預(yù)制混凝土構(gòu)件在二次結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

肖 杰

湖南省沙坪建設(shè)有限公司 湖南 長沙 411008

在工廠或現(xiàn)場預(yù)先生產(chǎn)制作的混凝土構(gòu)件稱為預(yù)制混凝土構(gòu)件，將預(yù)制混凝土構(gòu)件通過可靠的連接方式裝配而成的混凝土結(jié)構(gòu)稱為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)具有經(jīng)濟、綠色、環(huán)保等特點，以裝配式混凝土結(jié)構(gòu)為代表的建筑業(yè)進入了一個快速發(fā)展的新時期，使我國住宅產(chǎn)業(yè)得到了全面提升，工業(yè)化進程快速增長，但與發(fā)達國家相比還有一定差距[1]。目前，國內(nèi)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程以預(yù)制外墻板、疊合樓板、預(yù)制樓梯和陽臺為主，預(yù)制混凝土構(gòu)件種類較少，預(yù)制率相對較低[2]。二次結(jié)構(gòu)需在主體結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件完工后、裝飾裝修施工前完成，施工成本高、耗時長、工程量大，施工質(zhì)量直接關(guān)系到人們的人身安全[3]。鑒于此，將二次結(jié)構(gòu)中的砌體或現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)優(yōu)化為預(yù)制混凝土構(gòu)件，以實現(xiàn)二次結(jié)構(gòu)的標準化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)和裝配化施工，在提升生產(chǎn)效率的同時，豐富預(yù)制混凝土構(gòu)件種類，提高建筑的預(yù)制率，實現(xiàn)經(jīng)濟、節(jié)能和環(huán)保的目標。

1 工程概況

某醫(yī)院新建住院大樓項目地處中心城區(qū)，總建筑面積75 210.47 m2，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地下2層，附樓為6層，主樓26層，建筑高度98.95 m。為優(yōu)化二次結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，在屋面煙道、窗臺洞口等部位開展預(yù)制混凝土構(gòu)件的應(yīng)用，以期在滿足二次結(jié)構(gòu)使用性能的同時，節(jié)約資源、降低環(huán)境污染，優(yōu)化施工成本。

2 預(yù)制屋面煙道

2.1 常規(guī)做法

高層建筑屋面煙道常規(guī)采用磚砌做法，傳統(tǒng)磚砌煙道的砌筑加抹灰施工周期較長，工序較復(fù)雜，勞動力投入大，其成形質(zhì)量受作業(yè)人員的技能水平和責(zé)任心等人為因素影響較大，且磚砌煙道成形后整體性較差，在后期使用過程中易發(fā)生漏水、漏煙等質(zhì)量問題。

2.2 構(gòu)件形式

將傳統(tǒng)屋面煙道優(yōu)化為屋面煙道筒體、蓋板等預(yù)制混凝土構(gòu)件（圖1），各構(gòu)件采用廢棄礦渣等原材料工廠化生產(chǎn)，外觀質(zhì)量達免抹灰標準。各預(yù)制屋面煙道構(gòu)件按煙道的設(shè)計尺寸參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點，并參考屋面結(jié)構(gòu)板和女兒墻進行配筋設(shè)計，以確定筒體和蓋板配筋的型號、位置、間距和數(shù)量等內(nèi)容，深化設(shè)計圖紙應(yīng)經(jīng)設(shè)計單位審核批準。

圖1 預(yù)制屋面煙道構(gòu)件

煙道筒體為薄壁空腔矩形結(jié)構(gòu)，筒體底部設(shè)20 mm深防水壓槽，筒體頂部四角預(yù)留4根φ12 mm鋼筋與煙道蓋板現(xiàn)澆混凝土連接，并預(yù)埋40 mmh 4 mm鍍鋅扁鋼作防雷用。煙道筒體內(nèi)置2個螺紋吊耳，運輸至現(xiàn)場后利用塔吊等已有起重機械配合專用吊具吊裝就位。

煙道筒體預(yù)留洞口處設(shè)置不少于400 mm的企口型防水翻邊（圖2），防水翻邊兼作煙道筒體基礎(chǔ)，防水翻邊同屋面結(jié)構(gòu)板配筋并與屋面板同步吊模施工。

圖2 煙道筒體基礎(chǔ)

煙道筒體位置與女兒墻相連接時，筒體側(cè)壁兼作女兒墻模板，煙道筒體上預(yù)留有植筋孔，采用φ12 mm鋼筋植入筒體不小于120 mm，所植鋼筋外露長度不小于700 mm，在筒體垂直方向間隔約300 mm布置（圖3），將煙道筒體與女兒墻連接形成整體結(jié)構(gòu)。

圖3 煙道與屋面女兒墻連接

煙道蓋板為中心向四周放坡結(jié)構(gòu)，中心洞口邊緣設(shè)置50 mm（寬）h 20 mm（高）凹槽用于成品風(fēng)帽安裝，蓋板下緣滴水線在工廠成形，蓋板對角線上設(shè)4個預(yù)留澆筑孔與筒體4根φ12 mm鋼筋現(xiàn)澆混凝土連接（圖4）。

圖4 煙道蓋板結(jié)構(gòu)

2.3 施工方法

煙道筒體和蓋板等預(yù)制混凝土構(gòu)件運輸至施工現(xiàn)場后，利用塔吊等已有起重機械吊裝安裝，構(gòu)件間通過企口坐漿或灌縫連接，實現(xiàn)了屋面煙道的裝配化施工。

首先用防水卷材對防水翻邊進行泛水處理，為防止陰角堆料和卷材開裂，卷材鋪設(shè)前用水泥砂漿處理成圓弧形狀。防水翻邊上設(shè)置約30 mm厚的1∶3防水砂漿，用于煙道筒體的坐漿（圖5），坐漿前先清理坐漿區(qū)域雜物，沿防水翻邊四周刷涂一圈同配比水泥漿，然后在企口上坐漿，坐漿必須足量、飽滿、密實，坐漿后10 min內(nèi)必須完成煙道筒體的安裝。

圖5 防水翻邊坐漿

坐漿后利用現(xiàn)場已有起重機械將筒體由臥式狀態(tài)緩慢轉(zhuǎn)換成直立狀態(tài)后安裝就位（圖6），吊裝過程中在筒體底部鋪墊方木以保護筒體邊角不受損壞。吊裝就位后依靠煙道筒體自重荷載實現(xiàn)固定，成形后采用防水砂漿找平，在筒體壓槽處施作防水砂漿層（圖7）。

圖6 筒體吊裝就位

圖7 筒體壓槽處防水砂漿層

2.4 實施效果

預(yù)制屋面煙道優(yōu)化了磚砌煙道的抹灰工序，實現(xiàn)了屋面煙道的裝配化施工，現(xiàn)場施工速率達8個/d，降低了施工成本，使用至今未發(fā)生漏煙、漏水等缺陷，滿足使用功能要求。

3 窗臺單元件

3.1 常規(guī)做法

高層建筑在完成施工物料的運送后，需將垂直運輸機械（施工電梯、物料提升機等）出入室內(nèi)的預(yù)留窗臺洞口封閉，常規(guī)的做法為磚砌墻體后進行內(nèi)、外抹灰，現(xiàn)場每層均需進行砌筑和抹灰等濕作業(yè)，現(xiàn)場作業(yè)周期長，生產(chǎn)效率較低，且易發(fā)生開裂漏水等質(zhì)量通病。

3.2 構(gòu)件形式

依據(jù)預(yù)留洞口尺寸將窗臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化為多個規(guī)格模數(shù)統(tǒng)一的標準化單元件（圖8），單元件內(nèi)配鋼筋骨架，泡沫混凝土在工廠生產(chǎn)，形成輕質(zhì)高強的預(yù)制構(gòu)件，外墻裝飾線條同單元件一次成形，窗臺洞口通過多個外形尺寸一致的單元件相互組合來實現(xiàn)洞口封閉（圖9）。

圖8 窗臺單元件

圖9 預(yù)留洞口封閉

單位件為板式結(jié)構(gòu)，單元件的尺寸根據(jù)建筑墻體尺寸、洞口大小和抗震設(shè)防烈度等因素確定。單元件頂部設(shè)120 mm高倒梯形壓頂凹槽，單元件底部設(shè)30 mm高梯形坐底凹槽（圖10）。壓頂凹槽內(nèi)澆筑混凝土形成壓頂梁，壓頂梁向外側(cè)找坡，坡度不小于5%，形成內(nèi)側(cè)高于外側(cè)20 mm的企口型窗臺。坐底凹槽安裝部位采用30 mm厚的1∶3防水砂漿坐底，安裝過程中設(shè)置墊塊保持坐漿厚度。

圖10 壓頂凹槽及坐底凹槽

單元件側(cè)向設(shè)90 mmh 30 mm的接縫凹槽，單元件內(nèi)等間距布置φ50 mm通孔（圖11），安裝過程中在接縫凹槽和通孔內(nèi)布設(shè)鋼筋，各單元件間以及單元件和建筑墻體間通過在接縫凹槽和通孔內(nèi)澆筑混凝土形成現(xiàn)澆構(gòu)造芯柱，各單元件通過現(xiàn)澆壓頂梁和構(gòu)造芯柱實現(xiàn)窗臺的封閉（圖12），在滿足構(gòu)造要求的同時，保證了窗臺安裝的整體性。

圖11 接縫凹槽及通孔

圖12 構(gòu)造芯柱和壓頂梁現(xiàn)澆混凝土

為便于吊運和安裝過程中操作的便利性，在單元件頂部采用未經(jīng)冷拉的熱軋φ10 mm光圓鋼筋制作吊環(huán)，吊環(huán)鋼筋通過裝飾線配筋和單元件網(wǎng)片筋連接（圖13）。

圖13 單元件吊環(huán)

3.3 施工方法

窗臺單元件在完成室內(nèi)施工材料的垂直運輸后，利用施工電梯等已有垂直運輸機械運送至各樓層安裝位置，由2名作業(yè)人員協(xié)同進行單元件的裝配化安裝。

首先按設(shè)計圖紙在預(yù)留洞口的接縫凹槽、通孔等需植筋部位彈線定位，鉆孔并清孔后注入強力膠，而后植設(shè)垂直定位鋼筋，強力膠固化達到設(shè)計強度要求后進行單元件底部坐漿。

坐漿前將預(yù)留洞口清理干凈，采用30 mm厚的1∶3防水砂漿坐底，并設(shè)置墊塊保持坐漿厚度，將單元件從上往下安裝，確保垂直定位鋼筋套入單元件接縫凹槽和通孔內(nèi)，坐漿后采用角鋼等臨時支撐穩(wěn)固單元件，防止單元件在后續(xù)施工過程中碰撞移位。

單元件就位后首先在壓頂凹槽內(nèi)植設(shè)錨入兩側(cè)墻體的壓頂梁鋼筋，靜置達到設(shè)計強度后在接縫凹槽和通孔內(nèi)中綁扎構(gòu)造芯柱鋼筋（圖14），之后澆筑C20細石混凝土，將單元件與建筑墻體連成整體，混凝土振搗密實后在單元件上口找不小于5%的坡，養(yǎng)護至設(shè)計強度。

圖14 單元件構(gòu)造芯柱鋼筋

最后在單元件間以及單元件和建筑墻體間的橫豎接縫進行抗裂塞縫處理，橫豎接縫表面抹不少于2道抗裂防水砂漿，以確保結(jié)構(gòu)的密封性，避免滲漏現(xiàn)象。

3.4 實施效果

新型預(yù)制件窗臺單元件質(zhì)量僅為80 kg/個，通過現(xiàn)場已有垂直運輸機械將單元件運送就位，只需2名作業(yè)人員進行安裝作業(yè)，施工效率是傳統(tǒng)磚砌結(jié)構(gòu)的3倍以上。

4 預(yù)制混凝土構(gòu)件應(yīng)用技術(shù)要求

預(yù)制混凝土構(gòu)件不能僅是砌體結(jié)構(gòu)的整合或是現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的拆分，要結(jié)合擬應(yīng)用構(gòu)造的結(jié)構(gòu)特點和連接方式深化設(shè)計預(yù)制混凝土構(gòu)件[4]。預(yù)制混凝土構(gòu)件應(yīng)能滿足建筑物的使用功能要求，在技術(shù)可行的前提下，提高施工生產(chǎn)效率，降低工程建造成本。

4.1 標準化設(shè)計

1）預(yù)制混凝土構(gòu)件應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限一致，并最大限度地簡化其結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)先選用平板型構(gòu)件以便于工業(yè)化生產(chǎn)，并實現(xiàn)構(gòu)件規(guī)格的模數(shù)統(tǒng)一。

2）不同樓層、部位的構(gòu)件做到通用，在節(jié)約工廠開模費用的同時，簡化現(xiàn)場施工工序。

3）構(gòu)件尺寸應(yīng)滿足市場運輸車輛裝載及道路通行的要求，構(gòu)件質(zhì)量應(yīng)輕量化，在滿足施工操作便利的同時，盡量利用現(xiàn)場已有的起重機械進行安裝，吊點處須錨固鋼筋加強。

4）構(gòu)件應(yīng)具有足夠的強度和耐久性，避免在運輸、安裝和使用過程中出現(xiàn)非正常破損。

4.2 工廠化生產(chǎn)

1）預(yù)制混凝土構(gòu)件依據(jù)經(jīng)設(shè)計單位審批確認的深化設(shè)計圖紙，由具備相應(yīng)資質(zhì)的專業(yè)預(yù)制構(gòu)件廠生產(chǎn)制作。

2）模板是保證預(yù)制構(gòu)件加工尺寸和外觀質(zhì)量的關(guān)鍵，預(yù)制構(gòu)件宜優(yōu)先采用定制鋼模以實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，內(nèi)模側(cè)刷涂脫模劑以便于脫模，最終達到清水混凝土免抹灰裝飾效果。

3）嚴格按深化設(shè)計確定的鋼筋品種、規(guī)格和尺寸進行鋼筋綁扎，預(yù)埋件同步安裝就位。

4）振搗頻率和時間應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的體積、質(zhì)量經(jīng)試驗確定，混凝土蒸汽養(yǎng)護過程中應(yīng)嚴控溫度變化，構(gòu)件達到設(shè)計強度后方可用專用吊具吊裝。

5）脫模成形后，按項目名稱、樓棟和軸線位置編號，制作涵蓋構(gòu)件尺寸、質(zhì)量、吊點數(shù)量和位置等內(nèi)容的產(chǎn)品信息二維碼，作為構(gòu)件唯一性標識編碼，以便于現(xiàn)場按需取用。

4.3 裝配化施工

1）有效可靠的連接是實現(xiàn)預(yù)制混凝構(gòu)件使用功能的重要保障，預(yù)制混凝土構(gòu)件可通過灌漿或者后澆混凝土等方式濕連接，連接節(jié)點常采用企口、平口等方式。

2）重點做好新舊混凝土交接處的節(jié)點處理，結(jié)合面疏松部分混凝土應(yīng)剔除并清理干凈。

3）構(gòu)件的吊裝是保證施工質(zhì)量與安全的關(guān)鍵工序，施工平面布置中的起重機械選型應(yīng)滿足預(yù)制混凝土構(gòu)件的吊裝需求。

4）吊具根據(jù)構(gòu)件形狀、尺寸及質(zhì)量等參數(shù)配置，現(xiàn)場吊裝前復(fù)核圖紙，確認各構(gòu)件安裝位置，并檢查鋼絲繩等吊裝用具的完整性。吊裝時先將預(yù)制構(gòu)件提升300 mm左右試吊，確認吊具安全且構(gòu)件平穩(wěn)后，方可緩慢提升構(gòu)件。

5）轉(zhuǎn)運、吊裝過程中避免磕碰損壞構(gòu)件邊角，施工物料不得支撐、壓放或斜靠在構(gòu)件上，當現(xiàn)場交叉施工現(xiàn)澆混凝土?xí)r，應(yīng)防止預(yù)制構(gòu)件表面被污染。

5 結(jié)語

預(yù)制屋面煙道、窗臺單元件等新型預(yù)制混凝土構(gòu)件在二次結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)砌筑或現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)勞動力需求高、施工周期長、經(jīng)濟性不佳等問題，降低了工程施工成本，符合國家節(jié)能環(huán)保要求。此外，在二次結(jié)構(gòu)中應(yīng)用標準化的預(yù)制混凝土構(gòu)件，可大大擴展預(yù)制混凝土構(gòu)件的應(yīng)用范圍，提升裝配式建筑的預(yù)制率，供類似工程參考。