超大體量裝配式預(yù)制陽臺(tái)施工關(guān)鍵技術(shù)

俞紅偉，郭輝文，吳 勇

(廣東中建新型建筑構(gòu)件有限公司，廣東 東莞 523000)

0 引言

超大體量裝配式預(yù)制陽臺(tái)(以下簡稱超大預(yù)制陽臺(tái))即同一建筑樓層相鄰戶型房間陽臺(tái)采用一體化預(yù)制成型，中間通過預(yù)制空調(diào)板或墻板隔離，功能可以同時(shí)滿足相鄰2個(gè)客廳的需求。預(yù)制陽臺(tái)具有結(jié)構(gòu)體系安全、生產(chǎn)集成度高、施工安裝方便、節(jié)能減排、工程質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)有效減少了預(yù)制構(gòu)件的拆分類型和數(shù)量，提高了預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)制作效率[1]。

超大預(yù)制陽臺(tái)施工關(guān)鍵技術(shù)研究應(yīng)用了預(yù)制陽臺(tái)懸挑梁筋碰撞避讓技術(shù)、與主體結(jié)構(gòu)連接技術(shù)、與預(yù)制空調(diào)墻板連接節(jié)點(diǎn)技術(shù)、鋼筋籠綁扎轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)、裝車運(yùn)輸技術(shù)、先裝法施工技術(shù)、后裝法施工技術(shù)以及基于ABAQUS有限元分析的質(zhì)量裂縫預(yù)防技術(shù)。

1 設(shè)計(jì)階段

1.1 預(yù)制陽臺(tái)懸挑梁筋碰撞避讓技術(shù)

超大預(yù)制陽臺(tái)懸挑梁與現(xiàn)澆剪力墻邊緣構(gòu)件錨固連接采用大直徑鋼筋，以項(xiàng)目實(shí)施常見的φ25mm預(yù)制陽臺(tái)梁筋，現(xiàn)澆剪力墻邊緣構(gòu)件200mm寬墻體為例，I類環(huán)境保護(hù)層厚度15mm，水平分布箍筋φ14mm，豎向鋼筋φ22mm，豎向鋼筋凈空距僅剩98mm(見圖1)，使用傳統(tǒng)的鋼筋搭接錨固設(shè)計(jì)。安裝中預(yù)制陽臺(tái)懸挑梁筋會(huì)與剪力墻豎向鋼筋或箍筋碰撞，因此預(yù)制陽臺(tái)懸挑梁錨固筋設(shè)計(jì)階段需要考慮碰撞避讓處理，碰撞避讓技術(shù)具體規(guī)則：①預(yù)制陽臺(tái)懸挑梁與剪力墻錨固連接，做向內(nèi)側(cè)折彎處理，避免碰撞剪力墻豎向鋼筋；②預(yù)制陽臺(tái)懸挑梁與現(xiàn)澆梁錨固連接，面筋做向內(nèi)和向下側(cè)折彎處理，避免碰撞現(xiàn)澆梁豎向分布箍筋和梁面筋，底筋做向內(nèi)和向上側(cè)折彎處理，避免碰撞現(xiàn)澆梁豎向分布箍筋和梁底筋。上述折彎避讓技術(shù)向各方向彎折距離不小于預(yù)制陽臺(tái)懸挑梁鋼筋直徑。

圖1 超大預(yù)制陽臺(tái)懸挑梁碰撞避讓節(jié)點(diǎn)

1.2 與主體結(jié)構(gòu)連接技術(shù)

超大預(yù)制陽臺(tái)與建筑主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋錨固連接，在兩側(cè)和中間懸挑梁位置預(yù)留外露鋼筋與剪力墻錨固連接，如中間懸挑梁位置無剪力墻需增加結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行錨固拉結(jié)，懸挑梁面筋錨固長度計(jì)算取1.1la，底筋錨固長度≥15d[2]。國家對公路貨車運(yùn)輸規(guī)定要求，車板寬度限值為2.5m，陽臺(tái)懸挑梁梁加鋼筋錨固長度若超出長度2.5m，可使用機(jī)械連接套筒(見圖2)，機(jī)械連接套筒選型參考JG J 107—2010《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》中Ⅰ級接頭的性能要求。

圖2 超大預(yù)制陽臺(tái)懸挑梁錨固節(jié)點(diǎn)

1.3 與預(yù)制空調(diào)墻板連接節(jié)點(diǎn)技術(shù)

超大預(yù)制陽臺(tái)與預(yù)制空調(diào)墻板連接采用上下承臺(tái)式連接，承臺(tái)水平截面設(shè)計(jì)參照空調(diào)墻板底部輪廓尺寸，高度參照陽臺(tái)外側(cè)邊梁高度；承臺(tái)與陽臺(tái)一體化預(yù)制，用于預(yù)制空調(diào)板安裝并形成結(jié)構(gòu)反坎，起到結(jié)構(gòu)防水作用；承臺(tái)內(nèi)側(cè)需要根據(jù)水電專業(yè)要求預(yù)埋落水管洞口和地漏，頂部參考超大預(yù)制陽臺(tái)中間軸線對稱預(yù)埋4個(gè)M20螺栓套筒用于預(yù)制陽臺(tái)吊裝，3個(gè)M20螺栓套筒用于預(yù)制空調(diào)墻板安裝前標(biāo)高調(diào)節(jié)，2個(gè)M14螺栓套筒用于安裝外露鋼筋與預(yù)制空調(diào)墻板底部灌漿套筒連接。此外承臺(tái)兩側(cè)預(yù)制空調(diào)墻板底部接觸的位置均預(yù)留缺口，并設(shè)計(jì)預(yù)埋M12螺栓套筒，安裝過程使用條形鋼板上下連接(見圖3)。預(yù)制空調(diào)墻板頂部預(yù)留凹槽，超大預(yù)制陽臺(tái)中間懸挑梁底部與該凹槽連接形成整體。

圖3 超大預(yù)制陽臺(tái)與預(yù)制空調(diào)墻板連接節(jié)點(diǎn)

2 生產(chǎn)運(yùn)輸階段

2.1 鋼筋籠綁扎轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)

超大預(yù)制陽臺(tái)鋼筋籠長5～7m，綁扎過程中需要使用T形架與方形架配合做支撐，T形架用于支撐懸挑梁與外側(cè)邊梁鋼筋骨架，方形架用于支撐陽臺(tái)板筋。懸挑梁鋼筋使用機(jī)械套筒與架構(gòu)主體現(xiàn)澆連接，車絲后需要使用潤滑油涂抹在絲口形成油膜保護(hù)層，并使用塑料膠帶紙纏繞保護(hù)。PC工廠車間內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)超大預(yù)制陽臺(tái)鋼筋需要使用平衡吊梁，吊鉤均安裝在懸挑梁上部鋼筋與豎向箍筋接觸的交叉位置，跨車間轉(zhuǎn)運(yùn)需要使用平板轉(zhuǎn)運(yùn)車，以預(yù)防鋼筋籠轉(zhuǎn)運(yùn)過程中出現(xiàn)變形和損壞。

2.2 模具與裝配式鋁模板配合關(guān)鍵技術(shù)

裝配式建筑實(shí)施通常與裝配式模板施工結(jié)合，國內(nèi)實(shí)施的裝配式項(xiàng)目模板多數(shù)采用鋁模板，鋁模板與預(yù)制部品部件均在工廠加工生產(chǎn)，2種裝配式部品部件運(yùn)輸至現(xiàn)場，安裝中接觸面存在尺寸配合問題，即超大預(yù)制陽臺(tái)懸挑梁寬度與鋁模板預(yù)留槽口需考慮配合尺寸公差，否則會(huì)造成現(xiàn)場預(yù)制陽臺(tái)安裝不到位或者嚴(yán)重漏漿。解決該問題采用的關(guān)鍵技術(shù)有2種：①鋁模板參照預(yù)制陽臺(tái)底部懸挑梁之間凈空尺寸和梁寬設(shè)計(jì)加工，預(yù)制陽臺(tái)模具設(shè)計(jì)加工時(shí)懸挑梁位兩側(cè)尺寸各縮小2～3mm，例如陽臺(tái)懸挑梁寬200mm，模具加工尺寸為196mm；②預(yù)制陽臺(tái)模具參照預(yù)制陽臺(tái)底部懸挑梁之間凈空尺寸和梁寬設(shè)計(jì)加工，鋁模板設(shè)計(jì)加工時(shí)懸挑梁之間凈空尺寸縮小4～5mm，梁位兩側(cè)尺寸各加大2～3mm。無論采用上述哪種方法，預(yù)制陽臺(tái)梁位尺寸縮小和加大應(yīng)嚴(yán)格控制在2～3mm，太小則預(yù)制陽臺(tái)安裝不到位，太大易造成模板封邊松弛漏漿。

2.3 裝車運(yùn)輸技術(shù)

超大預(yù)制陽臺(tái)吊裝需使用與陽臺(tái)同長的平衡吊架，平衡吊架與陽臺(tái)吊點(diǎn)之間采用起重量5t的手拉葫蘆連接，起吊前通過手拉葫蘆調(diào)節(jié)平衡架與吊點(diǎn)之間距離，保證各吊點(diǎn)受力均勻。裝車運(yùn)輸存放采用水平疊放方式，最高疊放2層，懸挑梁與外側(cè)邊梁底部使用木方柔性材料鋪墊，陽臺(tái)板下方使用專用可調(diào)節(jié)存放架支撐，存放架放置到位后調(diào)節(jié)螺栓使存放架受力頂住陽臺(tái)板，并使用3t拉力繃帶緊固在車板上，支撐架設(shè)計(jì)過程中與陽臺(tái)板接觸面在不阻礙運(yùn)輸存放前提下盡可能大。

3 安裝階段

3.1 測量放線

超大預(yù)制陽臺(tái)安裝根據(jù)現(xiàn)場施工流程的不同，分為先裝法施工和后裝法施工。陽臺(tái)運(yùn)輸至現(xiàn)場完成質(zhì)量驗(yàn)收后，由現(xiàn)場專業(yè)安裝工人參考軸線進(jìn)行測量放線[3]，以預(yù)制陽臺(tái)安裝室內(nèi)側(cè)軸線為基準(zhǔn)，向內(nèi)標(biāo)記300mm進(jìn)出控制線，以預(yù)制陽臺(tái)兩側(cè)軸線為基準(zhǔn)線，標(biāo)記200mm左右進(jìn)出控制線最外層軸線為參考線，如圖4所示。

圖4 超大預(yù)制陽臺(tái)安裝測量放線示意

3.2 先裝法施工技術(shù)

先裝法施工在N層完成樓板澆筑后，先安裝第N+1層超大預(yù)制陽臺(tái)與空調(diào)墻板，再綁扎墻筋安裝豎向預(yù)制構(gòu)件。先裝法采用腳手架搭建支撐體系，豎向鋼管以測量放線的左右控制線基準(zhǔn)，左右控制線基準(zhǔn)間距1 000mm，以進(jìn)出控制線為基準(zhǔn)，平行于控制線2排鋼管間距1 500mm，并使用斜向和水平方鋼管拉結(jié)加固；豎向鋼管頂部安裝標(biāo)高調(diào)節(jié)絲杠，絲杠頂端焊接U形托，U形托上方鋪墊截面100mm×50mm的方木，以超大預(yù)制陽臺(tái)中間懸挑梁所在軸線為基準(zhǔn)，位于左右兩側(cè)陽臺(tái)板居中位置安裝斜撐拉桿，并通過預(yù)埋的拉環(huán)使用鋼絲繩斜向拉緊支撐架。完成支撐體系框架搭建后，使用線錘以安裝測量放線的前后和左右進(jìn)出控制線為基準(zhǔn)進(jìn)行校正，并使用水平尺和絲杠配合，上下調(diào)整支撐體系整體水平位置。

支撐體系搭建完成由專人負(fù)責(zé)掛鉤指揮起重機(jī)起吊超大預(yù)制陽臺(tái)，陽臺(tái)起吊距離支撐體系頂部0.5m高時(shí)停止降落，安裝人員穩(wěn)住構(gòu)件參照墻頂垂直控制線，引導(dǎo)陽臺(tái)緩慢降落至支撐上方，人工牽引做局部微調(diào)，預(yù)制陽臺(tái)中間懸挑梁底部對準(zhǔn)空調(diào)墻板安裝位置緩慢下落至U形托墊木。先裝法施工超大預(yù)制陽臺(tái)垂直標(biāo)高調(diào)節(jié)使用支撐體系底部絲杠配合調(diào)整墊片，水平方向通過撬杠(使用角鐵保護(hù)構(gòu)件邊緣)配合起重機(jī)做輕微調(diào)整。

3.3 后裝法施工技術(shù)

后裝法施工在N層完成樓板澆筑后，先安裝豎向預(yù)制構(gòu)件后綁扎墻筋，再安裝第N+1層超大預(yù)制陽臺(tái)[4]。后裝法通常與裝配式鋁模體系配合，支撐體系由上下可調(diào)節(jié)獨(dú)立支撐桿件和頂部鋁模板組成，并將鋁模早拆技術(shù)引入陽臺(tái)安施工中[5]，支撐體系由3排進(jìn)出間距700mm，左右間距1 000mm的獨(dú)立支撐桿組成，支撐桿頂部與鋁模板連接。

后裝法施工前預(yù)制陽臺(tái)懸挑梁與現(xiàn)澆剪力墻或梁連接位置鋼筋已完成綁扎，安裝中先起吊預(yù)制陽臺(tái)移動(dòng)向室外側(cè)位置，控制懸挑梁外露錨固筋搭在現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)邊緣。起重機(jī)配合人工水平牽引緩慢移動(dòng)預(yù)制陽臺(tái)，待預(yù)制陽臺(tái)左右前后邊緣靠近進(jìn)出控制線后，緩慢下降落至鋁模板上，調(diào)節(jié)獨(dú)立支撐桿控制陽臺(tái)標(biāo)高，參考進(jìn)出和左右控制線，使用撬杠與角碼配合調(diào)整安裝位置。

4 基于ABAQUS有限元分析的裂縫預(yù)防技術(shù)

超大預(yù)制陽臺(tái)在項(xiàng)目施工應(yīng)用過程中，陽臺(tái)板下側(cè)靠近邊緣部分陰角頻發(fā)裂縫。通用有限元分析軟件ABAQUS6.14具有強(qiáng)大的非線性分析功能，利用其提供的混凝土塑性損傷模型，可較好地模擬混凝土復(fù)雜受力狀態(tài)下的力學(xué)性能[6]，用于計(jì)算超大預(yù)制陽臺(tái)在起吊存放運(yùn)輸過程中，因外界條件的干擾對產(chǎn)品本身產(chǎn)生的質(zhì)量問題。

使用ABAQUS模擬分析超大預(yù)制陽臺(tái)產(chǎn)生質(zhì)量裂縫時(shí)的應(yīng)力分布，監(jiān)測到當(dāng)超大預(yù)制陽臺(tái)支撐(見圖5)下方2個(gè)木方作用力達(dá)到9kN時(shí)，陽臺(tái)板底部與外側(cè)邊梁連接部位已經(jīng)出現(xiàn)受拉損傷和較大的拉應(yīng)力，主應(yīng)力已經(jīng)接近C30混凝土材料標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度2.01MPa。

圖5 超大預(yù)制陽臺(tái)堆放運(yùn)輸支撐點(diǎn)位示意

超大預(yù)制陽臺(tái)總重力約為52kN，因此當(dāng)支點(diǎn)木方反作用力達(dá)到陽臺(tái)重力的17.3%時(shí)，會(huì)對陽臺(tái)板根部造成損傷，根據(jù)模擬得到的板底支撐木方不利作用力加載底部受拉損傷云圖與實(shí)際開裂位置相吻合，結(jié)合實(shí)際支撐情況可作出相應(yīng)改進(jìn)，以解決現(xiàn)場出現(xiàn)的質(zhì)量裂縫問題。

根據(jù)圖紙吊鉤位置，對超大預(yù)制陽臺(tái)模型中吊點(diǎn)位置施加相應(yīng)邊界條件。采用ABAQUS軟件中靜力加載方式進(jìn)行重力加載，考慮吊裝工況下動(dòng)力沖擊作用較為不利，將沖擊系數(shù)取為3，分析構(gòu)件從0～3倍自重作用下陽臺(tái)受力變化。

經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)在荷載達(dá)到2.73倍自重時(shí)，陽臺(tái)右側(cè)板根部出現(xiàn)損傷，可以發(fā)現(xiàn)梁底靠近中部區(qū)域有較為明顯的應(yīng)力集中。

針對ABAQUS有限元軟件分析得出的結(jié)果，支撐架與陽臺(tái)板之間的接觸面積過小和陽臺(tái)板配筋間距過大是導(dǎo)致超大預(yù)制陽臺(tái)存在質(zhì)量裂縫的因素之一，吊裝中動(dòng)力沖擊作用較小。因此超大預(yù)制陽臺(tái)施工過程中需嚴(yán)格控制運(yùn)輸存放方式，增加支撐架與陽臺(tái)板之間接觸面，陽臺(tái)板配筋建議間距150mm。

5 結(jié)語

本文從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝及質(zhì)量預(yù)防方面著重介紹了超大體量裝配式預(yù)制陽臺(tái)施工關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)已在珠三角地區(qū)多個(gè)項(xiàng)目中成功應(yīng)用，對解決超大體量裝配式預(yù)制陽臺(tái)生產(chǎn)及安裝施工技術(shù)問題，提高預(yù)制陽臺(tái)工程質(zhì)量、提升裝配式建筑形象、縮短工期具有重要意義。