裝配式建筑預(yù)制陽臺精確安裝控制措施分析

安騰飛，張 偉

（華中科技大學土木與水利工程學院，湖北 武漢 430074）

0 引言

2016 年 9 月國務(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》（國發(fā)辦〔2016〕71 號）［1］，我國裝配式建筑發(fā)展出現(xiàn)新的機遇，裝配式建筑在新建建筑中所占比例不斷攀升，顯著提高了建筑行業(yè)的建造水平。2020 年 12 月全國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)工作會議提出，2021 年加快發(fā)展“中國建造”，推動建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，完善裝配式建筑標準體系，推動裝配式建筑全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，進一步提高裝配式建筑在新建建筑中的比例。

裝配式建筑相較于傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工具有節(jié)能、環(huán)保、施工效率高等優(yōu)勢，在國家及各省市地區(qū)政策的指引下，裝配式建筑必然成為當今建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢。但在裝配式建筑蓬勃發(fā)展的同時，也產(chǎn)生了較多問題，如建筑整體性、構(gòu)件節(jié)點的穩(wěn)定性、安裝精確度、防水性等質(zhì)量問題以及施工組織管理體系不健全、預(yù)制構(gòu)件造價成本高等限制其進一步發(fā)展的問題。本文就裝配式預(yù)制陽臺安裝精確性及其穩(wěn)定性進行探討，分析其安裝施工過程存在的問題，提出改進措施并總結(jié)。

1 裝配式預(yù)制陽臺簡介

裝配式預(yù)制陽臺是裝配式預(yù)制構(gòu)件中的重要組成部分，主要由預(yù)制陽臺底板、陽臺底梁與側(cè)梁、陽臺前欄板和兩個側(cè)欄板及欄桿等部分構(gòu)成。

預(yù)制陽臺按構(gòu)件型式分類包括全預(yù)制梁式陽臺、全預(yù)制板式陽臺和半預(yù)制（疊合板）式陽臺。全預(yù)制陽臺按照承重方式可分為全預(yù)制梁式陽臺和全預(yù)制板式陽臺。

全預(yù)制梁式陽臺是指將陽臺板及其上的荷載通過挑梁傳遞到主體結(jié)構(gòu)的預(yù)制梁、預(yù)制墻體、預(yù)制柱等結(jié)構(gòu)上，一般將底梁與側(cè)梁同主體結(jié)構(gòu)的圈梁等綁扎并焊接后進行現(xiàn)澆處理。全預(yù)制板式陽臺在其根部與主體結(jié)構(gòu)的預(yù)制梁、疊合板等現(xiàn)澆在一起，預(yù)制陽臺板及其上的荷載通過懸挑板傳遞到主體結(jié)構(gòu)的梁板上。半預(yù)制陽臺也稱疊合板式預(yù)制陽臺，該類型陽臺板，底板厚度設(shè)計較小，底梁布置僅做連接功能，預(yù)制底板僅做支撐作用，生產(chǎn)時按設(shè)計要求設(shè)計一定數(shù)量的外露分布鋼筋，在預(yù)制陽臺吊裝完成后，在陽臺底板上按設(shè)計要求布置受力筋，而后進行現(xiàn)澆。

本文主要對目前裝配式建筑領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的懸挑全預(yù)制梁式陽臺板進行分析。

2 裝配式預(yù)制陽臺安裝現(xiàn)狀

預(yù)制陽臺板不同于預(yù)制樓板、預(yù)制梁、預(yù)制柱等標準構(gòu)件，作為大中型異型 PC（Precast Concrete，混凝土預(yù)制件）構(gòu)件，預(yù)制陽臺吊裝時容易因吊點設(shè)置不合理造成偏心起吊，嚴重時可致使預(yù)制陽臺板損壞，因此其起吊應(yīng)當提前進行力學分析設(shè)置合理的起吊點，并且設(shè)計專用吊具，如平衡架、吊梁等以此保持起吊的平衡，防止傾覆［2］。

2.1 安裝前期準備

進行吊裝前技術(shù)準備，對陽臺安裝所需設(shè)備、材料進行檢查，保證設(shè)備穩(wěn)定運行、安裝所需材料符合設(shè)計標準。在此基礎(chǔ)上，進行安裝前準備，施工人員在預(yù)制陽臺板及外墻板頂面或疊合樓板上彈出陽臺板外挑尺寸控制線及兩側(cè)邊線，校核標高；鑿出并調(diào)直陽臺邊梁內(nèi)及走道板內(nèi)的預(yù)埋環(huán)筋；測出預(yù)制陽臺內(nèi)邊控制線，根據(jù)設(shè)計布置支撐體系。

2.2 預(yù)制陽臺安裝過程

在前序工作完畢后，開始進行預(yù)制陽臺板的安裝。安裝過程主要分為坐漿、吊裝、焊接、現(xiàn)澆混凝土、構(gòu)件安裝質(zhì)量驗收等步驟。安裝流程如圖 1 所示。

圖1 預(yù)制陽臺安裝流程

1）在預(yù)制陽臺吊裝前對陽臺板與墻體及疊合板接觸部分按設(shè)計要求澆筑素水泥漿，保證陽臺板與墻體及疊合板緊密貼合，嚴絲合縫。

2）吊裝是預(yù)制陽臺板安裝過程中最關(guān)鍵的步驟之一。由于陽臺板形狀不規(guī)則，且懸挑結(jié)構(gòu)安裝精度、防水要求高，所以安裝難度較大。吊裝過程可簡單分為安裝吊具、起吊調(diào)平、陽臺板靜停、陽臺板落位、校核、取鉤等。

3）在預(yù)制陽臺板就位后，將陽臺底梁與測量外伸筋同圈梁進行綁扎并進行焊接，待焊接及綁扎完成，將陽臺側(cè)梁伸入疊合板或預(yù)制墻內(nèi)部分同圈梁進行混凝土澆筑。上述工序完成后，對安裝質(zhì)量進行檢驗，檢查陽臺板安裝標高是否正確，預(yù)留洞口、預(yù)埋線盒位置是否正確，陽臺板下與外墻板頂部的拼縫寬度是否在設(shè)計范圍內(nèi)，檢查陽臺板底與支撐工字木是否有縫隙。

3 預(yù)制陽臺安裝問題總結(jié)

陽臺板作為懸挑結(jié)構(gòu)，外露于主體建筑，十分容易出現(xiàn)裂縫、漏水、保溫隔熱等質(zhì)量問題。這些質(zhì)量問題主要源于設(shè)計缺陷、安裝施工失誤等，主要分為以下幾種問題：吊裝操作不當導(dǎo)致預(yù)制陽臺破損；陽臺與主體建筑整體性差，現(xiàn)澆部分產(chǎn)生裂縫；陽臺與墻體或疊合板連接處對接不準，產(chǎn)生縫隙，造成漏水。

1）吊裝操作不當導(dǎo)致預(yù)制陽臺破損。安裝施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，突發(fā)情況難以準確估計，使得構(gòu)件吊裝時極易發(fā)生碰撞，導(dǎo)致磕碰嚴重、缺棱掉角。預(yù)制陽臺作為異型構(gòu)件，吊點及數(shù)量的設(shè)置不當容易造成偏心起吊，致使陽臺板受損，這些吊裝過程的失誤，不僅影響陽臺安裝的后續(xù)工程，而且會對陽臺板安裝產(chǎn)生質(zhì)量安全隱患，容易出現(xiàn)斷裂、漏水等問題，使建筑壽命降低。

2）陽臺與主體建筑整體性差。懸挑陽臺由于陽臺主體與預(yù)制墻體或疊合板連接處分離，進行后澆處理，導(dǎo)致整體性較差，同時懸挑結(jié)構(gòu)在其尾端會產(chǎn)生較大傾覆力矩，如果陽臺外伸側(cè)梁及底梁布置不當，不能滿足設(shè)計要求，進而導(dǎo)致使用過程中后澆部分容易產(chǎn)生裂縫，嚴重時甚至會出現(xiàn)安全問題。

3）安裝精度不夠，造成安裝位置偏差。預(yù)制陽臺落位后，連接處安裝偏離設(shè)計位置，最終導(dǎo)致預(yù)制陽臺與墻體或疊合板之間存在縫隙，致使建筑出現(xiàn)防水、隔熱等質(zhì)量問題。具體成因如陽臺豎向支撐標高存在誤差導(dǎo)致陽臺各處豎向標高不同；構(gòu)件落位處位置偏離設(shè)計要求，固定時產(chǎn)生偏差；陽臺外伸筋與箍筋綁扎較松，現(xiàn)澆振搗時造成預(yù)制陽臺水平方向滑移等。

4 提高預(yù)制陽臺安裝精確性及質(zhì)量

4.1 保證陽臺板質(zhì)量

PC 構(gòu)件的質(zhì)量直接影響工程的質(zhì)量，保證預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量貫穿于整個生產(chǎn)安裝過程，包括構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸、安放、吊裝、施工等。

作為異型構(gòu)件，預(yù)制陽臺設(shè)計、生產(chǎn)難度均高于預(yù)制墻體等標準構(gòu)件，因此在預(yù)制陽臺設(shè)計、定制生產(chǎn)環(huán)節(jié)，應(yīng)充分把握材料性能與質(zhì)量指標，保證構(gòu)件出廠時符合質(zhì)量要求。同時，預(yù)制陽臺由于結(jié)構(gòu)方面的特性，在運輸、場內(nèi)放置時要充分考慮放置對預(yù)制陽臺進行保護的方案，防止構(gòu)件損壞或其形狀、性能發(fā)生變化。

在預(yù)制陽臺吊裝階段，應(yīng)充分驗證相關(guān)工藝技術(shù)，對工程所使用的各種預(yù)制陽臺進行分類，根據(jù)施工設(shè)計要求，編制吊裝專項方案，選用適當型號的吊裝機械，布置合理位置及數(shù)量的吊點，保證預(yù)制陽臺起吊過程的平穩(wěn)，防止產(chǎn)生吊點破損、混凝土剝落等質(zhì)量問題。在吊裝操作前應(yīng)檢查提升梁下預(yù)留孔洞的尺寸和位置，起吊過程中也不能和墻板之間有碰撞，以免破壞構(gòu)件影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量［3］。

4.2 提高節(jié)點連接處結(jié)構(gòu)強度及整體穩(wěn)定性

預(yù)制陽臺通過外伸側(cè)梁及底梁與主體結(jié)構(gòu)相連，形成懸臂結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有預(yù)制梁式陽臺普遍存在與主體結(jié)構(gòu)連接時強度較低、整體性較差的問題。

由于全預(yù)制陽臺在與墻體或疊合板連接時強度較低、整體性差，為減少預(yù)制陽臺裂縫、下沉等情況產(chǎn)生，可將全預(yù)制陽臺改用半預(yù)制陽臺，即疊合板式陽臺。預(yù)制底板僅做支撐作用，生產(chǎn)時按設(shè)計要求設(shè)計一定數(shù)量的外露分布鋼筋。在吊裝就位后，在陽臺底板上按施工設(shè)計布置一定數(shù)量受力鋼筋，其遠離陽臺板一端與預(yù)制框架梁綁扎，隨后進行現(xiàn)澆，使預(yù)制陽臺板、預(yù)制框架梁和預(yù)應(yīng)力板通過陽臺現(xiàn)澆疊合層澆筑成一體，如圖 2 所示。此種預(yù)制陽臺省去了底板受力筋，使生產(chǎn)、運輸、吊裝過程大大簡便，并且提高預(yù)制陽臺板與建筑整體性，一定程度上提高了建筑物的抗震性能。

圖2 帶疊合層的預(yù)制陽臺板

在提高預(yù)制陽臺整體性及連接強度方面，也有其他改進措施，較為普遍使用的如在預(yù)制陽臺緊貼預(yù)制墻體或疊合板的端面設(shè)置剪力鍵槽。在預(yù)制陽臺就位后，對其進行現(xiàn)澆混凝土，隨即形成剪力鍵，一方面提高預(yù)制梁式陽臺與其他預(yù)制構(gòu)件之間的連接強度，另一方面能提高陽臺梁的抗剪能力［4］。

4.3 保證預(yù)制陽臺準確就位

預(yù)制陽臺在吊裝落位后由于操作員不可避免的誤差以及工作失誤時常導(dǎo)致預(yù)制陽臺最終位置與設(shè)計產(chǎn)生誤差，或水平偏移，或豎向偏移，造成漏水、開裂等質(zhì)量問題。在豎向定位中，傳統(tǒng)預(yù)制陽臺安裝會在吊裝前預(yù)先布置豎向支撐體系，該豎向支撐坐落于下一層（已安裝）陽臺上，該支撐既能起到陽臺支撐作用，也能保證上下安裝位置一致，減小豎向誤差，如圖 3 所示。該支撐體系存在的問題是，由于裝配式建筑施工速度較快，且預(yù)制陽臺結(jié)構(gòu)的特殊性使得該構(gòu)件安裝后需要較長時間進行養(yǎng)護，如果支撐體系坐落于下層陽臺，使下層陽臺承受一定重量，可能會導(dǎo)致下層陽臺結(jié)構(gòu)發(fā)生形變、現(xiàn)澆時產(chǎn)生裂縫等質(zhì)量問題。

圖3 傳統(tǒng)支撐體系

基于此種情況，可將豎向支撐改為斜支撐，即在預(yù)制墻體上預(yù)先安裝斜向支撐，同時為了保證陽臺安裝位置與設(shè)計相符及下層陽臺位置一致，可以預(yù)先安裝定位板及定位片，將其限制在同一位置，保證兩相鄰兩層陽臺位置一致，如圖 4 所示。

圖4 改進后支撐及定位裝置

在水平方向，由于在預(yù)制陽臺就位后，現(xiàn)澆部分需要對混凝土進行振搗，導(dǎo)致水平方向發(fā)生位移，造成上下層預(yù)制陽臺板錯位。就此問題，可以在構(gòu)件生產(chǎn)時，在預(yù)制陽臺與疊合板相接側(cè)預(yù)先安裝對稱的加固用暗螺母，在吊裝就位后，將其通過剛性連接件和限位螺栓連接，起到水平方向約束［5］，如圖 5 所示。

圖5 水平向約束

4.4 創(chuàng)新設(shè)計及智能化設(shè)備引用

4.4.1 創(chuàng)新設(shè)計

在提高預(yù)制陽臺與預(yù)制墻體或疊合板整體連接強度上，可以進行創(chuàng)新設(shè)計，如裝配式混凝土嵌入式預(yù)制陽臺［6］，通過設(shè)計將預(yù)制陽臺板的部分彎矩分給預(yù)制墻體和預(yù)制柱，在陽臺靠近墻體端面設(shè)置相鄰高度不同的兩個豎向混凝土結(jié)構(gòu)，在柱或墻體上預(yù)留相應(yīng)的豎向條形槽，安裝時將其嵌套進去，并采用水泥砂漿密封，如圖 6 所示。該結(jié)構(gòu)的好處是通過陽臺板及其一體的豎向混凝土結(jié)構(gòu)與預(yù)制墻體上的條形槽嵌套在一起，大大提升了結(jié)構(gòu)整體性及陽臺承載力。

圖6 裝配式混凝土嵌入式預(yù)制陽臺

4.4.2 結(jié)合信息管理系統(tǒng)與智能終端相結(jié)合

近年來，BIM（建筑信息模型）越來越多地被應(yīng)用于建筑設(shè)計中，BIM 技術(shù)憑借其可視化、數(shù)字化等優(yōu)勢在工程設(shè)計、施工和運維管理中被廣泛運用［7］。將 BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑也得到了充分的研究與發(fā)展。一方面，通過 BIM 結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)，搭建智能建造管理系統(tǒng)成為可能；另一方面，隨著人工成本、質(zhì)量要求、施工效率等要求的逐步提升，通過智能建造終端設(shè)備結(jié)合智能建造管理系統(tǒng)打造無人化智能施工平臺已成為建筑行業(yè)未來發(fā)展的趨勢。目前已經(jīng)初步得到應(yīng)用的有 Hadrian109 砌筑機器人，某公司研制的室內(nèi)噴涂機器人、地磚鋪貼機器人、墻磚鋪貼機器人等，如圖 7、圖 8 所示。

圖7 砌筑機器人

圖8 建筑機器人

目前建筑機器人在裝配式建筑領(lǐng)域主要應(yīng)用于預(yù)制構(gòu)件、構(gòu)件模板的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而現(xiàn)場裝配環(huán)節(jié)智能化水平較低，當前針對預(yù)制構(gòu)件安裝定位的智能化設(shè)備也較少。筆者認為，利用機器視覺、WSN、RFID 標簽等技術(shù)實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的輔助定位，結(jié)合 BIM+ 物聯(lián)網(wǎng)智能建造系統(tǒng)打造智能操作終端——裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件精確定位機器人，該機器人可以應(yīng)用于預(yù)制剪力墻、預(yù)制柱等構(gòu)件的安裝定位工作中。

由于預(yù)制陽臺安裝工作面的限制，可在預(yù)制陽臺底板上安裝兩只構(gòu)件定位機械臂，其上均安裝工業(yè)攝像頭，利用兩個視覺調(diào)整機械臂前段的工業(yè)攝像頭組成雙目系統(tǒng)，通過獲取的位置圖像將信息反饋到數(shù)據(jù)處理平臺，平臺對構(gòu)件位置進行檢驗將數(shù)據(jù)處理信息反饋到構(gòu)件吊裝設(shè)備，進而對預(yù)制陽臺的位置進行調(diào)整，實現(xiàn)精確安裝，提高預(yù)制陽臺安裝的自動化程度和精度。

5 結(jié)語

預(yù)制陽臺板是裝配式預(yù)制構(gòu)件中少有的異型構(gòu)件。由于其外形、結(jié)構(gòu)及安裝位置的特殊性，如何確保其安裝質(zhì)量顯得格外重要。本文重點分析了目前裝配式建筑領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的全預(yù)制梁式陽臺板，從整個安裝流程出發(fā)，通過構(gòu)件質(zhì)量、結(jié)構(gòu)設(shè)計、精確吊裝與施工三個角度指出目前預(yù)制陽臺較為常見的問題并提出相關(guān)的改進措施，以提高預(yù)制裝配式建筑安裝質(zhì)量。Q