預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工中的新技術(shù)應(yīng)用

姜 泰

上海臨港創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)有限公司 上海 201403

預(yù)制裝配式建筑是指將建筑的全部或者部分構(gòu)件在工廠預(yù)制完成，然后在施工現(xiàn)場通過可靠的連接方式組裝而成的建筑[1]。預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)具有節(jié)能環(huán)保、建造質(zhì)量高、工期短等出眾的優(yōu)點(diǎn)。隨著我國對建筑工業(yè)化的高度重視和相關(guān)政策的推出，裝配式建筑在全國各地開始了快速的發(fā)展。

本文結(jié)合上海臨港重裝備產(chǎn)業(yè)區(qū)H36-02地塊項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹多種新技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用，分析裝配式建筑的工藝特點(diǎn)。

1 工程概況

臨港重裝備產(chǎn)業(yè)區(qū)H36-02地塊位于上海浦東新區(qū)臨港重裝備產(chǎn)業(yè)區(qū)和物流園區(qū)內(nèi)，主要功能為研發(fā)及配套服務(wù)設(shè)施。由22棟4～12層研發(fā)中心、研發(fā)廠房，1棟4層共享大廳，1棟垃圾房及地下1層車庫組成?？偨ㄖ娣e約206 000 m2，其中地上面積約163 000 m2，地下面積約43 000 m2。

除東4樓采用裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)外，其余單體地上部分均采用裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)體系包含裝配整體式框架結(jié)構(gòu)和裝配整體式框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)兩類，單體預(yù)制率高于40%。其中，西1樓和西2樓為采用消能減震技術(shù)的裝配整體式框架結(jié)構(gòu)，單體預(yù)制率為47%。工程采用的預(yù)制構(gòu)件包括預(yù)制的柱、梁、樓板、樓梯以及挑板和女兒墻等。

2 裝配式新技術(shù)應(yīng)用

在傳統(tǒng)預(yù)制裝配式體系的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目采用了多項(xiàng)新技術(shù)，達(dá)到了進(jìn)一步增強(qiáng)建筑性能，有利于控制現(xiàn)場進(jìn)度和工程造價(jià)的效果。

2.1 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)消能減震結(jié)構(gòu)體系

為增強(qiáng)裝配式建筑抗震能力和防災(zāi)性能，單體西1樓和西2樓采用了“預(yù)制框架＋黏滯阻尼”結(jié)構(gòu)體系（圖1），共布置78根黏滯阻尼器。黏滯阻尼器通過活塞與缸筒間的相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻尼力，大量消耗輸入結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量，從而迅速減小地震剪力和位移角，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)在于不會(huì)給結(jié)構(gòu)增加額外的剛度、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉且適用性高。

圖1 黏滯阻尼器連接方式

設(shè)置黏滯阻尼器一方面可優(yōu)化節(jié)點(diǎn)配筋方案，另一方面可減少現(xiàn)澆剪力墻，從而提升建筑預(yù)制率。本工程西1、西2樓為高層建筑，若按常規(guī)體系采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，則剪力墻部分需要現(xiàn)澆，從而增加了現(xiàn)場的濕作業(yè)量且不利于預(yù)制率的提高。剛度的增加也會(huì)導(dǎo)致所選用的預(yù)制框架部分的構(gòu)件尺寸偏大，給構(gòu)件運(yùn)輸和施工吊裝帶來不便。

黏滯阻尼器替代剪力墻之后，減少了7%的現(xiàn)澆混凝土工作量，提高了建筑的預(yù)制裝配程度，控制單體預(yù)制率不低于45%。設(shè)置黏滯阻尼器的預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)體系與預(yù)制裝配式框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)體系相比，節(jié)約了1 000 m3混凝土，每棟樓綜合造價(jià)可降低300多萬元。

雖然阻尼器的設(shè)置會(huì)對設(shè)計(jì)方案有一定制約，但該技術(shù)間接優(yōu)化了剪力墻布置和降低了節(jié)點(diǎn)處施工的復(fù)雜程度，同時(shí)增強(qiáng)了裝配式建筑的抗震能力和防災(zāi)性能，并提高了建筑的工業(yè)化水平。

2.2 裝配式框架簡化節(jié)點(diǎn)連接

現(xiàn)階段，框架節(jié)點(diǎn)鋼筋密集、施工困難、施工質(zhì)量難以保證是裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)施工過程中的突出問題。

項(xiàng)目優(yōu)化了框架梁柱和節(jié)點(diǎn)的配筋及連接方式（圖2）。將框架柱縱筋集中配置于四角部位，框架梁底筋在節(jié)點(diǎn)區(qū)域通過彎折進(jìn)行錯(cuò)位，避免了鋼筋的交叉重疊，簡化了鋼筋排布和施工復(fù)雜程度，提前減少和避免了現(xiàn)場施工難題。

框架頂層端節(jié)點(diǎn)鋼筋采用鋼筋錨固板的錨固方式。鋼筋錨固板可達(dá)到與傳統(tǒng)方式相同或更優(yōu)的錨固性能，并解決了頂層節(jié)點(diǎn)鋼筋擁擠和混凝土澆筑的難題，從而有效提高了裝配式框架的施工效率。

2.3 預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板疊合樓蓋技術(shù)

預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板是一種先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，由受壓翼緣和2排腹板組成。雙T板一般采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋和高強(qiáng)混凝土制成，其橫截面受力合理，具有自重輕、承載力大等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于大跨度、重荷載的結(jié)構(gòu)中[2]。

本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)尺寸為8.4 m×8.4 m，跨度較大，使用傳統(tǒng)樓蓋體系將消耗大量資源。項(xiàng)目創(chuàng)新采用了大量預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板作為疊合樓蓋，取消次梁設(shè)置，局部柱距較密處則采用鋼筋桁架疊合板的形式。

針對大型公共建筑的荷載和跨度，通過優(yōu)化構(gòu)件截面、配筋和端部設(shè)計(jì)，形成了施工便捷的雙T板連接節(jié)點(diǎn)形式。預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板端部采用變截面。中梁采用倒T形挑耳、邊梁采用L形挑耳設(shè)計(jì)方法。挑耳上設(shè)置支墊，雙T板端部擱置于挑耳部位并形成有效連接（圖3）。

圖2 中間層邊跨梁柱節(jié)點(diǎn)

圖3 雙T板端部節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板疊合樓蓋的應(yīng)用，有效發(fā)揮了其截面高度與預(yù)應(yīng)力材料強(qiáng)度的優(yōu)勢。樓蓋材料用量減少，提高了施工效率并降低造價(jià)，滿足了本項(xiàng)目裝配式公共建筑對大跨樓蓋結(jié)構(gòu)的需求。

3 裝配式工藝特點(diǎn)分析

3.1 結(jié)構(gòu)分析

本項(xiàng)目包含裝配整體式框架結(jié)構(gòu)和裝配整體式框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)2類結(jié)構(gòu)體系。裝配式框架結(jié)構(gòu)由預(yù)制梁和柱抵抗水平和豎向荷載，具有結(jié)構(gòu)平面布置靈活、結(jié)構(gòu)自重較輕的特點(diǎn)。裝配式框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)在荷載作用下，框架與剪力墻的變形協(xié)調(diào)一致，具有較高的水平承載力和豎向承載力。

裝配式結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)在于預(yù)制構(gòu)件的連接設(shè)計(jì)和施工。當(dāng)采用可靠的連接技術(shù)和構(gòu)造措施時(shí)，可認(rèn)為具有與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)等同的承載力、整體性和延性，可達(dá)到與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相同的性能。

3.2 能耗分析

電耗方面，由于傳統(tǒng)工藝相對于預(yù)制裝配材料工藝有材料所需吊裝次數(shù)多、木模板加工所需能耗高、現(xiàn)澆工藝所需振搗器工作量較大的特點(diǎn)，導(dǎo)致了傳統(tǒng)工藝耗電量的增加。

水耗方面，預(yù)制構(gòu)件一般在構(gòu)件廠使用蒸汽養(yǎng)護(hù)，因而對養(yǎng)護(hù)用水量可精確控制?，F(xiàn)澆式建筑在進(jìn)行現(xiàn)場的澆筑時(shí)一般為人工澆水，水量消耗較多且難以控制。

綜上所述，采用預(yù)制裝配式的建筑可節(jié)約能源消耗。相關(guān)資料表明，當(dāng)房屋住宅的預(yù)制率達(dá)到37%時(shí)，采用裝配式工藝能夠節(jié)約36%的水資源，31%的電[3]，符合可持續(xù)發(fā)展的原則。

3.3 工期分析

對生產(chǎn)設(shè)計(jì)而言，裝配式建筑可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和構(gòu)件加工生產(chǎn)，從而減少重復(fù)設(shè)計(jì)，提高效率。

對上部結(jié)構(gòu)施工而言，預(yù)制裝配式建筑在工期方面較傳統(tǒng)施工優(yōu)勢不大，每層工期與傳統(tǒng)工藝相差1～2 d。但是外裝施工和室內(nèi)裝飾施工的工期卻大大減少?？傮w來說預(yù)制率越高，工期縮短越多。

此外，傳統(tǒng)施工方式施工周期受多方面因素影響，工期較難控制。而預(yù)制裝配式建筑只需要在現(xiàn)場將工廠生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行拼裝?，F(xiàn)場的工作強(qiáng)度減少，安裝流程標(biāo)準(zhǔn)化，保證了施工的進(jìn)度。

3.4 經(jīng)濟(jì)分析

相對于傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝，采用預(yù)制裝配式的建筑在常規(guī)施工圖之外，需要另行編制生產(chǎn)和施工二次深化圖紙，設(shè)計(jì)費(fèi)用高于傳統(tǒng)施工。同時(shí)，裝配式建筑需要額外支付預(yù)制構(gòu)件的制作費(fèi)用以及構(gòu)件運(yùn)輸費(fèi)用。此外，由于構(gòu)件吊裝和安裝的需要，預(yù)制裝配式工藝相對于傳統(tǒng)工藝增加了堆場的設(shè)置、場地處理、大型塔吊使用、預(yù)埋件、臨時(shí)支撐等費(fèi)用。

而預(yù)制裝配式建筑在材料用量、腳手架費(fèi)用、人工費(fèi)用等方面更具有優(yōu)勢。預(yù)制構(gòu)件以吊裝為主，因此，可減少傳統(tǒng)腳手架的使用，或采用安全防護(hù)圍擋、挑網(wǎng)等措施代替腳手架?，F(xiàn)場濕作業(yè)工作量大幅減少，相應(yīng)的材料損耗、修補(bǔ)材料用量、建筑垃圾也會(huì)減少，人工成本也隨之大幅降低。同時(shí)也降低了施工聲、光、塵等污染和相應(yīng)的防治費(fèi)用[4]。

另外，相對于傳統(tǒng)建筑，工業(yè)化生產(chǎn)工序簡單，濕作業(yè)環(huán)節(jié)減少，受到環(huán)境的影響較小。對施工現(xiàn)場的人員、機(jī)械和材料的使用以及施工的周期控制更便捷。可有效規(guī)避傳統(tǒng)施工方式勞動(dòng)力成本變化和現(xiàn)場變更等成本風(fēng)險(xiǎn)。

但從總體上看，目前裝配式建筑與現(xiàn)澆建筑相比建設(shè)成本優(yōu)勢不明顯。主要原因?yàn)楝F(xiàn)階段設(shè)計(jì)增加費(fèi)、PC構(gòu)件生產(chǎn)費(fèi)、安裝費(fèi)較高。但隨著我國預(yù)制構(gòu)件規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)現(xiàn)，成本將進(jìn)一步降低。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目引入裝配式混凝土結(jié)構(gòu)消能減震結(jié)構(gòu)體系，優(yōu)化了框架梁柱和節(jié)點(diǎn)的配筋及連接方式，采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板疊合樓蓋技術(shù)，有利于增強(qiáng)裝配式建筑的抗震能力，顯著提高了施工效率，為項(xiàng)目創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

通過工程實(shí)踐分析，裝配式建筑可以有效減少建設(shè)工期，節(jié)省人力、物力，具有節(jié)能環(huán)保等獨(dú)特的優(yōu)勢，是建筑業(yè)發(fā)展的新方向。