裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在公共建筑領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用

（上海建工五建集團有限公司，上海 200120）

0 引言

近年來，國家十分重視建筑工業(yè)化的發(fā)展，并出臺了一系列扶持政策，2014年上海發(fā)布《上海市綠色建筑發(fā)展三年行動計劃（2014—2016）》，要求各區(qū)縣政府在本區(qū)域供地面積總量中落實裝配式建筑的建筑面積比例，并逐步完善土地供應(yīng)項目落地機制、建筑工業(yè)化技術(shù)和標(biāo)準、裝配式建筑監(jiān)管體系及大力推進建筑工業(yè)化。隨著政策的推進，預(yù)制裝配式建筑也從起步試驗階段進入大面積應(yīng)用階段，臨港重裝備產(chǎn)業(yè)區(qū)H36-02地塊項目作為上海首個低碳型高預(yù)制率裝配式產(chǎn)業(yè)園項目，為預(yù)制裝配式建筑建造技術(shù)提出了新的要求。

1 工程概況

H36-02地塊項目位于上海市臨港重裝備產(chǎn)業(yè)區(qū)，地處泥城鎮(zhèn)?；貣|西寬約206m，南北長約418m，東至鴻音路，南臨瓊閣路，西至規(guī)劃E62路，北至正茂路?？偨ㄖ娣e約21萬m2，由24個單體組成，其中7棟高層，17棟多層（見圖1），結(jié)構(gòu)形式為裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)。所有單體預(yù)制率均達到40%以上，預(yù)制構(gòu)件類型涵蓋框架梁、框架柱、次梁、雙T板、疊合板、樓梯、女兒墻等2.6萬多個構(gòu)件，有7 000多種不同型號。建成后的項目將東臨中央公園，南接重裝備產(chǎn)業(yè)區(qū)，西向研發(fā)辦公區(qū)，將生活區(qū)與產(chǎn)業(yè)區(qū)無縫銜接，使企業(yè)辦公區(qū)與中央公園連為一體，對接先進制造業(yè)的技術(shù)研發(fā)，實踐產(chǎn)城融合的發(fā)展理念，成為上海科創(chuàng)中心建設(shè)的重要試驗田。

圖1 項目總平面

2 全國首例在裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)中采用黏滯阻尼器

2.1 技術(shù)概況

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，增加現(xiàn)場濕作業(yè)，不利于預(yù)制率的提高，且剛度的增加會導(dǎo)致預(yù)制框架部分構(gòu)件尺寸較大，造成運輸和施工吊裝困難。西1、西2樓作為創(chuàng)新示范工程，已獲評2017年住建部裝配式建筑科技示范工程，并入圍上海市裝配式建筑示范工程，共采用78根黏滯阻尼器，西1樓1～5層：每層x向3組，y向3組，共計30組（見圖2）；西2樓1～8層：每層x向3組，y向3組，共計48組。

圖2 西1樓黏滯阻尼器平面布置

經(jīng)比選，確定采用設(shè)置黏滯阻尼器的裝配整體式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。通過活塞與缸筒間的相對運動產(chǎn)生阻尼力消耗外界輸入至結(jié)構(gòu)的振動能量，其優(yōu)點在于不會給結(jié)構(gòu)增加額外剛度，減小地震剪力和位移角。這一突破不僅使工程單體預(yù)制率提升至45%以上，混凝土用量減少7%以上，減少了地震剪力，而且增強了裝配式建筑的抗震能力和防災(zāi)性能。

2.2 黏滯阻尼器介紹

黏滯阻尼器是根據(jù)流體運動，特別是當(dāng)流體通過節(jié)流孔時會產(chǎn)生黏滯阻力的原理制成，是一種與剛度、速度相關(guān)型阻尼器。一般由油缸、活塞、活塞桿、襯套、介質(zhì)、銷頭等部分組成（見圖3），活塞可在油缸內(nèi)往復(fù)運動，活塞上設(shè)有阻尼結(jié)構(gòu)，油缸內(nèi)裝滿流體阻尼介質(zhì)。其采用低黏度硅油作為介質(zhì)，通過小孔激射原理實現(xiàn)阻尼特性。

圖3 黏滯阻尼器結(jié)構(gòu)

當(dāng)外部能量（地震或風(fēng)振）傳遞到結(jié)構(gòu)時，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形并帶動阻尼器運動。在活塞兩端形成壓力差，介質(zhì)從阻尼結(jié)構(gòu)中通過，從而產(chǎn)生阻尼力并實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化（機械能轉(zhuǎn)化為熱能），達到減小結(jié)構(gòu)振動的目的。黏滯阻尼器特點如下。

1）位移指示清晰明了，方便判斷活塞在油缸中的位置。

2）外形簡潔，結(jié)構(gòu)對稱，緊湊，安裝便捷，安裝空間小。

3）低速運動阻力小，不超過額定載荷的10%。

4）預(yù)留±25mm伸縮調(diào)節(jié)量，方便現(xiàn)場安裝。

5）耗能效率高，達到90%。

6）阻尼器兩端均裝有關(guān)節(jié)軸承，利于施工安裝和工作擺動（允許擺角±6°）。

7）液壓介質(zhì)穩(wěn)定、抗燃、耐老化。

8）密封性好，密封件采用與介質(zhì)相容性好的材料。

2.3 黏滯阻尼器安裝流程

安裝準備工作→節(jié)點板定位→節(jié)點板焊接→焊縫探傷→阻尼器拼裝→復(fù)核節(jié)點板定位→阻尼器吊裝就位→銷軸固定→防腐防銹處理。

2.4 安裝施工控制措施

2.4.1 預(yù)埋件施工

阻尼器耳環(huán)板預(yù)埋件施工工藝流程包括承臺與吊柱定位及鋼筋綁扎、阻尼器耳板預(yù)埋件定位、預(yù)埋件焊接、預(yù)埋件定位校核、承臺與吊柱模板安裝、承臺與吊柱混凝土澆筑、預(yù)埋件位置復(fù)核、預(yù)埋件驗收8個步驟，由于預(yù)埋件與主體結(jié)構(gòu)同步施工，為保證預(yù)埋件定位準確，避免在阻尼器安裝時出現(xiàn)預(yù)埋件不符合安裝要求的情況出現(xiàn)，在此，僅對阻尼器預(yù)埋件定位、阻尼器預(yù)埋件焊接、阻尼器預(yù)埋件位置復(fù)核及其驗收工序進行介紹。

1）阻尼器節(jié)點板預(yù)埋件定位 定位前，為避免預(yù)埋件水平方向出現(xiàn)偏差，在預(yù)埋件底部焊接422鋼筋作為加固。加固鋼筋長度根據(jù)現(xiàn)場地基、底模板標(biāo)高面控制，預(yù)埋件固定好后方可進行下一道工序。

2）阻尼器節(jié)點板預(yù)埋件焊接 焊接前要進行定位，以免焊接后仍達不到阻尼器安裝的平整度要求。焊接時，用E50焊條先進行楔形鋼板的定位焊接，從外往內(nèi)依次進行鋼筋與預(yù)埋件連接焊接，焊接采用穿孔塞焊的方式進行，焊縫要飽滿，且要填滿預(yù)埋件孔洞。

3）阻尼器節(jié)點板預(yù)埋件位置復(fù)核 焊接完成后，應(yīng)對預(yù)埋件鋼板進行定位復(fù)核，防止出現(xiàn)預(yù)埋件扭曲、不垂直等現(xiàn)象，若有不滿足阻尼器安裝要求部分要進行校正。

4）阻尼器預(yù)埋件驗收 預(yù)埋件驗收重點在于驗證預(yù)埋件的中心位置不偏移或偏移量不大，滿足規(guī)范要求，同時還應(yīng)驗證預(yù)埋件的垂直偏差是否滿足要求。

5）焊縫探傷 耳板焊縫達到強度后，采用磁粉對焊縫進行無損探傷。

2.4.2 阻尼器安裝施工

1）清理節(jié)點板預(yù)埋件 將節(jié)點板預(yù)埋件上的混凝土及銹斑等雜物清理干凈，并進行打磨，保證預(yù)埋件表面平整。

2）阻尼器尺寸測量及編號 測量阻尼器現(xiàn)場安裝控制尺寸，確保阻尼器安裝控制尺寸大于阻尼器的總長度不超過5mm。再由廠家根據(jù)現(xiàn)場實際長度在試驗機上調(diào)整好阻尼器總長度并進行編號，以便與實際安裝位置一一對應(yīng)。施工時，先測量阻尼器安裝位置的實際尺寸，如果實際尺寸比阻尼器長度小或大于阻尼器長度5mm以上，可通過調(diào)節(jié)鎖緊螺母調(diào)整阻尼器總長度。

2.4.3 涂刷防腐防銹漆

阻尼器安裝完畢后，將鋼箱梁與預(yù)埋件一并進行防腐涂裝處理。阻尼器外露面全部刷漆，包括全部焊縫。

3 裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)簡化節(jié)點連接技術(shù)

為解決框架節(jié)點鋼筋密集、施工困難等突出問題，對框架梁柱和節(jié)點的配筋及連接方式進行優(yōu)化，包括框架柱四角集中配置受力縱筋、框架梁底筋節(jié)點區(qū)鋼筋避讓、采用鋼筋錨固板的框架頂層端節(jié)點，有效提高裝配式框架施工效率。

1）框架柱四角集中配置受力縱筋 常規(guī)預(yù)制柱縱向受力鋼筋均勻地布置在柱的四邊，本項目框架柱四角集中配置受力縱筋，柱縱向受力鋼筋間距不宜小于200mm且不應(yīng)大于400mm（見圖 4）。

圖4 框架柱四角集中配置受力縱筋

2）框架梁底筋節(jié)點區(qū)鋼筋避讓 通過框架梁底筋的高低錯開及吊裝順序，從而避開梁底筋節(jié)點區(qū)的鋼筋碰撞（見圖5）。

圖5 T字形部位梁柱節(jié)點

3）采用鋼筋錨固板的框架頂層端節(jié)點 常規(guī)梁柱核心區(qū)采取鋼筋15d長度彎折，本項目梁柱核心區(qū)采用錨固板確保錨固要求，設(shè)置組合箍筋便于上部主筋施工，大大提高裝配式框架施工效率（見圖6）。

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

4.1 雙T板疊合樓蓋概況

本項目標(biāo)準柱網(wǎng)為8.4m×8.4m，因此大量采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板。雙T板是板、梁結(jié)合的預(yù)制構(gòu)件，由寬大的面板和2根肋梁組成，其面板既是橫向承重結(jié)構(gòu)，又是縱向承重肋的受壓區(qū)，受壓區(qū)截面較大，中和軸接近或進入面板，受拉主鋼筋有較大的力臂。雙T板具有良好的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能、明確的傳力層次、簡潔的幾何形狀，是一種可制成大跨度、大覆蓋面積和比較經(jīng)濟的承載構(gòu)件。

4.2 雙T板施工流程

安裝準備工作→預(yù)制構(gòu)件進場→構(gòu)件驗收→雙T板吊裝→安裝就位→雙T板標(biāo)高復(fù)核→拼縫處理。

5 BIM和RFID創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用

5.1 基于BIM+物聯(lián)網(wǎng)的全生命周期信息交互集成管理控制技術(shù)

適應(yīng)PC建造的精益建造可視化管理平臺是面向PC構(gòu)件全生命周期質(zhì)量控制的信息化管理工具。該平臺基于構(gòu)件供應(yīng)鏈管理理念，融合了“BIM+物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，通過協(xié)同平臺準確安排每層構(gòu)件的吊裝進度與對應(yīng)的供貨計劃；通過RFID芯片實時追蹤和反饋構(gòu)件狀態(tài)信息；通過BIM模型實現(xiàn)構(gòu)件狀態(tài)可視化；通過手機APP快速查驗構(gòu)件的所有設(shè)計和施工信息等，實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、儲運、安裝、驗收全過程有條不紊，各環(huán)節(jié)管理信息可追溯。該平臺可輔助政府、甲方和總承包單位實現(xiàn)工業(yè)化建筑建造全過程的高效精準管理。

5.2 全生命周期BIM技術(shù)應(yīng)用

搭建所有參建方BIM協(xié)同管理平臺，實施項目設(shè)計、施工、運維等建設(shè)項目全生命期的BIM技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)對質(zhì)量、安全、進度和成本等方面進行高效、精細管理。對建筑、結(jié)構(gòu)、機電等多專業(yè)進行碰撞檢測，提前發(fā)現(xiàn)二維設(shè)計中難以發(fā)現(xiàn)的設(shè)計缺陷和空間盲點，綜合考慮設(shè)計規(guī)范、施工工藝等方面需求，對綜合管網(wǎng)進行全方位、系統(tǒng)性深化（見圖7）。通過BIM場地布置模擬，檢查規(guī)劃方案與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性，場內(nèi)道路、施工機械、配套建筑布置的合理性，在節(jié)約資源的同時保證現(xiàn)場施工有序、高效（見圖8）。以模型為載體，以項目管理思路為主線，將模型與成本、進度、質(zhì)量、設(shè)計等施工信息關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)工程進度、投資、質(zhì)量、管理目標(biāo)的可視動態(tài)精細化管理，實現(xiàn)大型公共建筑群智能化運維技術(shù)應(yīng)用。

圖7 全專業(yè)BIM模型

圖8 場地模擬

6 結(jié)語

臨港重裝備產(chǎn)業(yè)區(qū)H36-02地塊項目作為上海首個低碳型高預(yù)制率裝配式產(chǎn)業(yè)園項目，在建設(shè)中充分運用裝配式技術(shù)、消能減震技術(shù)、BIM技術(shù)等創(chuàng)新技術(shù)，被列入住建部“2017年裝配式建筑科技示范項目”“上海市裝配式建筑示范工程”和2018年上海市建委質(zhì)量安全雙觀摩及市文明項目，受到行業(yè)廣泛關(guān)注。整個項目結(jié)合抗震消能技術(shù)、框架節(jié)點鋼筋簡化連接技術(shù)、雙T板疊合樓蓋技術(shù)、BIM和RFID技術(shù)等應(yīng)用順利解決了裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)建造過程中框架結(jié)構(gòu)柱距大、高效精細化管理困難、框架節(jié)點鋼筋密集、施工難度大、構(gòu)件進場進度安排等問題，大大提高了施工效率及解決問題的效率，實現(xiàn)了大型公共建筑群智能化運維技術(shù)的應(yīng)用，為同類工程應(yīng)用提供了技術(shù)依據(jù)與管理經(jīng)驗。