裝配式混凝土建筑的特點(diǎn)及對(duì)傳統(tǒng)建筑的影響

高 磊

上海砼邦建設(shè)工程有限公司

1 引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，傳統(tǒng)建筑行業(yè)用工難，揚(yáng)塵大等問題與越來(lái)越高的綠色節(jié)能要求等矛盾日益突出。裝配式建筑以其工業(yè)化、節(jié)能、環(huán)保、施工速度快等顯著優(yōu)勢(shì)，以及國(guó)家政策的相關(guān)支持與要求，在建筑行業(yè)得以快速發(fā)展與應(yīng)用。

在我國(guó)，鋼筋混凝土工程在多層建筑中依然占據(jù)著主導(dǎo)地位，與其他結(jié)構(gòu)相比，其發(fā)展歷史悠久、技術(shù)相對(duì)成熟、耐久性好、結(jié)構(gòu)剛度大且造價(jià)相對(duì)低廉，是現(xiàn)階段裝配式住宅的主要結(jié)構(gòu)形式。

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，是以預(yù)制混凝土構(gòu)件為主要構(gòu)件，經(jīng)裝配、連接、結(jié)合部分現(xiàn)澆而形成的混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)制裝配式建筑的主要特點(diǎn)是生產(chǎn)工業(yè)化，生產(chǎn)工業(yè)化的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，最核心的環(huán)節(jié)是建立一整套具有適應(yīng)性的模數(shù)及模數(shù)協(xié)調(diào)原則。設(shè)計(jì)中據(jù)此優(yōu)化各功能模塊的尺寸和種類，使建筑部品實(shí)現(xiàn)通用性和互換性，保證建筑在建設(shè)過(guò)程中，在功能、質(zhì)量、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面獲得最優(yōu)的方案，促進(jìn)建造方式從粗放型向集約型轉(zhuǎn)變。因此，采用預(yù)制裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑有著很多區(qū)別，下面就這些區(qū)別特點(diǎn)進(jìn)行分析。

2 建筑平面影響因素

2.1 戶型排布的影響

傳統(tǒng)建筑在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，為保證立面的統(tǒng)一協(xié)調(diào)與戶內(nèi)戶型的排布規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，戶型一般采用對(duì)稱式排布。而住宅小區(qū)的使用和銷售需求，使得同一小區(qū)內(nèi)的住宅戶型數(shù)量增多，一般一個(gè)項(xiàng)目至少有4個(gè)以上的戶型。這種戶型的對(duì)稱排布及個(gè)數(shù)需求，就導(dǎo)致同一項(xiàng)目的樓型數(shù)量較多。對(duì)于裝配式建筑而言，如預(yù)制外墻、預(yù)制凸窗、全預(yù)制陽(yáng)臺(tái)等，此類構(gòu)件，如構(gòu)件與構(gòu)件之間采用對(duì)稱式，則其模具實(shí)為2套模具。如將不同戶型均組合到同一棟樓內(nèi)，且戶型排布方向相同，其余樓棟均采用同一樓型，則可以大大減少模具的套數(shù)，從而降低模具生產(chǎn)成本。

圖1

注：常規(guī)戶型組合方式：兩種樓型，PC 重復(fù)率低，成本高。優(yōu)化戶型組合方式：一種樓型，PC重復(fù)率高，成本低。

2.2 預(yù)制構(gòu)件的影響

對(duì)于預(yù)制構(gòu)件本身來(lái)說(shuō)，如采用預(yù)制疊合樓板，則房間的開間、進(jìn)深、結(jié)構(gòu)的墻柱梁布置對(duì)其尺寸有很大影響；如采用預(yù)制樓梯，則同一項(xiàng)目樓棟的樓梯間，建議樓梯踏步的跑向一致（順時(shí)針向上跑向或逆時(shí)針向上跑向），即鏡像排布的戶型，樓梯跑向不鏡像，采用復(fù)制關(guān)系；如采用預(yù)制外墻、凸窗等，則房間的門窗洞尺寸，門窗垛與現(xiàn)澆混凝土柱、現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件的距離關(guān)系，都影響著預(yù)制構(gòu)件的模數(shù)尺寸，如能將其類型數(shù)量減少，則也可以減少模具的數(shù)量。

3 建筑立面影響因素

3.1 外飾面材料的影響

預(yù)制混凝土構(gòu)件由于其在工廠制作的原因，其構(gòu)件尺寸精度高，構(gòu)件成型好，因此可為建筑立面效果提供豐富多彩的表達(dá)形式?，F(xiàn)今主要的預(yù)制外飾面有素混凝土飾面、瓷磚飾面、石材飾面和陶板飾面。瓷磚采用反打技術(shù)，在工廠鋪貼并連接錨固件，其與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)鋪貼瓷磚的工藝，不易空鼓、脫落。石材和陶板通過(guò)反打技術(shù)，可以取消傳統(tǒng)工藝的干掛龍骨，節(jié)省材料和人工費(fèi)用。

3.2 立面造型的影響

建筑師在立面設(shè)計(jì)時(shí)，往往喜歡采用凹凸的線條線腳變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)豐富立面效果的需求。而預(yù)制混凝土構(gòu)件由于其生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，凹線條的模具成本費(fèi)用要遠(yuǎn)小于凸線條的模具成本費(fèi)，因此在預(yù)制建筑設(shè)計(jì)時(shí)，建議采用凹線條替代凸線條的表達(dá)方式，在標(biāo)準(zhǔn)層線條盡量保持一致，或其線條變化有規(guī)律，有明顯的重復(fù)率，從而達(dá)到更經(jīng)濟(jì)合理又美觀的效果。

3.3 預(yù)制構(gòu)件分縫的影響

預(yù)制單面疊合式外墻體系及預(yù)制夾心保溫外墻體系，由于其防水性能好、外側(cè)可免除濕作業(yè)模板、如吊裝安裝精度控制好的情況下無(wú)需傳統(tǒng)二次抹灰等處理工藝，可直接進(jìn)行飾面工程施工等顯著優(yōu)點(diǎn)，在預(yù)制裝配式建筑中得以廣泛應(yīng)用。但這兩種體系也有個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是預(yù)制外墻間的水平縫和豎向縫比較突出，此縫寬一般為20mm。采用涂料遮蓋的方式很難保證長(zhǎng)期自然條件作用下，此處縫不開裂。因此，如能在建筑方案設(shè)計(jì)階段，將預(yù)制板間的水平縫和豎向縫作為立面的表達(dá)因素，則可降低后期立面效果降低的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 結(jié)構(gòu)層高的影響

傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在住宅頂層設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)標(biāo)高往往和建筑標(biāo)高為同一標(biāo)高，造成頂層的結(jié)構(gòu)層高與標(biāo)準(zhǔn)層的結(jié)構(gòu)層高不同。而預(yù)制構(gòu)件尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，其構(gòu)件高度是由結(jié)構(gòu)層高及樓板厚度決定的，因此建議建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，將頂層結(jié)構(gòu)層高及樓板厚度與標(biāo)準(zhǔn)層層高及樓板厚度統(tǒng)一，從而避免單獨(dú)增添一層模數(shù)的模具。

4 結(jié)構(gòu)專業(yè)影響因素

圖2 預(yù)制懸挑梁與現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)

4.1 陽(yáng)臺(tái)受力形式的影響

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，認(rèn)為懸挑梁式陽(yáng)臺(tái)要比懸挑板式陽(yáng)臺(tái)安全，其考慮懸挑板式陽(yáng)臺(tái)，板上部受力縱筋在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，容易受到工人踩踏，從而導(dǎo)致受力鋼筋的截面有效高度降低，降低了構(gòu)件承載力，存在安全隱患，因此陽(yáng)臺(tái)設(shè)計(jì)往往采用懸挑梁式陽(yáng)臺(tái)。但如果采用預(yù)制懸挑梁式陽(yáng)臺(tái)，懸挑梁內(nèi)的鋼筋由預(yù)制構(gòu)件帶出，與懸挑梁連接的現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件縱筋現(xiàn)場(chǎng)先行綁扎完畢，則在懸挑梁與邊緣構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)處，邊緣構(gòu)件內(nèi)的水平環(huán)箍基本無(wú)操作空間，施工極其困難。而預(yù)制懸挑板式陽(yáng)臺(tái)，由于板上部受力鋼筋由預(yù)制帶出，則可以避免上部綱筋由于踩踏導(dǎo)致截面有效高度變低的情況，且施工簡(jiǎn)單迅速。裝配式建筑如采用預(yù)制陽(yáng)臺(tái)，建議選擇懸挑板式陽(yáng)臺(tái)。

圖3 預(yù)制懸挑板式陽(yáng)臺(tái)

4.2 疊合樓板對(duì)板厚的影響

預(yù)制疊合樓板由于其構(gòu)件加工成本低廉，預(yù)制部分可作為現(xiàn)澆鋼筋混凝土層的永久性模板，減少現(xiàn)場(chǎng)模板的優(yōu)勢(shì)，一般在預(yù)制構(gòu)件的選擇中優(yōu)先選用。為保證預(yù)制疊合樓板在脫模吊裝及運(yùn)輸過(guò)程中的剛度要求，一般板跨在4m 以內(nèi)，預(yù)制部分厚度為60mm；板跨4m 以上，建議預(yù)制部分厚度為70mm。而為保證在樓板現(xiàn)澆層內(nèi)的強(qiáng)弱電專業(yè)的線管走線空間要求，現(xiàn)澆部分的厚度要達(dá)到70mm 以上。因此，如采用預(yù)制疊合樓板，則此樓板厚度至少為130mm。

4.3 預(yù)制框架柱的影響

在裝配式框架項(xiàng)目中，預(yù)制框架柱的上下層縱筋一般采用灌漿套筒的連接方式，由于這種連接方式的特殊性，柱內(nèi)縱筋直徑不宜小于20mm，縱筋不可并筋（灌漿套筒無(wú)并筋連接形式），上下層同一定位處縱筋直徑變化只能相差一級(jí)，且只能上層柱縱筋直徑小于下層柱縱筋直徑（灌漿套筒連接鋼筋的直徑規(guī)格不應(yīng)大于灌漿套筒規(guī)定的連接鋼筋直徑規(guī)格，且不宜小于灌漿套筒規(guī)定的連接鋼筋直徑規(guī)格的一級(jí)以上）。

在梁柱節(jié)點(diǎn)處，柱內(nèi)鋼筋為避讓梁內(nèi)鋼筋，一般柱內(nèi)縱筋的間距控制在100mm以上為佳，縱筋的凈間距不應(yīng)小于50mm。因此，如果上下層間框架柱截面變化，建議每一邊收縮的長(zhǎng)度等于柱縱筋間距（大于等于100mm）；三面收柱的，盡可能控制在一邊或兩邊，且每邊收縮的長(zhǎng)度大于100mm。

框架柱縱筋配筋設(shè)計(jì)時(shí)，建議將同一位置處的縱筋不同層間直徑、間距盡可能歸并，如需改變縱筋直徑、間距，建議4～5層一變，這樣有利于提高設(shè)計(jì)、制作和施工效率，減少模具套數(shù)，降低成本。

由于預(yù)制框架柱縱筋采用灌漿套筒連接，灌漿套筒一般直徑較大，且其保護(hù)層厚度至少為20mm，則框架柱邊縱筋距邊定位一般在50mm以上，為了保證框架主梁縱筋與框架柱縱筋不碰撞，預(yù)制主梁邊不可與預(yù)制柱邊平，最好相差50mm。

4.4 預(yù)制梁的影響

預(yù)制框架結(jié)構(gòu)在梁平面布置時(shí)，建議兩方向的梁(即X,Y 方向的梁，此處不區(qū)分主次梁)，梁底高差在100mm以上，可有效避免梁底縱筋碰撞，降低施工難度。十字交叉布置的次梁，如采用預(yù)制則只可預(yù)制一個(gè)方向次梁，另一個(gè)方向的次梁現(xiàn)澆，從施工難度及經(jīng)濟(jì)性考慮，不如采用同一方向雙次梁的布置方案。

預(yù)制梁在配筋時(shí)，梁鋼筋間距宜控制在100mm以上，建議梁底采用大直徑鋼筋，減少鋼筋根數(shù)（300mm 寬梁，梁底單排縱筋最多3根），否則梁底鋼筋過(guò)密，很難避免預(yù)制柱縱筋與預(yù)制梁縱筋碰撞問題。在結(jié)構(gòu)受力允許條件下，梁縱筋第二排及以上的縱筋盡量不伸入支座，避免連接節(jié)點(diǎn)區(qū)域鋼筋過(guò)多造成鋼筋碰撞問題。

圖4 X、Y方向框架梁連接節(jié)點(diǎn)示意

圖5 主次梁連接節(jié)點(diǎn)示意

5 施工方面影響因素

5.1 構(gòu)件運(yùn)輸車的影響

預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸車輛體型較大，為保證運(yùn)輸車輛順利通行，施工現(xiàn)場(chǎng)的出入口寬度需滿足大型車輛轉(zhuǎn)彎進(jìn)出；運(yùn)輸?shù)缆穼挾纫话阈璐笥?m，可滿足2 輛大型車交會(huì)；道路轉(zhuǎn)彎半徑需要9m～10m，用以滿足大型車輛轉(zhuǎn)彎半徑的要求；道路地面需硬化或平鋪20mm厚鋼板。

施工總包應(yīng)根據(jù)要求結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)設(shè)計(jì)荷載以及施工荷載等，對(duì)車行道路及PC堆場(chǎng)涉及范圍內(nèi)的地庫(kù)頂板進(jìn)行加固，特別是車行線使用鋼管加密加固，所有排架鋼管待結(jié)構(gòu)封頂后拆除，并需編制地庫(kù)頂板加固方案。

5.2 塔吊選型的影響

預(yù)制裝配式建筑塔吊選型需考慮以下幾個(gè)方面：最重單體構(gòu)件；最大起重力矩構(gòu)件；標(biāo)準(zhǔn)層構(gòu)件數(shù)量；施工工期；塔吊基本參數(shù)的確定；塔吊安裝方式的確定；啟由高度的確定；周邊環(huán)境的影響；前期小塔吊（無(wú)PC）后期大塔吊（PC施工）公用基礎(chǔ)綜合考慮塔吊選型。經(jīng)過(guò)選型、比較，采用合適的塔吊，大臂長(zhǎng)度按照建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊點(diǎn)位置設(shè)計(jì)。在選型過(guò)程中應(yīng)結(jié)合構(gòu)件堆場(chǎng)、吊裝順序，塔吊性能，覆蓋范圍等綜合因素進(jìn)行選擇，選擇最佳經(jīng)濟(jì)實(shí)用型方案，在塔吊選型及布局設(shè)計(jì)完畢后，應(yīng)對(duì)所有構(gòu)件進(jìn)行起重力矩復(fù)核，確保所有預(yù)制構(gòu)件在塔吊起重能力范圍內(nèi)。

6 結(jié)束語(yǔ)

預(yù)制裝配式建筑在設(shè)計(jì)時(shí)，由于其自身加工工藝特點(diǎn)，與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)有很多區(qū)別，如能在項(xiàng)目的方案階段將這些區(qū)別因素考慮進(jìn)去，則可以大幅提高設(shè)計(jì)效率減少返工，同時(shí)也使整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性得以提高。預(yù)制裝配式建筑在設(shè)計(jì)前期仍需考慮施工方面的相關(guān)因素，如預(yù)制最重構(gòu)件及其位置對(duì)塔吊的影響等。綜上所述，預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)是涉及多專業(yè)的綜合設(shè)計(jì)，為了使項(xiàng)目更經(jīng)濟(jì)合理，需要各專業(yè)的共同配合努力。