協(xié)同建筑外觀的裝配式異形預(yù)制空調(diào)板一體化設(shè)計(jì)

劉津成 王黎 黃澤

(華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司)

裝配式建筑從2016 年國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》以來(lái)，發(fā)展勢(shì)頭高漲，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛[1-2]。廣東省政府要求在2025 年年底之前，裝配式建筑占新建建筑面積比例達(dá)到30%以上，其中政府投資工程裝配式建筑面積占比需達(dá)到50%以上；另外從2020 年起廣州市要求在政府投資大中型建筑工程中全面實(shí)施裝配式建筑。

在裝配式建筑不斷發(fā)展的進(jìn)程中，裝配式設(shè)計(jì)需與不同的建筑方案及結(jié)構(gòu)方案產(chǎn)生更高的協(xié)同性。通過分析實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用的裝配式異形預(yù)制空調(diào)板，總結(jié)設(shè)計(jì)過程中各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，為同類型的項(xiàng)目提供參考。

1 工程概況

本項(xiàng)目位于廣東省廣州市?？傆玫孛娣e約45209m2，總建筑面積52010m2（計(jì)容面積42096.73m2，地下室面積9913.27m2）。本項(xiàng)目教學(xué)實(shí)驗(yàn)樓采用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建造方式，根據(jù)《裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51129-2017），本項(xiàng)目裝配率＞50%，認(rèn)定為基本級(jí)裝配式建筑，并符合標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理的工業(yè)化建筑基本特征。

2 裝配式建筑方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

由于本項(xiàng)目裝配式要求為廣東省省標(biāo)的基本級(jí)，所以裝配率只需滿足50%即可。根據(jù)本項(xiàng)目的基本特點(diǎn)，水平構(gòu)件采用預(yù)制疊合板+預(yù)制空調(diào)板兩種構(gòu)件。

2.1 原始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于建筑造型的需求，本項(xiàng)目大部分墻身需采用雙層飄板設(shè)計(jì)，按照結(jié)構(gòu)專業(yè)的設(shè)計(jì)要求，采用圖2 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。如按傳統(tǒng)項(xiàng)目中設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的做法實(shí)施，由于施工支模的局限性，設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)中雙層飄板需要分批澆筑：首先進(jìn)行下部的飄板施工，待混凝土具有足夠的強(qiáng)度后，對(duì)上層的飄板進(jìn)行支模施工及構(gòu)件澆筑。待混凝土分部分項(xiàng)完成后才能進(jìn)行施工工序的第三項(xiàng)分項(xiàng)，砌筑中部的砌體，最終達(dá)到建筑的造型要求。

傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)做法受限于復(fù)雜的造型要求，導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)施工工序繁多。各種交錯(cuò)施工工藝依次施工嚴(yán)重限制著施工主體的施工速度。因此在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，結(jié)構(gòu)及裝配式專業(yè)經(jīng)過多次碰撞與溝通，將該節(jié)點(diǎn)做成預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)。采用預(yù)制的形式將工序繁多的問題進(jìn)行集中處理，把影響項(xiàng)目施工過程中的困難因素轉(zhuǎn)化在預(yù)制工廠中預(yù)制實(shí)施，保證項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的施工速度，有效保證了施工工期。

2.2 裝配式異形預(yù)制空調(diào)板的拆分設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段的裝配式項(xiàng)目，預(yù)制空調(diào)板的拆分設(shè)計(jì)一般采用《預(yù)制鋼筋混凝土陽(yáng)臺(tái)板、空調(diào)板及女兒墻》（15G 368-1）中的做法，將雙層空調(diào)板拆分成單片的預(yù)制空調(diào)板構(gòu)件。但該做法存在施工工序上的困難，上層預(yù)制空調(diào)板的支撐需要在下層空調(diào)板完成安裝后方可施工。因此主體結(jié)構(gòu)的施工工期會(huì)有所增加，同時(shí)預(yù)制構(gòu)件的數(shù)量也較多，不符合裝配式建筑設(shè)計(jì)工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化的初衷。

本項(xiàng)目將上下兩部分的空調(diào)板以及中間因建筑造型要求而砌筑的砌體三者合并，組成一種協(xié)同建筑外觀的裝配式異形預(yù)制空調(diào)板。該構(gòu)件在建筑專業(yè)中可滿足建筑專業(yè)對(duì)主體外觀的要求；而在結(jié)構(gòu)以及裝配式專業(yè)中，將三個(gè)分部的施工工序組合成一個(gè)預(yù)制構(gòu)件。該做法充分發(fā)揮裝配式建筑的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，減少施工工序，加快了施工速度，同時(shí)降低了建造成本。

⑴剖面節(jié)點(diǎn)拆分。預(yù)制構(gòu)件的拆分設(shè)計(jì)過程中特別要注意構(gòu)件之間的鋼筋碰撞問題。本項(xiàng)目預(yù)制空調(diào)板在水平連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，預(yù)制構(gòu)件上部采用鋼筋直錨，下部采用單層鋼筋彎錨設(shè)計(jì)。預(yù)制構(gòu)件上部采用直錨的主要原因是需要避讓現(xiàn)澆梁的受力縱筋，預(yù)制構(gòu)件下部飄板在飄板上層采用單層鋼筋彎錨設(shè)計(jì)，可以避讓現(xiàn)澆梁的受力底筋。該做法保證了預(yù)制構(gòu)件在吊裝階段到安裝固定后的階段均可合理與現(xiàn)澆梁鋼筋進(jìn)行避讓，并合理發(fā)揮連接作用。圖1 為裝配式異形預(yù)制空調(diào)板三維模型示意圖。

圖1 裝配式異形預(yù)制空調(diào)板三維模型示意圖

⑵標(biāo)準(zhǔn)化平面拆分及水平連接節(jié)點(diǎn)做法。裝配式異形預(yù)制空調(diào)板合理的拆分區(qū)間長(zhǎng)度可按3～4m 設(shè)計(jì)，拆分時(shí)綜合考慮項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)塔吊布置位置以及塔吊型號(hào)，從而保證預(yù)制構(gòu)件的吊裝可行性。本項(xiàng)目采用的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件拆分長(zhǎng)度為3m，標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件體積為0.486m3，預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量為1.27t。

預(yù)制構(gòu)件的水平連接節(jié)點(diǎn)參考預(yù)制疊合板整體式連接節(jié)點(diǎn)，預(yù)制構(gòu)件之間采用300mm 的后澆帶后澆連接[3]，同時(shí)伸出鋼筋滿足規(guī)范及圖集相關(guān)要求，保證成型后的構(gòu)件的連續(xù)性。圖2 為裝配式異形預(yù)制空調(diào)板平面連接模型圖。

圖2 裝配式異形預(yù)制空調(diào)板平面連接模型

3 裝配式異形預(yù)制空調(diào)板的吊裝受力分析

3.1 預(yù)制空調(diào)板吊點(diǎn)布置

本項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件采用四個(gè)吊點(diǎn)布置，對(duì)于長(zhǎng)軸方向吊點(diǎn)計(jì)算，在構(gòu)件產(chǎn)生的正彎矩和負(fù)彎矩相等時(shí)，構(gòu)件的受力先對(duì)相對(duì)較均勻，構(gòu)件配置的鋼筋也最為經(jīng)濟(jì)[4]。

3.2 預(yù)制空調(diào)板有限元受力分析

本項(xiàng)目構(gòu)件采用有限元分析程式Abaqus 軟件對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行仿真模擬分析，得到構(gòu)件在吊裝過程中構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力分布情況，以此檢核吊點(diǎn)分布設(shè)計(jì)的合理性。經(jīng)模擬分析，本項(xiàng)目構(gòu)件的4 個(gè)吊點(diǎn)分布位置分布較為合理，構(gòu)件受力可滿足吊裝要求。

圖3 裝配式異形預(yù)制空調(diào)板有限元受力分析

4 裝配式異形預(yù)制空調(diào)板的吊裝施工

4.1 裝配式異形預(yù)制空調(diào)板的施工輔助措施

由于預(yù)制構(gòu)件中部為空腔設(shè)計(jì)主要功能有兩個(gè)：一是建筑專業(yè)僅需外部的凸線造型，所以中部無(wú)需進(jìn)行填實(shí)處理，可以為結(jié)構(gòu)專業(yè)減少荷載；二是節(jié)省材料用量，降低造價(jià)成本。

在原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)中，該區(qū)域做法需分三部工序施工，工序繁瑣。優(yōu)化后的預(yù)制裝配式節(jié)點(diǎn)需在預(yù)制構(gòu)件內(nèi)側(cè)放置用于隔擋梁構(gòu)件混凝土的模板。預(yù)制構(gòu)件完成生產(chǎn)后，需要在構(gòu)件的空腔內(nèi)側(cè)以及構(gòu)件的端部預(yù)先安裝部分施工輔助模板：主要包括空腔內(nèi)側(cè)與梁連接的模板以及預(yù)制構(gòu)件之間的連接節(jié)點(diǎn)的模板。這兩部分的模板均應(yīng)在施工吊裝作業(yè)之前完成安裝，并進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方案用于吊裝施工。裝配式異形預(yù)制空調(diào)板施工輔助布置如圖4 所示。

圖4 裝配式異形預(yù)制空調(diào)板施工輔助布置

4.2 裝配式異形預(yù)制空調(diào)板的吊裝施工

異形預(yù)制空調(diào)板吊裝施工工序安排在現(xiàn)澆梁鋼筋籠綁扎完成之后。本項(xiàng)目預(yù)制空調(diào)板構(gòu)件需在底部布設(shè)滿足施工荷載要求的支模體系。同時(shí)由于預(yù)制空調(diào)板存在偏心，所以采用專用的平衡架對(duì)構(gòu)件進(jìn)行起吊。

預(yù)制構(gòu)件施工吊裝按施工實(shí)施方案的順序依次吊裝，安裝固定前一個(gè)預(yù)制構(gòu)件之后，方可吊裝后一個(gè)預(yù)制構(gòu)件，相鄰位置的前后兩個(gè)預(yù)制構(gòu)件之間的連接部位中預(yù)留的模板需要對(duì)齊兩側(cè)的預(yù)制構(gòu)件，調(diào)整完成之后進(jìn)行填縫處理，防止?jié)仓r(shí)出現(xiàn)漏漿問題。

預(yù)制構(gòu)件完成吊裝后，在預(yù)制構(gòu)件之間的連接節(jié)點(diǎn)部位外側(cè)進(jìn)行封模，最后對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體澆筑。裝配式異形預(yù)制空調(diào)板施工安裝示意圖如圖5 所示。

圖5 配式異形預(yù)制空調(diào)板施工安裝

5 結(jié)語(yǔ)

裝配式建筑發(fā)展的重要意義之一就是通過標(biāo)準(zhǔn)化、集成化的設(shè)計(jì)及高效化的施工實(shí)現(xiàn)提升建筑施工速度及質(zhì)量的目標(biāo)。本項(xiàng)目采用協(xié)同建筑外觀的裝配式異形預(yù)制空調(diào)板一體化設(shè)計(jì)，優(yōu)化了設(shè)計(jì)及施工過程的復(fù)雜繁瑣工序，系統(tǒng)性地把原本需要三項(xiàng)分部施工的工序，優(yōu)化為一項(xiàng)施工工序，加快施工速度的同時(shí)降低施工難度，真正做到利用裝配式建筑技術(shù)推進(jìn)建筑工程的正向發(fā)展，提高了生產(chǎn)及環(huán)境效益。