裝配式混凝土結構施工技術課程教學探討

李守繼 王靜峰 完海鷹

摘要：裝配式混凝土結構施工技術是新時期土木工程施工的新內(nèi)容，目前發(fā)展裝配式混凝土結構建筑是推進建筑產(chǎn)業(yè)化的重要舉措。根據(jù)裝配式混凝土結構施工技術內(nèi)容和特點探討該課程的教學內(nèi)容和教學方式，選擇該課程實踐教學內(nèi)容和知識應用方法，提出符合高等學校土木工程專業(yè)教學特點和工程建設實踐需要的裝配式混凝土結構施工技術課程教學體系，探討土木工程施工技術課程改革，以適應建筑產(chǎn)業(yè)化對土木工程專業(yè)人才的要求。

關鍵詞：裝配式混凝土結構;施工技術;教學體系;課程改革

中圖分類號：G642.0;TU74-4文獻標志碼：A文章編號：1005-2909（2018）06-0099-05

目前，中國政府正在大力推行一系列措施來促進建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。建筑產(chǎn)業(yè)化具有節(jié)能環(huán)保、施工周期短、模塊質(zhì)量標準化、勞動力成本低等諸多優(yōu)勢，是中國房屋建筑發(fā)展的必然趨勢。而發(fā)展裝配式混凝土結構建筑是推進建筑產(chǎn)業(yè)化的重要途徑，也是建筑產(chǎn)業(yè)化的核心。培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和工程實踐能力、服務國家未來工程建設發(fā)展需要的專門人才，是土木工程專業(yè)教育的根本任務之一，而土木工程專業(yè)課程教學是完成這一任務的主要途徑。中國建筑產(chǎn)業(yè)化的不斷發(fā)展，對土木工程專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提出了新的要求，為土木工程專業(yè)教學賦予了新的內(nèi)容。作為建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展重要途徑的裝配式混凝土結構建筑必將越來越多地建設使用，因此，土木工程專業(yè)開展裝配式混凝土結構施工技術教學尤為重要。

一、裝配式混凝土結構施工技術的特點和教學現(xiàn)狀

裝配式混凝土結構（Precast Concrete Structure），簡稱“PC”結構，是由預制混凝土構件通過可靠連接而形成的混凝土結構。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土結構相比，裝配式混凝土結構存在大量的預制混凝土構件。預制混凝土構件一般在工廠加工制作，利用運輸車輛運到施工現(xiàn)場。然后，利用吊裝機械吊裝就位，并進行可靠連接，形成整體結構。因此，裝配式混凝土結構施工包含大量的吊裝、節(jié)點連接和接縫處理等工作內(nèi)容，對現(xiàn)場施工場地布置、支撐維護等有獨特內(nèi)容及要求。

目前，高等學校土木工程專業(yè)鮮有專門開設裝配式混凝土結構施工技術教學。作者所在的合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院，開設的仍為傳統(tǒng)的施工技術課程，涉及結構安裝內(nèi)容主要是裝配式單層廠房構件的吊裝，裝配式混凝土結構安裝的內(nèi)容少，與目前發(fā)展需求存在一定的差距。高等學校土木工程專業(yè)開設裝配式混凝土結構施工技術課程，是對傳統(tǒng)施工技術教學的改革，不僅需要合適內(nèi)容的教材，而且還需要探索課堂和實踐教學的有效方法，構建系統(tǒng)的土木工程施工技術教學新體系和新模式。

二、裝配式混凝土結構施工技術教學內(nèi)容

與現(xiàn)澆混凝土結構相比，裝配式混凝土結構存在大量的預制混凝土構件。預制混凝土構件一般在工廠加工制作，然后運到施工現(xiàn)場。因此，裝配式混凝土結構施工技術的內(nèi)容包括現(xiàn)場施工場地布置、預制混凝土構件進場及堆放、預制混凝土構件吊裝、節(jié)點連接、防水、BIM吊裝施工仿真，以及相應的質(zhì)量、安全控制措施等。涉及內(nèi)容較多，如何在有限的課時內(nèi)完成教學，是教學過程中需面對和解決的難點，如何有效地將應知應會內(nèi)容傳授給學生，需做到課堂教學內(nèi)容主次分明。以下內(nèi)容是課堂講授的重點。

（一）現(xiàn)場施工場地布置

預制裝配式混凝土結構現(xiàn)場施工場地布置以方便吊裝為原則，做到分類堆放。預制構件堆場應結合現(xiàn)場及周邊環(huán)境進行具體安排。一般應考慮施工現(xiàn)場出入口及其與社會道路的銜接，場內(nèi)道路布置，預制構件、鋼筋加工、模板及臨時材料的堆場，起重設備停放位置及作業(yè)半徑，塔吊位置及作業(yè)半徑，其他必要設施和設備布置位置等。由于預制構件多采用大型車輛進行運輸，進入施工現(xiàn)場后再由起重機械卸下并在堆放場地進行堆放，現(xiàn)場出入口要求方便運輸車輛的出入，場內(nèi)運輸?shù)缆芬髨詫崳奖氵\輸車輛行駛。預制構件場內(nèi)堆放位置一般應根據(jù)塔吊位置確定，以減少二次搬運。堆放場地地面應該平整堅實，利于排水，一般應為混凝土地面。

（二）預制混凝土構件進場及堆放

預制混凝土構件進場要進行檢查驗收工作，檢查驗收內(nèi)容包括構件的類型、規(guī)格、數(shù)量、外觀、尺寸、預埋件和特殊部位處理等。檢查驗收方法應根據(jù)現(xiàn)有相關規(guī)范、規(guī)程以及標準等進行。

預制混凝土構件堆放應根據(jù)品種、規(guī)格和吊裝順序分別設置堆垛，并且還要根據(jù)構件類型采用直立堆放、平臥堆放等形式。堆放時應注意預制構件邊角的保護，避免碰撞損壞構件。預制墻板一般采用直立堆放，采取專門制作的鋼架支撐圍護系統(tǒng)，保證堆放穩(wěn)定，并在底部設置柔性墊塊，如橡膠墊塊等，墊塊數(shù)量及位置符合設計或構件受力要求，避免損傷構件邊角，防止伸出的預埋鋼筋和構件棱角等傷人。預制柱、預制樓板、預制樓梯、預制陽臺等一般平臥堆放，底部設置柔性墊塊，如木方等。為減少堆放占地面積，可采用疊層堆放，但堆放層數(shù)應根據(jù)情況進行限制。

（三）預制混凝土構件吊裝

裝配式混凝土結構的主要預制構件包括：預制柱、預制梁、預制（疊合）樓板、預制外墻板、預制樓梯和預制陽臺等。裝配式混凝土結構根據(jù)結構形式不同，可分為裝配整體式框架結構、裝配整體式剪力墻結構和裝配整體式框架-現(xiàn)澆剪力墻結構等。預制外墻板體系可分為全預制外墻板和部分預制部分現(xiàn)澆的PCF外墻板形式。不同結構體系涉及的預制構件種類不盡相同，吊裝施工既有共性又有區(qū)別，因此，應根據(jù)具體結構形式合理選擇吊裝施工工藝和方法。預制混凝土構件吊裝施工內(nèi)容一般包括：吊裝機械和吊具的選擇確定、吊裝方法和吊裝工藝順序選擇及實施等。

1.吊裝機械和吊具

裝配式混凝土結構多采用汽車吊和塔吊相結合的吊裝施工方式。

汽車吊主要用于預制構件進場驗收合格后的卸貨以及場內(nèi)水平運輸，也可用于底層預制構件的吊裝施工。應根據(jù)預制構件的規(guī)格尺寸和重量選擇合適的汽車吊。保證卸貨時汽車吊支撐腳具有足夠的伸開空間，相應的地面應具有足夠的強度和平整度。保證回轉(zhuǎn)半徑空間范圍內(nèi)沒有障礙物，以免發(fā)生碰撞。汽車吊場內(nèi)行駛道路應平整堅實，排水通暢。

塔吊主要用于裝配式結構預制構件的吊裝施工，同時也用于其他材料和構配件的吊裝運輸。

裝配式混凝土結構由于預制構件數(shù)量和種類繁多，與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土結構施工相比，塔吊起吊頻繁，而且往往布置多臺塔吊。塔吊布置位置除了要考慮方便吊裝施工，還要根據(jù)主體結構特點、吊裝構件特點確定，特別是塔吊需要每隔一定高度設置附墻桿，以保證塔吊穩(wěn)定，但由于風荷載及吊裝施工時，塔臂旋轉(zhuǎn)等可能引起塔身位移、變形和振動等，因此，附墻桿對結構安全有一定程度的影響。由于預制外墻板和預制（疊合）樓板的設置，以及施工過程中這些預制構件連接整體性與現(xiàn)澆混凝土結構有所不同，不僅影響塔吊附墻桿與結構的連接方式，而且影響附墻桿的數(shù)量和布置位置。采用多臺塔吊吊裝施工的工程，需要根據(jù)起吊半徑合理安排各個塔吊的吊裝時間順序，避免碰撞。

裝配式混凝土結構預制構件吊裝，一般采用專門的吊具，包括專門的吊索、吊鉤和橫梁等。馬鞍形吊鉤較常用，由于吊具使用頻繁，吊鉤容易磨損，因此需要對吊具進行定期及不定期的檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時更換。預制梁、柱、墻板和樓梯等大型構件，一般都需要使用起吊橫梁，橫梁上吊點位置及吊索長度需要根據(jù)預制構件中預埋吊環(huán)間距及起吊時預制構件受力情況等進行計算確定。

2.吊裝方法和工藝順序

預制構件吊裝主要依靠預先設計預埋于構件中的吊點進行吊裝施工，嚴禁用繃帶或繩索直接綁扎構件進行吊裝。根據(jù)預制構件類型采用兩點或四點吊裝，預制柱、梁、墻板采用兩點吊裝，預制樓梯、樓板采用四點吊裝。吊索與吊裝預制構件的夾角一般應控制在45～60度之間。預制構件吊裝應采用慢起、快升、緩放的操作方式。

預制構件吊裝工藝順序主要包括：吊裝準備、吊裝就位、支撐安裝、預制構件垂直度調(diào)整、支撐系統(tǒng)鎖定、吊鉤脫鉤、連接節(jié)點灌漿等。其中，吊裝準備主要包括預制構件混凝土外觀、預埋鋼筋、連接套筒質(zhì)量檢查及預留孔道清理，下層預埋連接鋼筋位置及垂直度調(diào)整，預制構件就位處底部混凝土清理找平，預制構件安裝位置放樣彈線，粘貼預制外墻板就位處外側橡膠泡沫條，另外還包括支撐等工具準備到位。吊裝就位主要是使預制構件下部預埋套筒與底面預埋的續(xù)接鋼筋對正插入到位，對于預制外墻板，吊裝就位還包括使用標高調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)標高符合設計要求。預制構件吊裝就位后需要進行臨時支撐，對于預制梁、樓板、樓梯、陽臺等水平構件，采用豎直支撐系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土構件模板豎直支撐類似，預制樓梯可采用專門的支撐架，預制陽臺應設置防傾覆支撐架。對于預制柱、墻等豎直構件，采用斜撐系統(tǒng)，斜撐系統(tǒng)一般由兩端可旋轉(zhuǎn)的撐腳，以及可調(diào)節(jié)長度的撐桿組成，一般應使支撐桿與水平方向夾角在45～60度范圍內(nèi)，斜撐系統(tǒng)安裝一般按照先下節(jié)點后上節(jié)點的順序進行施工。首先，將撐桿下端撐腳孔穿插在底部樓地面的預埋螺栓中，調(diào)整好撐桿方向，接著擰緊預埋螺栓的螺帽;其次，將撐桿上端撐腳對正預制構件連接預埋件或預埋螺孔處，調(diào)整支撐桿長度，接著擰緊相應螺栓或螺帽，調(diào)整預制構件垂直度至符合設計要求，固定撐桿長度，鎖定支撐系統(tǒng)。

（四）節(jié)點連接

裝配式混凝土結構預制構件吊裝完成后，通過節(jié)點連接形成整體結構。裝配式結構節(jié)點連接包括預制構件與預制構件之間的節(jié)點連接以及預制構件與現(xiàn)澆構件之間的連接。節(jié)點連接施工內(nèi)容包括鋼筋連接、現(xiàn)澆構件模板支立、灌漿及澆筑混凝土等。鋼筋連接方式主要有傳統(tǒng)的綁扎、焊接、直螺紋連接。豎向預制構件鋼筋與底部結構連接常采用套筒灌漿連接，套筒灌漿前需要對連接節(jié)點接縫采用模板或?qū)Ｓ梅舛律皾{進行封堵，使用灌漿機進行無收縮砂漿灌漿，最后進行養(yǎng)護，套筒灌漿質(zhì)量好壞將直接影響主體結構的安全性。

（五）防水

裝配式混凝土結構比現(xiàn)澆混凝土結構有更多的防水薄弱部位，包括預制外墻板之間的豎向及底部水平方向接縫部位，采用外掛架時預制外墻板中的腳手眼部位，預制屋面板拼接縫部位等。為避免這些部位出現(xiàn)滲漏，首先，要設計制作合理的預制構件防水節(jié)點構造，并避免運輸?shù)跹b時損壞;其次，使用合適的防水膠泥進行封堵。裝配式混凝土結構房屋衛(wèi)生間地板現(xiàn)仍多采用現(xiàn)澆混凝土，其防水和傳統(tǒng)做法類似。

（六）BIM吊裝施工仿真

裝配式混凝土結構預制構件吊裝施工，是一個涉及多道工序的復雜的動態(tài)工作，有多種不同的吊裝方案，可以利用BIM可視化的特點，進行預制構件吊裝施工仿真模擬，通過對不同吊裝施工方案的仿真模擬比較，從而獲得最優(yōu)吊裝方案。另外，通過BIM技術模擬吊裝施工，獲得全面直觀的質(zhì)量及安全影響因素，從而可以更好地做到事前控制，進而減少實際吊裝施工時預制構件損壞、返工和安全隱患等情況的發(fā)生。

三、裝配式混凝土結構施工技術教學方法

（一）將課堂教學與認識實習相結合

裝配式混凝土結構施工技術是一門應用性極強的課程，而其技術知識又比較抽象，雖然課堂上可以用多媒體播放圖片和視頻，但與實際施工現(xiàn)場相比還有很大的局限性。因此，應將見習和生產(chǎn)實習穿插在教學中，使學生對裝配式混凝土結構的施工具有一定的感性認識，從而理解鞏固課堂所學知識。例如，課堂講授完預制構件及其類型等內(nèi)容后，可以安排學生去預制構件生產(chǎn)工廠進行參觀學習，了解預制構件的工廠化制作過程及特點。合肥工業(yè)大學所在的合肥市，擁有西偉德混凝土預制件（合肥）有限公司等著名企業(yè)，該類型公司擁有多條自動化的疊合樓板、墻板等預制構件生產(chǎn)線。不同的裝配式混凝土結構體系，所使用的預制結構構件各不相同，同時預制構件類型也多種多樣，如剪力墻可采用預制疊合墻板、預制夾心墻板等。施工內(nèi)容復雜多樣，單憑課堂講授無法使學生對裝配式混凝土結構施工有系統(tǒng)的認識。若能在課堂講授期間帶領學生到附近的工地進行實地見習，有助于學生對所學的預制構件通過吊裝施工形成完整結構有感性認識，有利于學生對課堂講授知識的理解和鞏固。例如，可將生產(chǎn)實習安排在大學三年級的暑期進行，而課堂教學安排在大四的第一學期進行。學生在對裝配式混凝土結構及其施工有了整體認識后，便進入裝配式混凝土結構施工技術課堂學習，提高了學生的學習興趣和學習動力，有利于提高學生對課堂講授知識的理解掌握。另外，裝配式混凝土結構施工周期較長，故在講授某些主要構件吊裝施工時，可聯(lián)系學校所在地附近構件吊裝施工的工地，進入現(xiàn)場進行認識學習。

（二）安排適當?shù)恼n程設計

裝配式混凝土結構施工技術課程課堂教學及生產(chǎn)實習完成后，可安排一周，就某一種主要預制構件吊裝施工，如預制柱、梁、樓板或外墻板吊裝進行課程設計。選擇一種主要預制構件，利用BIM技術進行吊裝施工仿真模擬實驗。通過課程設計使學生在掌握裝配式混凝土結構主要預制構件吊裝內(nèi)容、吊裝方法、質(zhì)量及安全控制措施等基本知識的基礎上，編制出某類預制構件吊裝方案設計，使學生具備分析和解決裝配式混凝土結構主要預制構件吊裝施工技術和施工組織問題的初步能力。

四、結語

為適應新時期創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求，土木工程施工技術專業(yè)課教學內(nèi)容與課程體系的改革勢在必行。建立包括裝配式混凝土結構施工技術的土木工程施工技術教學新體系，既是土木工程專業(yè)課程建設改革的一項具體內(nèi)容，也是適應建筑產(chǎn)業(yè)化對土木工程專業(yè)人才新需要的有效途徑。

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