桁架鋼筋混凝土疊合板設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工一體化研究

王文靜,劉春原,殷澤輝,周艷芳

1.河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院,天津 300401

2.山東理工大學(xué)建筑工程學(xué)院,山東 淄博 255049

我國(guó)現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)建筑大多采用現(xiàn)澆體系，這種施工方法雖然技術(shù)成熟、有其自身優(yōu)勢(shì)，但由此帶來(lái)的高污染、高能耗、施工技術(shù)落后、勞動(dòng)成本提高等一系列問(wèn)題也日益突出，且與現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)節(jié)能減碳、綠色環(huán)保、發(fā)展可持續(xù)建筑的大方向相悖。為此，國(guó)家大力發(fā)展建筑工業(yè)化，提高建筑安全水平，推動(dòng)化解過(guò)剩產(chǎn)能，進(jìn)行低碳、節(jié)能、節(jié)約型建設(shè)。而實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是要更新建筑建造模式，采用預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)[1]。

對(duì)于預(yù)制裝配式混凝土建筑，為確保其建造質(zhì)量，不能孤立地研究設(shè)計(jì)、生產(chǎn)或施工的某一方面，而是要整合全產(chǎn)業(yè)鏈的資源，進(jìn)行一體化研究。本文結(jié)合濟(jì)南市某裝配式住宅工程，對(duì)其桁架鋼筋混凝土疊合板設(shè)計(jì)生產(chǎn)施工一體化展開(kāi)研究。

1 桁架鋼筋混凝土疊合板及其技術(shù)特點(diǎn)

桁架鋼筋混凝土疊合板又稱(chēng)桁架鋼筋板，是由帶桁架鋼筋的預(yù)制混凝土板及后澆鋼筋混凝土疊合層組成，如圖1所示[2]。目前，德國(guó)是桁架鋼筋板生產(chǎn)與應(yīng)用水平最高的國(guó)家，我國(guó)裝配式住宅建筑的應(yīng)用技術(shù)受德國(guó)、日本兩個(gè)國(guó)家的影響較深[3]。借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，國(guó)內(nèi)常用的桁架鋼筋混凝土疊合板預(yù)制底板厚度一般為60 mm厚，現(xiàn)澆混凝土疊合層厚度一般為70 mm厚。其構(gòu)成如下：預(yù)制混凝土底板由15 mm保護(hù)層、不小于16 mm（2層鋼筋）的底部鋼筋層、不小于30 mm的桁架鋼筋錨固層[4]組成，總厚度不宜小于60 mm[5]。疊合層由預(yù)埋管線層20 mm(不考慮管線交叉時(shí))、30 mm（入戶電纜穿管時(shí)）、40 mm（考慮管線交叉時(shí)）、不小于16 mm（2層鋼筋）的頂部鋼筋層和15 mm的鋼筋保護(hù)層組成，理論總厚度不應(yīng)小于51 mm，考慮施工誤差等其他因素不應(yīng)小于60 mm[5]。由以上得出桁架鋼筋疊合板總厚度不宜小于120 mm，常用厚度為130 mm（60 mm預(yù)制板+70 mm疊合層），如圖2所示。我國(guó)常規(guī)現(xiàn)澆樓板厚度多為120 mm，目前來(lái)說(shuō)，在保證受力性能的前提下，桁架鋼筋疊合板的總厚度能否做的同現(xiàn)澆板一樣是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。

在住宅建筑中采用疊合板結(jié)構(gòu)體系可以實(shí)現(xiàn)“構(gòu)配件生產(chǎn)工廠化，現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械化”，具有以下特點(diǎn)：

（1）提高施工質(zhì)量。與現(xiàn)澆板相比，疊合板進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，機(jī)械化程度高，專(zhuān)業(yè)技術(shù)熟練，構(gòu)件質(zhì)量高，板底平整度好，濕作業(yè)量少，樓板的抗裂性能好；

（2）提高施工安全性。采用疊合板施工減少了模板使用量，降低了模板安裝、拆除過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，安全可靠性更高；

（3）縮短施工工期。預(yù)制構(gòu)件安裝方便、快捷；后澆疊合層施工時(shí)，可利用預(yù)制構(gòu)件做模板，省工省料，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆體系相比，可節(jié)約工期30%左右；

（4）降低施工難度。因采用機(jī)械化吊裝施工，減少了施工現(xiàn)場(chǎng)的人員數(shù)量，降低了工作強(qiáng)度；在工程生產(chǎn)時(shí)預(yù)埋水電管線和預(yù)留洞口，避免了二次開(kāi)孔、開(kāi)槽可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題；鋼管支撐間隙大，給施工人員提供了更大的操作空間。

圖1 桁架疊合板Fig.1 Truss superimposed slab

圖2 桁架鋼筋疊合板構(gòu)成Fig.2 Structure of truss superimposed slab

2 桁架鋼筋混凝土疊合板設(shè)計(jì)

目前，裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般是分兩步，第一步，進(jìn)行構(gòu)件拆分，對(duì)節(jié)點(diǎn)連接部位按現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)進(jìn)行常規(guī)的建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，第二步，對(duì)預(yù)制裝配式構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。前者主要是從結(jié)構(gòu)安全性、建筑美觀性及使用功能等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，后者是為了方便生產(chǎn)和施工。預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)包括構(gòu)件自身設(shè)計(jì)（構(gòu)件從生產(chǎn)、脫模、廠內(nèi)倒運(yùn)、裝車(chē)、運(yùn)輸、卸車(chē)、起吊安裝、調(diào)整就位、臨時(shí)固定全過(guò)程分析及所需的預(yù)留預(yù)埋設(shè)計(jì)）、構(gòu)件連接設(shè)計(jì)（根據(jù)每類(lèi)預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆部分的連接方式，確定為滿足連接所需的預(yù)留預(yù)埋方案）和構(gòu)件功能設(shè)計(jì)（根據(jù)設(shè)計(jì)方案中每類(lèi)預(yù)制構(gòu)件的功能要求確定預(yù)留預(yù)埋方案），是以原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，再根據(jù)生產(chǎn)、施工單位的不同需求進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，需經(jīng)原設(shè)計(jì)單位復(fù)核認(rèn)可，最終形成深化設(shè)計(jì)圖紙。構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)是一個(gè)反復(fù)復(fù)核的過(guò)程，構(gòu)件生產(chǎn)單位和施工單位的各項(xiàng)要求均需經(jīng)設(shè)計(jì)單位各專(zhuān)業(yè)協(xié)同復(fù)核，每個(gè)預(yù)留預(yù)埋均需考慮對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響，避免與結(jié)構(gòu)鋼筋、水電埋管等產(chǎn)生碰撞，再由施工單位、構(gòu)件生產(chǎn)單位重新對(duì)預(yù)留預(yù)埋位置進(jìn)行調(diào)整，再?gòu)?fù)核，不斷循環(huán)，直到確保滿足結(jié)構(gòu)安全及施工使用要求[6]。預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)過(guò)程就是一個(gè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工一體化研究的過(guò)程，各單位要相互協(xié)作、密切配合。

濟(jì)南市某住宅工程，共13棟高層住宅樓，大量采用桁架鋼筋混凝土疊合板施工，主要使用部位是6F-32F，其典型板塊是DBS1-67-3615-11、DBS2-67-3615-11，最大板塊DBS1-67-4120-11-350，板塊實(shí)際尺寸2920*2000，底板厚度60 mm。為保證結(jié)構(gòu)的安全性，本工程各棟樓底部加強(qiáng)部位1F-5F采用現(xiàn)澆樓蓋[5]。為了方便生產(chǎn)和施工，該項(xiàng)目疊合板的深化設(shè)計(jì)是由構(gòu)件生產(chǎn)單位完成并經(jīng)設(shè)計(jì)單位復(fù)核的，這樣可做到設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工的一體化。

以5#樓DLB8板為例，其疊合板的深化設(shè)計(jì)圖如下：

圖3 疊合板平面布置圖Fig.3 Plane layout of superimposed slabs

圖4 DBS1-67-4120-11-350模板圖Fig.4 Template diagram of DBS1-67-4120-11-350

3 桁架鋼筋混凝土疊合板工廠化生產(chǎn)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙以及合同約定，優(yōu)選疊合板生產(chǎn)廠家，并報(bào)業(yè)主、監(jiān)理審核批準(zhǔn)。開(kāi)始加工前結(jié)合各專(zhuān)業(yè)圖紙進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，并組織結(jié)構(gòu)、建筑、裝修、機(jī)電等各專(zhuān)業(yè)審核確認(rèn)，確認(rèn)合格后，構(gòu)件生產(chǎn)廠家再依據(jù)審核批準(zhǔn)后的深化設(shè)計(jì)圖紙組織工廠化生產(chǎn)。

3.1 桁架鋼筋混凝土疊合板生產(chǎn)工藝

圖5 桁架鋼筋混凝土疊合板的生產(chǎn)工藝Fig.5 The production technology of truss reinforced concrete superimposed slab

3.2 質(zhì)量要求

（1）預(yù)制底板的制作、堆放、運(yùn)輸、吊裝、質(zhì)量驗(yàn)收及疊合板的施工過(guò)程應(yīng)遵守《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50204-2015的規(guī)定；

（2）疊合板如需開(kāi)洞，需先在底板上預(yù)留孔洞，孔洞內(nèi)鋼筋暫不切斷，待澆筑完混凝土達(dá)到強(qiáng)度后再切除孔洞內(nèi)鋼筋。洞口處加強(qiáng)鋼筋及開(kāi)洞板承載力由設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)；

（3）預(yù)制鋼筋桁架板與后澆混凝土結(jié)合面做成凹凸不小于4 mm的粗糙面；

（4）底板混凝土的強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的100%時(shí)，方可脫模、吊裝、運(yùn)輸及堆放；

（5）預(yù)制構(gòu)件應(yīng)在工廠進(jìn)行預(yù)吊裝，在施工現(xiàn)場(chǎng)，吊裝前應(yīng)做好臨時(shí)支撐；

（6）該住宅工程執(zhí)行“樣板引路”，采用試驗(yàn)段指導(dǎo)施工。開(kāi)始一到二層為預(yù)制構(gòu)件吊裝試驗(yàn)段，在試驗(yàn)階段邊施工邊總結(jié)，施工單位與建設(shè)單位、監(jiān)理單位以及桁架鋼筋板生產(chǎn)廠家共同研究、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷改善施工方法，以期高質(zhì)量的完成裝配式建筑的建造過(guò)程。

4 桁架鋼筋混凝土疊合板的施工

在項(xiàng)目開(kāi)工前，生產(chǎn)單位應(yīng)根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的類(lèi)型和規(guī)格，確定模板配置方案，并根據(jù)施工總體安排確定各規(guī)格構(gòu)件的具體數(shù)量，用于指導(dǎo)生產(chǎn)；在施工過(guò)程中，施工單位要分階段提前擬定好構(gòu)件需要量計(jì)劃，注明構(gòu)件的名稱(chēng)、規(guī)格、數(shù)量和進(jìn)場(chǎng)時(shí)間，匯集成表格發(fā)送給生產(chǎn)單位，考慮到外界因素的影響，施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)存放一定數(shù)量的構(gòu)件，以保證施工的連續(xù)進(jìn)行；同時(shí)，要根據(jù)設(shè)計(jì)、施工變更及時(shí)調(diào)整構(gòu)件的生產(chǎn)和供應(yīng)，以滿足施工進(jìn)度計(jì)劃的安排。

4.1 預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸、驗(yàn)收和堆放

4.1.1 構(gòu)件運(yùn)輸 開(kāi)工前，由構(gòu)件生產(chǎn)廠家編制構(gòu)件運(yùn)輸專(zhuān)項(xiàng)方案，各方確認(rèn)后實(shí)施，同時(shí)也作為計(jì)算構(gòu)件運(yùn)輸費(fèi)用的依據(jù)；疊合板采用平板車(chē)平放層疊方式運(yùn)輸，墊塊應(yīng)在一條垂直線上。

4.1.2 構(gòu)件驗(yàn)收 為防止個(gè)別疊合板運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后因質(zhì)量達(dá)不到規(guī)范要求而不能吊裝，項(xiàng)目部跟甲方、構(gòu)件生產(chǎn)廠家共同溝通，對(duì)疊合板質(zhì)量進(jìn)行二次驗(yàn)收，即第一次在廠家驗(yàn)收，第二次在疊合板運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始吊裝時(shí)驗(yàn)收。到場(chǎng)的預(yù)制構(gòu)件，其外觀質(zhì)量、結(jié)構(gòu)性能要符合預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，不應(yīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的外觀缺陷和影響結(jié)構(gòu)性能、安裝和使用功能的尺寸偏差。不符合要求的構(gòu)件予以退場(chǎng)。

4.1.3 構(gòu)件堆放 在進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置時(shí)，要依據(jù)設(shè)計(jì)原則畫(huà)出構(gòu)件堆放范圍，標(biāo)明警示標(biāo)志，構(gòu)件的堆場(chǎng)應(yīng)盡量靠近使用位置或在塔式起重機(jī)服務(wù)范圍之內(nèi)，最大限度地縮小場(chǎng)地內(nèi)運(yùn)輸量，盡可能避免而二次搬運(yùn)，并考慮運(yùn)輸和裝卸的方便；預(yù)制混凝土疊合板可采用板肋朝上疊放式堆放，堆放時(shí)水平分層，不宜超過(guò)6層，各層之間應(yīng)墊平、墊實(shí)，墊木上下對(duì)齊，最下面一層墊木應(yīng)通常設(shè)置，并按施工順序、構(gòu)件類(lèi)型、規(guī)格、所用位置等進(jìn)行分類(lèi)分區(qū)堆放。

4.2 疊合板的施工工藝

本工程疊合板由60 mm厚的預(yù)制桁架鋼筋板和70 mm厚的現(xiàn)澆混凝土疊合層組成，其施工工藝如下：搭設(shè)支架、彈標(biāo)高控制線→搭設(shè)疊合板支撐及拼縫模板→疊合板起吊→按編號(hào)在設(shè)計(jì)位置就位、調(diào)整→敷設(shè)后澆層內(nèi)的水電管線、各種預(yù)埋件→樓板上層鋼筋安裝→預(yù)留洞口支?！A(yù)制樓板底部拼縫處理→檢查驗(yàn)收→澆筑混凝土（圖6）。

圖6 疊合板的施工流程Fig.6 Construction process of superimposed slab

采用預(yù)制疊合樓板，減少了樓板支撐，節(jié)省了底模；樓板底面平整度好，省去了抹灰找平環(huán)節(jié)，觀感質(zhì)量好，后期裝修可直接刮膩?zhàn)印?/p>

5 結(jié) 論

通過(guò)桁架鋼筋混凝土疊合板設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工的一體化研究，可以總結(jié)出要確保預(yù)制裝配式建筑的建造質(zhì)量，需要整合全產(chǎn)業(yè)鏈的資源，而且產(chǎn)業(yè)鏈上各企業(yè)要密切配合、共同努力[7]。

（1）設(shè)計(jì)單位不能只關(guān)注圖紙，在方案設(shè)計(jì)階段要確定合理的預(yù)制率和預(yù)制構(gòu)件范圍，在施工圖設(shè)計(jì)階段需要與廠商、施工單位密切配合，對(duì)構(gòu)件生產(chǎn)、施工中出現(xiàn)的問(wèn)題提出合理的解決方案；

（2）構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)要與設(shè)計(jì)、施工單位密切聯(lián)系，根據(jù)深化設(shè)計(jì)圖紙和施工單位的施工進(jìn)度，及時(shí)提供需要的構(gòu)件，進(jìn)行定制生產(chǎn)；

（3）施工單位要監(jiān)控構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)娜^(guò)程，編制合理的施工計(jì)劃，對(duì)預(yù)制構(gòu)件關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的安裝采取有效的施工措施，施工中遇到問(wèn)題，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工三方協(xié)作共同解決。

綜上所述，裝配式建筑的發(fā)展離不開(kāi)全產(chǎn)業(yè)鏈各企業(yè)的密切配合，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工的一體化是必然趨勢(shì)。