規(guī)范、規(guī)定的前提下，充分體現(xiàn)了裝配式建筑的“兩提兩減”目標。通過管理、設計和施工的協(xié)同配合，大幅提升項目工程質量和項目品質。

從綜合體系來講潤府三期主要為以下幾點：

1） 充分利用了鋁模 PC 預制隔墻條板組合技術，施工誤差控制在3mm 左右，取消常規(guī)項目的抹灰作業(yè)，從而徹底避免了空鼓等質量通病。

2） 外圍護墻全部采用現(xiàn)澆剪力墻 預制外墻板體系，完全取消了外墻的砌筑部分，徹底解決外墻容易滲漏、開裂的問題。

3） 外圍護采用PC 幕墻體系，對外圍護防水系統(tǒng)采取雙重保護，幕墻系統(tǒng)作為第一道防水系統(tǒng)，全混凝土外墻作為永久性的第二道防水系統(tǒng)。

4） 采用了新式提升外爬架施工方式，有效節(jié)約了外架綜合成本并減少了施工工期。

項目中樓板、外墻、樓梯、陽臺、填充墻等采用工廠生產(chǎn)的預制構件并在現(xiàn)場機械安裝，取消木模板采用鋁模板，綜合來看可以有效減少現(xiàn)場用電能耗、減少現(xiàn)場濕作業(yè)、節(jié)約用水、節(jié)約建材、節(jié)約人工等，較傳統(tǒng)施工工藝最大限度的減少木模板、減少浪費、減少現(xiàn)場建筑垃圾、廢水排放，達到了裝配式建筑的示范效果。

2017 年潤府三期項目作為省、市兩級的裝配式建筑重點示范項目進行了大范圍的技術交流和展示參觀，為廣東省、深圳市的裝配式建筑的技術研究、成果推廣和標準建設均作出了積極貢獻。通過本項目的設計及實施，為超高層建筑應用裝配式建筑技術提供了很好的參考價值，從而為我國進一步研究和推廣裝配式建筑具有較大

的貢獻作用。