裝配式建筑施工現(xiàn)場豎向板預(yù)制構(gòu)件堆放架研究

楊思荻 王美華 徐 偉

1.同濟大學土木工程學院 上海 200092；2.上海建工集團股份有限公司 上海 200080

為了防止裝配式建筑構(gòu)件拼裝前就產(chǎn)生裂縫等損傷，其堆放時的受力狀態(tài)要盡量與其組成結(jié)構(gòu)后的最終受力狀態(tài)相一致。因此，豎向板預(yù)制構(gòu)件需要豎直堆放，在施工現(xiàn)場可以采用斜靠在堆放架上的方法，根據(jù)以往經(jīng)驗，其傾角偏差要控制在10°以內(nèi)，且在實際使用時，架體均需錨固在地面上，以保證堆放安全[1-2]。本文由施工現(xiàn)場在堆放時所積累的經(jīng)驗出發(fā)，總結(jié)出如下幾種常用的豎向板預(yù)制構(gòu)件堆放架類型，各有優(yōu)劣。

1 單榀墻板插放架

1.1 插放架形式

此種插放架適用于1榀墻板構(gòu)件，構(gòu)件放置于架體中間，兩側(cè)架體起到圍護作用，使構(gòu)件的傾角能夠控制在安全范圍內(nèi)。架體采用鋼材制造，優(yōu)點是穩(wěn)定性較好，安全性較高；但是由于一次只能放置1榀墻板構(gòu)件，所以場地利用率較低。

1.2 軟件模擬計算

在Midas軟件中建模對架體進行了承載力和穩(wěn)定性驗算?；谑┕がF(xiàn)場經(jīng)驗，取建模參數(shù)如下：架體凈高1 500mm，凈長2 320mm，凈寬400mm，選用Q235鋼材，C10.0和C12.6的槽鋼（圖1）。

圖1 單榀墻板插放架模型

假設(shè)在架體正中間放置1榀墻板構(gòu)件，不考慮偏心，構(gòu)件尺寸取為厚D=100mm，寬H=3 500mm，長L=4 000mm，計算得構(gòu)件自重G=1.2×(0.1×3.5×4×2 500×10/1 000)=42 kN。按照最不利情況進行模擬，則等效荷載如下（圖2）。

圖2 等效荷載計算

傾角θ =arctan(302/1500)=11°。由靜力平衡條件知∑Fx=0，∑Fy=0，∑MA=0，即：F1cosθ =F3，F(xiàn)1sinθ +F2=G，。解得：F1=8.40kN，F(xiàn)2=40.40 kN，F(xiàn)3=8.25 kN。

圖3 反力計算結(jié)果

由軟件模擬計算得出的反力、位移、應(yīng)力結(jié)果（圖3～圖5）可知：以最不利荷載情況進行模擬的單榀墻板插放架滿足承載力要求，則此種類型的堆放架可以運用于工程實踐中。

圖4 位移計算結(jié)果

圖5 桿件應(yīng)力計算結(jié)果

2 單邊式墻板插放架

2.1 插放架形式

此種插放架可以同時放置多榀墻板構(gòu)件，架體主要位于構(gòu)件一側(cè)進行圍護，架體上裝有外伸的活動限位桿，可以按照需要，水平移動它們的位置，從而將構(gòu)件的傾角控制在安全范圍以內(nèi)。架體采用鋼材制造，優(yōu)點是一次可以放置多榀墻板構(gòu)件，利用率高；缺點是活動限位桿強度要求高，當在架體端部放置1榀墻板構(gòu)件時，很容易造成傾覆。

2.2 軟件模擬計算

在Midas軟件中建模對架體進行承載力和穩(wěn)定性驗算?；谑┕がF(xiàn)場經(jīng)驗，預(yù)制構(gòu)件最大質(zhì)量控制在5 t以內(nèi)，取建模參數(shù)如下：架體凈高1 320mm，凈長3 820mm，凈寬1 400mm，選用Q235鋼材，C10.0和C12.6的槽鋼，80mm×80mm×3mm×3mm的方鋼管（圖6）。

考慮最不利情況進行模擬：在架體一端放置1榀墻板構(gòu)件，構(gòu)件尺寸取為H=3000mm，L=2500mm，傾斜角度取最大值θ =10°，預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量取最大值5 t，則有G=1.2×50=60 kN；外伸方鋼管長度取為400mm。等效荷載如下（圖7）。

由靜力平衡條件知∑Fy=0，∑MA=0，即F1sinθ +F2=G，F(xiàn)1×(1320/cosθ)=G×(1500sinθ)。解得：F1=11.66 kN，F(xiàn)2=57.98 kN。

由軟件模擬計算得出的反力、位移、應(yīng)力結(jié)果（圖8～圖10）可知：以最不利荷載情況進行模擬的單邊式墻板插放架滿足承載力要求，即此種類型的堆放架可以運用于工程實踐中。

圖6 單邊式墻板插放架模型

圖7 等效荷載計算

圖8 反力計算結(jié)果

圖9 位移計算結(jié)果

實際使用中，出于安全性考慮，預(yù)制構(gòu)件堆放時，最好由中間向兩端進行；吊離時，則應(yīng)由兩端向中間進行。

3 雙邊式墻板插放架

3.1 插放架形式

此種插放架可以同時放置多榀墻板構(gòu)件，架體在構(gòu)件的四周進行圍護，架體上能夠安裝方鋼限位桿，可以根據(jù)實際需要選擇限位桿的數(shù)量，以將構(gòu)件的傾角控制在安全范圍以內(nèi)。同時，架體底部地面上可以放置木方防止堆放的墻板構(gòu)件產(chǎn)生滑移。架體采用鋼材制造，優(yōu)點是一次可以放置多榀墻板構(gòu)件，利用率高，且圍護安全性高，然而此種架體的制造需要使用更多的鋼材，經(jīng)濟性有所降低。

圖10 桿件應(yīng)力計算結(jié)果

3.2 軟件模擬計算

在Midas軟件中建模對架體進行承載力和穩(wěn)定性驗算?；谑┕がF(xiàn)場經(jīng)驗，預(yù)制構(gòu)件最大質(zhì)量控制在5 t以內(nèi)，取建模參數(shù)如下：架體凈高1 960mm、凈長4 120mm、凈寬3 550mm，選用Q235鋼材，C12.6的槽鋼和80mm×80mm×3mm× 3mm的方鋼（圖11）。

圖11 雙邊式墻板插放架模型

考慮最不利情況進行模擬：在架體一端放置1榀墻板構(gòu)件，構(gòu)件尺寸取為H=4000mm，L=3500mm，傾斜角度取最大值θ =10°，預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量取最大值5 t，則有G=1.2×50=60 kN。假設(shè)墻板構(gòu)件靠放在方鋼管中部，即忽略偏心作用，則等效荷載計算如下（圖12）。

圖12 等效荷載計算

由靜力平衡條件知∑Fy=0，∑MA=0，即：F1sinθ +F2=G，F(xiàn)1×(1960/cosθ)=G×(2000sinθ)。解得：F1=10.47 kN，F(xiàn)2=58.18 kN。

由軟件模擬計算得出的反力、位移、應(yīng)力結(jié)果（圖13～圖15）可知：以最不利荷載情況進行模擬的雙邊式墻板插放架滿足承載力要求，則此種類型的堆放架可以運用于工程實踐中。

圖13 反力計算結(jié)果

圖14 位移計算結(jié)果

實際使用中，出于安全性考慮，預(yù)制構(gòu)件堆放時，最好由中間向兩端進行；而吊離時，則最好由兩端向中間進行。

4 雙邊式墻板靠放架

4.1 靠放架形式

此種靠放架可用于放置1榀或2榀墻板構(gòu)件，相當于架體在構(gòu)件一側(cè)形成支撐。當構(gòu)件完全靠放在架體上時，與架體的傾斜角度一致。架體需要錨固在地面上，且構(gòu)件底部需要設(shè)置楔形限位措施以防止其產(chǎn)生滑移，從而確保其傾角處于安全范圍以內(nèi)。架體采用鋼材制造，優(yōu)點是穩(wěn)定性較高，占用場地小，且吊裝方便，但是與雙邊式插放架相比，放置的墻板構(gòu)件數(shù)量有限。

4.2 軟件模擬計算

在Midas軟件中建模對架體進行承載力和穩(wěn)定性驗算。基于施工現(xiàn)場經(jīng)驗，預(yù)制構(gòu)件最大質(zhì)量控制在5 t以內(nèi)，取建模參數(shù)如下：架體凈高3 300mm、凈長1 900mm，選用Q235鋼材，C10的槽鋼（圖16）。

圖15 桿件應(yīng)力計算結(jié)果

圖16 雙邊式墻板靠放架模型

考慮最不利情況進行模擬：僅放置1榀墻板構(gòu)件，構(gòu)件尺寸取為H=4000mm，L＞1900mm，預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量取最大值5 t，則有G=1.2×50=60 kN，假設(shè)墻板構(gòu)件靠放在架體中部，即忽略長度方向偏心作用。由于墻板構(gòu)件放置時的不確定因素，故可能出現(xiàn)以下2種情形：

1）墻板完全貼合架體放置（假設(shè)壓力均由兩側(cè)斜桿承受），此時等效荷載如下（圖17）。

傾角θ =arctan(400/3300)=7°。由靜力平衡條件知∑Fy=0，∑MA=0，即q×(3.3/cosθ)sinθ +F=G，q×(3.3/cosθ)2/2=G×(2sinθ)。解得：q=2.65 kN/m，F(xiàn)=58.93 kN。

由軟件模擬計算得出的反力、位移、應(yīng)力結(jié)果（圖18～圖20）可知：墻板完全貼合架體放置時，以最不利荷載情況進行模擬的雙邊式墻板靠放架滿足承載力要求。

圖17 等效荷載計算

圖18 反力計算結(jié)果

圖19 位移計算結(jié)果

圖20 桿件應(yīng)力計算結(jié)果

2）墻板不貼合架體放置（假設(shè)壓力均由上部水平桿承受），此時等效荷載如下（圖21）。

圖21 等效荷載計算

傾斜角度取最大值θ =10°。由靜力平衡條件知∑Fy=0，∑MA=0。即F1sinθ +F2=G，F(xiàn)1×(3300/cosθ)=G×(2000sinθ)。解得：F1=6.22 kN，F(xiàn)2=58.92 kN。

由軟件模擬計算得出的反力、位移、應(yīng)力結(jié)果（圖22～圖24）可知：墻板不貼合架體放置時，以最不利荷載情況進行模擬的雙邊式墻板靠放架滿足承載力要求。綜上所述，此種類型的堆放架可以運用于工程實踐中。

圖22 反力計算結(jié)果

圖23 位移計算結(jié)果

圖24 桿件應(yīng)力計算結(jié)果

5 結(jié)語

裝配式建筑的諸多優(yōu)勢使得它越來越受到建造者們的青睞，由于其需要使用大量的預(yù)制構(gòu)件，施工現(xiàn)場的安排將不同于一般建筑，具有其特殊性。為了提高預(yù)制構(gòu)件堆放的安全性與標準化水平，針對裝配式建筑施工現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)件堆放問題的研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。

本文選取了安全性要求較高的豎向板預(yù)制構(gòu)件堆放架作為研究對象，結(jié)合施工現(xiàn)場經(jīng)驗，通過計算分析總結(jié)出插放和靠放兩大類可供使用的堆放架，其中，插放架又包括單榀、單邊、雙邊3種形式。實際選用時，應(yīng)綜合考慮工程場地特點、土層承載力和平整度，以及預(yù)制構(gòu)件的尺寸、質(zhì)量、數(shù)量等因素，達到既節(jié)約堆放場地，又保護預(yù)制構(gòu)件的目的。