論述預(yù)制裝配式建筑施工技術(shù)的研究與應(yīng)用

顏天積

摘 要：在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度持續(xù)加快的情況下，人們對于城市建設(shè)與發(fā)展有著更高的要求。為此建筑行業(yè)我國開始重視預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)間相對較短。在2013年頒發(fā)的《綠色建筑行動方案》中明確指出，出于對環(huán)境保護(hù)及節(jié)約資源等多方面因素必須對工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)行有效管理。同時(shí)表示，各個(gè)建筑施工單位都應(yīng)大力推廣預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)，推動建筑施工技術(shù)的更新。文章根據(jù)筆者工作實(shí)踐，對預(yù)制裝配式建筑施工技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：預(yù)制；裝配式；建筑；施工；技術(shù)；應(yīng)用

通俗的說，所謂預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)主要包括預(yù)制與裝配兩個(gè)環(huán)節(jié)。預(yù)制，即預(yù)先制作，要求結(jié)合建筑的構(gòu)造要求在工廠內(nèi)對原材料進(jìn)行加工。而裝配則是指，將工廠預(yù)先制作完成的各部分構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場組裝。

1 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)概述

我國對于預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的使用可追溯到上世紀(jì)80年代，其主要運(yùn)用在大板建造方面。但受到經(jīng)濟(jì)方面的制約，該結(jié)構(gòu)并未得到有效發(fā)展。而在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的21世紀(jì)，在多方面因素的刺激下預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)迅速進(jìn)入到建筑建設(shè)過程中。就國內(nèi)來講，北京與上海對該結(jié)構(gòu)的研究與使用處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。其中由上海城建置業(yè)發(fā)展公司建設(shè)的浦江大型居住社區(qū)是國內(nèi)首次以預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)為主體的構(gòu)件。

結(jié)合當(dāng)前該結(jié)構(gòu)體系的運(yùn)用情況可見，其主要可分為兩類即專用型結(jié)構(gòu)體系與通用型結(jié)構(gòu)體系。其中以通用型最為廣泛，在結(jié)構(gòu)組成上基本與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相似，包括剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架結(jié)構(gòu)體系以及混合體系。而專用結(jié)構(gòu)體系則建立在通用型結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上，主要滿足不同建筑物在功能與性能上的需求。當(dāng)前，專用型結(jié)構(gòu)體系運(yùn)用相對較少，國內(nèi)主要存在與住宅用大板以及單層工業(yè)廠房等，國外則有預(yù)應(yīng)力裝配框架體系、預(yù)制裝配停車樓體系、預(yù)應(yīng)力空心模板墻體系等。最近幾年，國內(nèi)對于預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的開發(fā)也在不斷推進(jìn)，并逐步在實(shí)際工程建設(shè)中得到試用，諸如預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配整體式框架結(jié)構(gòu)體系（由南京大地建設(shè)集團(tuán)開發(fā)）以及預(yù)制裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系（由黑龍江宇輝建設(shè)集團(tuán)開發(fā)）等。從發(fā)展層面上講，各結(jié)構(gòu)體系的不斷創(chuàng)新是推動預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的核心環(huán)節(jié)。就現(xiàn)場施工來看，以主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的預(yù)制施工技術(shù)難度最大，其包括剪力墻、框架柱及各類型梁等。同時(shí)采用各類建筑技術(shù)有機(jī)組合的方式使得預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢進(jìn)一步體現(xiàn)出來，其中主要有降減震技術(shù)結(jié)合的預(yù)制裝配整體式結(jié)構(gòu)以及集保溫功能與施工構(gòu)造一體的預(yù)制技術(shù)等。

預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)將建筑施工的綜合質(zhì)量提升到一個(gè)新的臺階，與常規(guī)施工技術(shù)相比，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)層面：（1）與以往施工建設(shè)相比，預(yù)制裝配式技術(shù)中輕質(zhì)墻板的比例更大，使得施工過程更加簡單，快捷，節(jié)約了大量人力與物力，對于控制施工成本具有重要作用，同時(shí)使建筑施工更具有靈活性；（2）在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提升了建筑施工的速度，有效縮短工程周期。將施工中對環(huán)境、交通等方面的影響性降至最低，對于提升建筑企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益更具有關(guān)鍵性作用；（3）在預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的施工中，對施工人員的數(shù)量及技術(shù)要求較低，有助于對施工質(zhì)量進(jìn)行有效控制。同時(shí)與以往施工技術(shù)相比，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的原材料在種類以及數(shù)量上均較低，保障了現(xiàn)場施工中的安全性，更符合綠色發(fā)展理念。

2 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)核心關(guān)鍵

結(jié)合國內(nèi)預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的使用情況，文章主要對比例最大的兩種結(jié)構(gòu)體系，即剪力墻結(jié)構(gòu)體系以及框架結(jié)構(gòu)體系中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)加以分析。

2.1 預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)體系

框架結(jié)構(gòu)因具備使用簡單，運(yùn)輸方便以及質(zhì)量較輕等優(yōu)勢在施工建設(shè)中得到廣泛運(yùn)用，且主要運(yùn)用于對高層建筑的施工中，與當(dāng)前建設(shè)方向相符。該結(jié)構(gòu)中以預(yù)制疊合板與預(yù)制疊合梁最為關(guān)鍵，而上述兩部分構(gòu)件均在工廠直接制造而來，現(xiàn)場僅需要進(jìn)行簡單的澆筑與焊接。為保證施工質(zhì)量，在設(shè)計(jì)中需注意以下幾方面：（1）結(jié)構(gòu)整體必須做到平整規(guī)則，對應(yīng)內(nèi)部支撐體系因具備足夠強(qiáng)度與韌性，滿足結(jié)構(gòu)在使用過程中承載力要求。同時(shí)，各個(gè)梁柱的中軸線必須維持在同一水平面上；（2）采用剛接點(diǎn)對梁與柱間的交接部位進(jìn)行處理，且框架基礎(chǔ)必須滿足強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性要求。所采用的混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)在C30以上；（3）需要對內(nèi)部構(gòu)件之間的焊接方式進(jìn)行合理選擇，結(jié)合構(gòu)件所處環(huán)境以及承載力特點(diǎn)，對焊縫形式以施焊方式進(jìn)行選擇。針對承擔(dān)剪力、彎矩以及扭矩等作用時(shí)，需要對承載力設(shè)計(jì)要求分開計(jì)算。

2.2 預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系

對于剪力墻的設(shè)計(jì)需要注意以下幾點(diǎn)：（1）結(jié)合使用環(huán)境與條件，對縱橫墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，并充分考慮外部動、靜荷載對墻體的作用，確保墻體各方面力學(xué)性能滿足正常使用的需求；（2）在橫墻布置的過程中，針對兩側(cè)端部的山墻結(jié)構(gòu)需要安置承重墻板。內(nèi)墻則需要結(jié)合抗側(cè)力構(gòu)件承載力特點(diǎn)，對內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算并布置合適的承重墻板以及填充墻板；（3）對于剪力墻間的連接部位，需要結(jié)合承受力特點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)。

3 預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展分析

作為建筑工業(yè)化建設(shè)的主要內(nèi)容，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中需要充分考慮不同區(qū)域抗震烈度的不同，以及建筑節(jié)能上的需求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)開發(fā)適用性更強(qiáng)的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)。在不斷提升預(yù)制率的同時(shí)，保障工程的整體質(zhì)量，持續(xù)提升專業(yè)化水平。緊緊圍繞由簡單到復(fù)雜，由低級到高級的方式，逐步推動預(yù)制疊合構(gòu)件以及非受力構(gòu)件的發(fā)展。充分發(fā)揮預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的各方面特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前施工技術(shù)的全面提升，徹底改變以往長周期、大勞動力的建設(shè)方式。在不斷完善設(shè)計(jì)理念的過程中，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的自動化生產(chǎn)。需要注意的是，與常規(guī)建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)相比，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求更高，為此必要要求設(shè)計(jì)師熟練的掌握各個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及力學(xué)知識，并持續(xù)關(guān)注建筑行業(yè)的發(fā)展動向，使得預(yù)制裝配式構(gòu)件更加具有安全性、穩(wěn)定性，貼合社會發(fā)展的實(shí)際需求。

4 BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式建筑施工中的運(yùn)用

建筑施工前，可以運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行施工過程的模擬，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑施工中可能存在的問題，從而制定有效的解決方案。為此，還要運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行BIM模型的構(gòu)建，并對相關(guān)構(gòu)件的具體參數(shù)進(jìn)行技術(shù)處理，以便對現(xiàn)有工程施工過程進(jìn)行合理模擬。比如，在預(yù)制裝配式建筑構(gòu)件吊裝的過程中，可以結(jié)合吊裝方案進(jìn)行施工模擬。運(yùn)用BIM技術(shù)，可以利用準(zhǔn)確、生動的施工模擬動畫進(jìn)行施工工藝流程的表達(dá)，并在模擬過程中發(fā)現(xiàn)問題和制定改進(jìn)方案，從而為后續(xù)吊裝施工提供指導(dǎo)。在這一過程中，涉及到塔吊旋轉(zhuǎn)半徑范圍、運(yùn)輸路線規(guī)劃等多種因素，需確保各因素能夠與其他施工環(huán)節(jié)相互聯(lián)系，以確保構(gòu)件裝配質(zhì)量。而運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行場地模型的構(gòu)建，并對施工計(jì)劃與實(shí)際現(xiàn)場施工信息進(jìn)行分析，則能完成吊裝路線的合理規(guī)劃，同時(shí)確認(rèn)塔吊旋轉(zhuǎn)半徑范圍，進(jìn)而使施工質(zhì)量得到保證。在實(shí)際模擬施工過程時(shí)，可以使用NAVISWORKS2015軟件，并結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)模型、場地模型和施工計(jì)劃，得到具有時(shí)間屬性的施工模擬動畫，以確保施工人員能夠?qū)κ┕すば蛴懈又庇^的了解，并掌握各種施工細(xì)節(jié)。采取該種方法對標(biāo)準(zhǔn)層各預(yù)制構(gòu)件和施工環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬，則能找到施工方案存在的缺陷，并對現(xiàn)有方案進(jìn)行改進(jìn)。

5 結(jié)語

總之，預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)就是將傳統(tǒng)的施工建設(shè)過程劃分為兩部分分開進(jìn)行，預(yù)先對所需要的構(gòu)件進(jìn)行生產(chǎn)，施工現(xiàn)場僅需要完成簡單的組裝工作。該結(jié)構(gòu)方式徹底改變了傳統(tǒng)施工建設(shè)中周期長，質(zhì)量缺乏保障及安全性低等問題。預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)是當(dāng)前建筑行業(yè)發(fā)展的主要方式，能使得建設(shè)施工以及工程總體質(zhì)量上升至新的臺階。而在實(shí)際發(fā)展過程中依舊存在需要注意并不斷完善的地方，需要持續(xù)對設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，并鼓勵(lì)各個(gè)建設(shè)單位積極運(yùn)用，才能促使該結(jié)構(gòu)體系更好的服務(wù)于建筑行業(yè)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉紅梁，高潔.預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計(jì)[J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，15（04）：357-361.

[2] 蔣勤儉.國內(nèi)外裝配式混凝土建筑發(fā)展綜述[J].建筑技術(shù)，2010，41（12）.

[3] 劉曉艷，張以慶.探討預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計(jì)[J].住宅與房地產(chǎn)，2016（06）：219.

[4] 周天華，吳函恒.鋼框架-預(yù)制混凝土抗側(cè)力墻裝配式結(jié)構(gòu)體系[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013，30（03）：1-6.

[5] 張海燕，申琪玉.香港地區(qū)新型預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)體系施工研究[J].建筑技術(shù)，2009，40（08）.