百年宅項(xiàng)目裝配式建筑構(gòu)件深化設(shè)計(jì)與施工組織研究*

尚曉華，方召欣，強(qiáng) 峰，仵蒼峰，邵凱華，王成龍

(1.山東魯能亙富開發(fā)有限公司，山東 濟(jì)南 250000； 2.煙臺(tái)大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005)

0 引言

裝配式建筑[1-2]相比傳統(tǒng)建筑，能大大減少現(xiàn)場濕作業(yè)、噪聲、粉塵污染等，具有節(jié)能環(huán)保特性，同時(shí)可緩解勞動(dòng)力短缺現(xiàn)象。2020年7月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等十三部委在《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》中指出：要加快建筑工業(yè)化升級(jí)，大力發(fā)展裝配式建筑。裝配式結(jié)構(gòu)在國外及我國港澳等地已得到廣泛應(yīng)用，施工速度快、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益好，是新興綠色環(huán)保節(jié)能型建筑結(jié)構(gòu)。目前習(xí)慣沿用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)工程的思維方式管理裝配式建筑，導(dǎo)致裝配式結(jié)構(gòu)工程實(shí)施質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)等效益難以體現(xiàn)[4]。本文以百年宅項(xiàng)目為例，由項(xiàng)目建設(shè)視角探討裝配式建筑施工組織。

1 百年宅項(xiàng)目概況

百年宅項(xiàng)目位于山東省濟(jì)南市，總建筑面積18.83萬m2，采用桁架疊合樓板、預(yù)制樓梯及ALC板等構(gòu)件。主體產(chǎn)業(yè)化采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，外圍護(hù)采用裝配式ALC外墻板與內(nèi)保溫集成系統(tǒng)，內(nèi)裝產(chǎn)業(yè)化采用主體和管線分離的SI集成技術(shù)體系。

從該項(xiàng)目建設(shè)角度出發(fā)分析施工優(yōu)勢(shì)、設(shè)計(jì)、施工、成本和工期等因素，探討裝配式建筑施工組織。

2 裝配式建筑施工優(yōu)勢(shì)

1)精益化程度高 裝配式建筑在工廠采用機(jī)械化生產(chǎn)，精度高，提高生產(chǎn)效率，減少現(xiàn)場人員投入。同時(shí)還以精益建造實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈工業(yè)化，促進(jìn)綠色發(fā)展。以填充墻垂直度為例，傳統(tǒng)砌筑控制誤差為8mm，而ALC墻體可控制在3mm。

2)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著 施工現(xiàn)場減少勞動(dòng)力投入、減少污染等。

3)綠色節(jié)能 據(jù)相關(guān)資料不完全統(tǒng)計(jì)，裝配式建筑工業(yè)化生產(chǎn)比傳統(tǒng)建筑每平方米水耗降低64.75%，能耗降低37.15%，人工減少47.35%，垃圾減少58.89%，污水減少64.75%，對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、改善人居環(huán)境都具有重要意義[5]。

4)提高材料利用率 如現(xiàn)場使用混凝土，裝配式建筑混凝土損耗為1.0%，而傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土損耗達(dá)2.5%。

3 裝配式建筑構(gòu)件深化設(shè)計(jì)與施工

以疊合樓板及ALC板為例，介紹項(xiàng)目在深化設(shè)計(jì)及施工時(shí)的注意事項(xiàng)[6-9]。

3.1 疊合樓板深化設(shè)計(jì)與施工

疊合樓板標(biāo)準(zhǔn)層厚130mm(60mm預(yù)制+70mm現(xiàn)澆)，局部大跨板厚150mm(60mm預(yù)制+90mm現(xiàn)澆)，屋面層厚160mm(60mm預(yù)制+100mm現(xiàn)澆)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，結(jié)合面做成≥4mm的人工粗糙面，粗糙面面積不小于結(jié)合面的80%。疊合樓板在深化設(shè)計(jì)及施工時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

1)疊合樓板后澆帶搭接范圍內(nèi)需放置≥3根、直徑比同方向預(yù)制板底筋大一級(jí)的通長鋼筋，且相互搭接的縱筋與橫向鋼筋每個(gè)交叉點(diǎn)均應(yīng)進(jìn)行綁扎，接縫處鋼筋搭接長度≥280mm(見圖1)。

圖1 疊合板接縫構(gòu)造

2)設(shè)有暗梁的部位，如圖2所示，此區(qū)域應(yīng)彎折板底筋，處理措施如下：①方案1 按結(jié)構(gòu)圖施工，疊合板預(yù)制廠家將預(yù)制板底筋按1∶6彎折，需注意預(yù)制板伸出筋，根據(jù)預(yù)制板伸出筋位置，放置梁箍筋，避免鋼筋碰撞；②方案2 不彎折預(yù)制板底筋，暗梁內(nèi)箍筋錯(cuò)開預(yù)制板底筋放置。

圖2 暗梁部位示意

3)室內(nèi)輕質(zhì)隔墻處，板筋加強(qiáng)筋可置于底筋上，需預(yù)留疊合板預(yù)制構(gòu)件，或?qū)⒓訌?qiáng)筋置于預(yù)制板上，不預(yù)留構(gòu)件，進(jìn)行現(xiàn)場處理。

4)放置屋面層疊合板板底附加筋時(shí)，屋面層砌塊墻下板內(nèi)附加鋼筋放置在100mm厚后澆疊合層內(nèi)，如圖3所示。

圖3 砌塊墻下板內(nèi)附加筋

5)該項(xiàng)目疊合樓板施工重點(diǎn)在于控制板厚及平整度，常見問題如下：①疊合樓板在安裝過程中，易擠壓兩側(cè)模板使之傾斜，導(dǎo)致過洞口處平整度較差；②由于疊合板厚度不一、結(jié)合面不平，不適合采用放置混凝土塊、插釬等方法控制板厚。解決辦法如下：①控制過口平整度和樓板厚度，在疊合板吊裝和墻體模板安裝完成后，由總承包和監(jiān)理單位先后組織檢查，保證誤差控制在0～3mm，同時(shí)檢查模板支撐體系和穩(wěn)定性，保證過口平整度和樓板厚度符合要求；②實(shí)施數(shù)據(jù)可視化管理，將不合格點(diǎn)記錄在工程管理軟件中，及時(shí)匯總和分析不合格點(diǎn)，同時(shí)整改不合格分項(xiàng)，合格后進(jìn)行下道工序。安裝過程中，若疊合板預(yù)留錨筋不能按照設(shè)計(jì)要求位置安放，將影響構(gòu)件受力，給施工質(zhì)量及結(jié)構(gòu)安全帶來隱患。可先不綁扎框架梁上部鋼筋，采用臨時(shí)固定的方式形成框架梁鋼筋骨架，預(yù)留錨筋與梁主筋沖突時(shí)，調(diào)整梁上部鋼筋，待疊合樓板安裝完成后，再統(tǒng)一綁扎上部鋼筋。

6)預(yù)制疊合樓板缺邊、掉角、斷裂、彎曲等問題較常見，缺邊掉角導(dǎo)致平整度較差，接縫線條不順直。構(gòu)件斷裂影響結(jié)構(gòu)安全，存在隱患。解決措施如下：①進(jìn)行源頭把關(guān)，確保養(yǎng)護(hù)到位；②構(gòu)件進(jìn)場前與廠家提前溝通，按照施工次序優(yōu)化構(gòu)件裝車順序，做到先用的構(gòu)件放在上方，后用的構(gòu)件置于下方，便于存放管理，避免現(xiàn)場二次倒運(yùn)，減少磕碰、掉角；③構(gòu)件存放時(shí)，上下兩塊構(gòu)件墊木應(yīng)上下對(duì)應(yīng)，且墊木規(guī)格統(tǒng)一，避免構(gòu)件出現(xiàn)翹板現(xiàn)象。

7)疊合板構(gòu)件吊裝速度慢，找板浪費(fèi)時(shí)間。按照以下流程對(duì)疊合板編排運(yùn)輸編碼：先鋪無現(xiàn)澆板帶區(qū)域，先低后高、先邊后中；再鋪現(xiàn)澆板帶區(qū)域，先鋪梁兩邊后中間；最后鋪降板區(qū)域。

8)工期整體控制難度較大。預(yù)制構(gòu)件塔式起重機(jī)占用率較高，疊合板等裝配構(gòu)件吊裝與主體施工鋼筋等原材吊裝時(shí)間沖突，且剪力墻和梁需現(xiàn)澆，加之疊合板驗(yàn)收、工人裝配熟練程度等問題，導(dǎo)致裝配式住宅不好控制工期。應(yīng)合理安排疊合板等裝配構(gòu)件進(jìn)場時(shí)間，避開塔式起重機(jī)忙碌時(shí)間,并加強(qiáng)班組培訓(xùn)，形成固定班組施工人員，在保證施工質(zhì)量的前提下，加快施工進(jìn)度。

9)為避免現(xiàn)澆板帶處鋼筋搭接長度不足或出筋長度過大，在滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)現(xiàn)澆板帶鋼筋比板帶寬度小10cm；加強(qiáng)勞務(wù)班組現(xiàn)場定位，防止積累定位偏差；加強(qiáng)與疊合板廠家的溝通，要求廠家派駐技術(shù)人員協(xié)助管理。

10)桁架疊合樓板與現(xiàn)澆梁交接處，由于胡子筋需進(jìn)梁5d且過梁中線，同時(shí)部分結(jié)構(gòu)梁腰筋導(dǎo)致無法安裝直徑200mm的套管。此時(shí)應(yīng)優(yōu)化施工次序，如綁扎梁筋骨架時(shí)，將套管按照定位同步放置，且留置梁一側(cè)模板，待套管由梁側(cè)放置后再封閉模板。

11)滿堂架上滿鋪或鋪部分梁邊板帶，在疊合板邊四周貼膠帶，可有效防止結(jié)構(gòu)梁在澆筑過程中的變形移位，同時(shí)防止水泥砂漿沿模板與疊合板底的縫隙流到樓板底部。疊合板與現(xiàn)澆梁交接處，疊合板應(yīng)壓進(jìn)梁10mm，以保證梁板交接處結(jié)構(gòu)受力及美觀。

3.2 ALC板深化設(shè)計(jì)與施工

該項(xiàng)目地上部分采用200mm厚ALC外墻板，分戶墻采用200mm厚ALC內(nèi)墻板，外露梁柱包覆及裝飾采用50mm厚ALC藝術(shù)板，造型腰線采用同尺寸的ALC角材。節(jié)點(diǎn)采用抗震ADR工法，可抵御一定程度地震破壞(見圖4)。深化設(shè)計(jì)及施工應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

圖4 固定節(jié)點(diǎn)(ADR工法)

3.2.1板材固定及開槽

1)因ALC板材質(zhì)問題，不能直接持力固定太陽能集熱器，應(yīng)在太陽能集熱器挑板兩端，且在結(jié)構(gòu)梁范圍設(shè)置構(gòu)造柱及圈梁。

2)墻板開槽時(shí)應(yīng)沿板的縱向切槽，深度≤1/3板厚。當(dāng)必須沿板橫向切槽時(shí)，外墻板槽長≤1/2板寬，槽深≤20mm，槽寬≤30mm，內(nèi)墻板槽深≤1/3板厚。

3.2.2板縫處理

1)板與板間的縫隙 ①板材預(yù)制時(shí)，板企口采用TU槽(凹凸槽)，安裝時(shí)凸槽凸出的直角部分外側(cè)掛漿，與凹槽自然靠攏后用力擠漿，使對(duì)好的板縫擠出漿液；②在板材對(duì)接處設(shè)置凹陷面，槽寬50mm，深5mm，在預(yù)留抗裂槽部位掛網(wǎng)格布，有效防止墻板自身干燥收縮造成的墻面局部開裂，增強(qiáng)板材防裂性能，墻面板帶凹槽，避免鋪貼的玻璃纖維網(wǎng)格布高出板面，提高墻板平整度。

2)板與梁柱間的縫隙 板材與梁柱交接處，因板材已留設(shè)50mm寬防裂槽，因此梁柱也應(yīng)留設(shè)防裂槽。同時(shí)墻板和主體結(jié)構(gòu)間宜采用柔性連接，中間使用彈性材料嵌縫(如發(fā)泡劑等)，有防火要求時(shí)應(yīng)采用巖棉或玻璃棉等防火材料。

3)板與地面、樓層頂板和衛(wèi)生間反坎間的縫隙 板與衛(wèi)生間反坎接觸面縫隙的外層需用防裂砂漿填塞，并在外層掛網(wǎng)格布防止裂紋。板與樓層頂板間的板縫采用內(nèi)嵌木楔臨時(shí)固定，然后使用水泥砂漿塞實(shí)。

4)水電管線開槽和開孔縫隙 板材內(nèi)置鋼筋網(wǎng)片，強(qiáng)度大，可開槽走管線、放開關(guān)盒等。但開設(shè)管線和孔后，必須采用專用黏結(jié)砂漿或抗裂砂漿填縫，并掛200mm寬抗裂網(wǎng)格布。

3.2.3施工重難點(diǎn)

1)ALC板垂直運(yùn)輸 ALC板垂直運(yùn)輸一般需借助室外施工電梯，但ALC板大批量進(jìn)場穿插施工時(shí)，部分樓座常因車庫進(jìn)度導(dǎo)致不能及時(shí)安裝室外電梯，由此制約ALC板垂直運(yùn)輸。應(yīng)提前規(guī)劃室外電梯布置，可保留卸料平臺(tái)錨固件，必要時(shí)借助主體施工卸料平臺(tái)，使用塔式起重機(jī)進(jìn)行吊裝。

2)ALC板易開裂 ALC墻板在蒸壓養(yǎng)護(hù)過程中，板材內(nèi)部受蒸汽影響，含水率約為35%，若直接安裝墻板會(huì)引起墻體較大變形，造成墻體開裂。ALC墻板生產(chǎn)要求墻板出爐后靜置≥28d，需提前排產(chǎn)并有序堆放。

3)中角鋼與ALC板間縫隙較多 應(yīng)使用注膠方式填實(shí)空腔后用專用密封膠封口。

4)須滿足外墻防水要求 外墻底部澆筑200mm厚混凝土反坎，并于主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)一次澆筑成型。施工完角鋼后，進(jìn)行2cm厚坐漿，保證ALC墻板底部平整。ALC板需提前排版，便于統(tǒng)計(jì)下單，減少切割工作量，加快施工進(jìn)度，減少開裂風(fēng)險(xiǎn)，避免出現(xiàn)小板。

4 裝配構(gòu)件成本

將裝配構(gòu)件與傳統(tǒng)項(xiàng)目做法進(jìn)行對(duì)比，因2個(gè)項(xiàng)目開竣工時(shí)間有所差異，為具有對(duì)比性，技術(shù)指標(biāo)采用項(xiàng)目各自的指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)采用同一時(shí)間的價(jià)格：①樓板 裝配式做法采用60mm厚現(xiàn)澆+70mm厚預(yù)制板，為241元/m2；傳統(tǒng)做法采用110mm/120mm厚現(xiàn)澆混凝土板，為153元/m2，差額為88元/m2；②外墻 裝配式做法采用200mm/150mm/100mm厚ALC板+混凝土墻柱，為176元/m2；傳統(tǒng)做法采用混凝土短支剪力墻+200mm/300mm/100mm厚輕質(zhì)砌塊墻，為116元/m2，差額為60元/m2；③內(nèi)隔墻 裝配式做法采用200mm/100mmALC板+100mm厚輕鋼龍骨石膏板隔墻，為408元/m2；傳統(tǒng)做法采用混凝土短支剪力墻+200mm/100mm厚輕質(zhì)砌塊墻，為158元/m2，差額為250元/m2；④樓梯 裝配式做法采用預(yù)制混凝土樓梯、現(xiàn)澆混凝土平臺(tái)，為16元/m2；傳統(tǒng)做法采用現(xiàn)澆混凝土樓梯、現(xiàn)澆混凝土平臺(tái)，為6元/m2，差額為10元/m2；⑤整體衛(wèi)浴 裝配式做法采用SMC/彩鋼板材質(zhì)整體衛(wèi)浴，為99元/m2；傳統(tǒng)做法采用墻地面瓷磚+鋁板吊頂，為75元/m2，差額為24元/m2；⑥地暖 裝配式做法成本為114元/m2，傳統(tǒng)做法成本為100元/m2，差額為14元/m2。

裝配建筑比傳統(tǒng)建筑造價(jià)高出446元/m2，主要原因如下[10]：①裝配式建筑施工工藝雖然在人工方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但國內(nèi)市場的人工成本仍然較低，導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)并不明顯；②預(yù)制廠家生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件需單獨(dú)定制模具，同時(shí)需采用高精度控制設(shè)備及新型材料，額外產(chǎn)生較大的費(fèi)用，此外運(yùn)輸、養(yǎng)護(hù)等工藝均需投資；③二者涵蓋人工費(fèi)、材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)及運(yùn)輸費(fèi)等，傳統(tǒng)施工主要在現(xiàn)場進(jìn)行整體澆筑，施工技術(shù)成熟，市場已經(jīng)規(guī)模化和標(biāo)準(zhǔn)化，各種費(fèi)用相對(duì)透明和固定。

裝配式建筑雖在綜合成本上不占優(yōu)勢(shì)，但調(diào)查發(fā)現(xiàn)，某市50歲及以上工人占比37%，40～49歲工人占比27.8%，30～39歲工人占比24.5%，30歲以下工人僅有10.7%，因此建筑業(yè)青年力量后繼不足，建筑業(yè)人工成本未來一段時(shí)間大幅提升已成必然趨勢(shì)，裝配式建筑人工成本優(yōu)勢(shì)將逐漸顯現(xiàn)。

5 裝配式建筑施工工期

該項(xiàng)目主體施工標(biāo)準(zhǔn)層普遍比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)工期增加2d，因?yàn)榀B合樓板裝配構(gòu)件核心工藝主要在于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝、濕法作業(yè)等，任何步驟出現(xiàn)偏差均影響工期[11]，如表1所示。

表1 疊合板施工工期分析

通過分析表1可知，該項(xiàng)目影響工期的因素在于供貨、構(gòu)件缺陷、管理等方面，其中供貨是由市場供需關(guān)系決定，非人為可控，現(xiàn)場施工前應(yīng)排定計(jì)劃，提前聯(lián)系構(gòu)件廠家進(jìn)行排產(chǎn)，從預(yù)制構(gòu)件廠家源頭控制質(zhì)量，同時(shí)加強(qiáng)管理，不斷糾偏加以改正。二次結(jié)構(gòu)采用ALC板，施工工期為5m3/d，而傳統(tǒng)砌筑為2m3/d，施工速度大大提升。

6 結(jié)語

1)裝配式建筑精益化程度高，可提高材料利用率，節(jié)能環(huán)保，節(jié)約勞動(dòng)力。

2)疊合樓板施工重難點(diǎn)在于節(jié)點(diǎn)連接及細(xì)部構(gòu)造，ALC板施工重難點(diǎn)主要是板材固定及板縫防滲漏處理，探索研究不同裝配構(gòu)件的特點(diǎn)，對(duì)推廣裝配式建筑應(yīng)用具有重要意義。

3)裝配式建筑相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系，在綜合成本上不占優(yōu)勢(shì)，但通過分析某市勞務(wù)工人不同年齡段的比例，推斷未來一段時(shí)間裝配式建筑人工成本優(yōu)勢(shì)將逐漸顯現(xiàn)。

4)裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)層工期比傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑增加2d，隨著裝配式構(gòu)件相關(guān)管理問題的解決，主體結(jié)構(gòu)工期優(yōu)勢(shì)將逐漸顯現(xiàn)。ALC板材施工速度是傳統(tǒng)砌筑的2.5倍，二次結(jié)構(gòu)施工周期大大縮短。

本文從項(xiàng)目建設(shè)角度出發(fā)，對(duì)設(shè)計(jì)、施工、成本等方面進(jìn)行探討分析，雖取得一定成果，但存在地域局限性，未在全國范圍內(nèi)展開討論分析。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等勢(shì)必與建筑進(jìn)行更深層次的融合，帶動(dòng)裝配式建筑在技術(shù)層面拓展。隨著EPC總承包管理模式的推廣，在此模式下完成預(yù)制裝配式建筑工程管理，將對(duì)工程管理人員提出更高的要求和挑戰(zhàn)。