建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造技術(shù)應(yīng)用分析

馮 彥

在現(xiàn)階段的城市建設(shè)中，建筑高度和規(guī)模不斷擴大，施工難度和復(fù)雜性也大大提升，對建筑施工技術(shù)提出了更高的要求。不僅需要滿足相關(guān)的質(zhì)量要求，還應(yīng)在施工效率、經(jīng)濟以及環(huán)保等方面得到進一步提升。而裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)既能夠促進施工進度和質(zhì)量的提升，還可以提高經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)保效益。因此，現(xiàn)階段必須重視對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計和建造技術(shù)的分析研究，不斷優(yōu)化完善結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高施工技術(shù)水平，有效促進建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 裝配式混凝土建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

1.1 結(jié)構(gòu)布置要點

在裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，最為關(guān)鍵的就是做好豎向和平面的結(jié)構(gòu)布置。在具體結(jié)構(gòu)布置中需要遵循“受力明確、傳力直接、規(guī)整標(biāo)準(zhǔn)”的原則。豎向構(gòu)件必須達(dá)到既定的剛度、穩(wěn)定性、承載力等相關(guān)要求，并且要提升豎向結(jié)構(gòu)的整體抗傾覆能力，避免豎向構(gòu)件在投入使用后，由于水平作用力產(chǎn)生拉應(yīng)力而降低豎向結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[1]。同時還應(yīng)做好豎向構(gòu)件的截面變化控制，盡可能減小截面在豎直方向的變化，通過提升混凝土強度的方法來達(dá)到軸壓比等指標(biāo)要求，這樣可以有效減少構(gòu)件的大尺寸變化，進而減少疊合樓板類型。對于平面梁，在進行設(shè)置時需要減少次梁的設(shè)置，盡可能采用大板，長度和寬度需要分別大于6 600 mm 和1 200 mm，混凝土梁截面也需要嚴(yán)格控制尺寸，從而降低疊合梁預(yù)制成本。

1.2 結(jié)構(gòu)計算要點

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計與現(xiàn)澆混凝土基本相同。在進行結(jié)構(gòu)計算時，需要從承載力和正常使用極限方面入手來開展準(zhǔn)確計算，多采用PKPM、YJK 和MIDAS 等軟件。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的計算參數(shù)，如周期折減系數(shù)、梁剛度放大系數(shù)等都與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相一致。但是在混凝土結(jié)構(gòu)抗震等級方面，裝配式結(jié)構(gòu)的劃分高度相對較低。由于在具體施工中可能會存在各種不同的要求和工程地質(zhì)情況，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須從實際入手，合理根據(jù)相關(guān)參數(shù)進行計算[2]。除此之外，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中經(jīng)常會出現(xiàn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件間的受力極其復(fù)雜，此時通過補充驗算，如彈性時程分析、節(jié)點有限元分析等對構(gòu)件受力情況進行進一步的計算分析。

1.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計要點

對于地下室、框架、轉(zhuǎn)換層以及剪力墻等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中對其進行現(xiàn)澆化處理，同時還需要圍繞裝配式建筑的實際施工流程，從預(yù)制、調(diào)運等環(huán)節(jié)入手進行驗算計算。此外，為了進一步提升節(jié)點連接可靠性，縮減節(jié)點連接所需鋼筋，在構(gòu)件預(yù)制時，除了需要縮減截面尺寸，還要使用大直徑鋼筋。預(yù)制墻板在豎直方向的拼縫必須避開邊緣構(gòu)件，以免影響結(jié)構(gòu)連接效果。同時對于預(yù)制疊合板，在拆分時為了統(tǒng)一疊合板尺寸，需要做好拼縫后膠帶的合理調(diào)整。

最后，對于單個預(yù)制構(gòu)件的拆分重量，在具體設(shè)置時需要結(jié)合現(xiàn)場吊裝能力來進行確定?？傊谠O(shè)計預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)時，既需要從結(jié)構(gòu)自身的受力情況來進行科學(xué)計算，又要從經(jīng)濟性、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、可操作性等其他方面綜合考慮。

1.4 構(gòu)件連接設(shè)計要點

構(gòu)件連接設(shè)計與裝配式建筑各構(gòu)件之間能否達(dá)到預(yù)期的整體性，和受力平衡密切相關(guān)。只有確保連接設(shè)計的科學(xué)合理，各構(gòu)件之間才能夠正常進行應(yīng)力的傳遞，使建筑整體具備足夠的強度和抗震性能?；炷翗?gòu)件連接方法包括干式和濕式，后者在當(dāng)下施工中得到了廣泛應(yīng)用，其利用套筒、焊接等方式與鋼筋進行連接，再將混凝土灌入其中，從而形成穩(wěn)固的混凝土結(jié)構(gòu)。

連接設(shè)計的重點在于合理進行連接位置和節(jié)點的確定[3]。連接位置應(yīng)綜合考慮受力和施工可操作性，選擇集中受力較小、施工難度較低的位置。此外，為了使連接節(jié)點的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到提升，節(jié)點結(jié)合面要進行糙化處理，預(yù)留相應(yīng)的鍵槽或者進行鑿毛處理等。需要注意的是，二次澆筑混凝土強度應(yīng)高于原構(gòu)件混凝土的強度，以此獲得良好的加固連接效果?，F(xiàn)階段，裝配式構(gòu)件連接方式很多，不同方式的適用范圍和優(yōu)缺點都存在差異，因此在具體裝配式建筑設(shè)計時，必須結(jié)合工程具體情況合理選擇構(gòu)件節(jié)點，確保達(dá)成強節(jié)點弱構(gòu)件的目的。

2 框架剪力墻結(jié)構(gòu)在裝配式建筑工程中的具體應(yīng)用

2.1 工程概況

某建筑項目整體采用裝配式應(yīng)力混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地上9 層，地下1層，總建筑面積為8 000 m2。項目主體結(jié)構(gòu)±0.000 以下采用現(xiàn)澆形式。

2.2 節(jié)點連接深化設(shè)計

2.2.1 難點分析

（1）在設(shè)計梁柱節(jié)點時，節(jié)點核心區(qū)中梁柱交叉縱筋的數(shù)量非常多，所以鋼筋布設(shè)連接的難度很大，特別是在本次工程項目建設(shè)中，預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿過預(yù)制主梁，致使預(yù)制梁柱的安裝施工效率非常低，難以達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)化操作，同時混凝土澆筑的質(zhì)量也無法得到全面保障。

（2）因為工程項目采用框架預(yù)制、剪力墻現(xiàn)澆的施工方式，所以在進行節(jié)點深化時，要做好預(yù)制柱、剪力墻鋼筋、構(gòu)建連接等方面施工方案的合理設(shè)計。

（3）預(yù)制主梁選擇通過后張預(yù)應(yīng)力筋連接，柱端部錨具的設(shè)計應(yīng)該綜合考慮柱縱向鋼筋的設(shè)計情況，二者保持匹配。

2.2.2 實施方案

為了對上述難點問題進行有效處理，文章采用了下述的技術(shù)方案。首先，為了確保預(yù)制梁施工進度計劃目標(biāo)順利完成，加快施工效率，工程采用直螺紋套筒和灌漿套筒結(jié)合的方式，這樣就可以減少梁柱節(jié)點核心區(qū)鋼筋的設(shè)置量，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化施工要求。其次，為了提高預(yù)制主次梁節(jié)點安裝速度，深化設(shè)計中通過直螺紋套筒來連接測量梁底縱筋和主梁，之后再通過混凝土將其余結(jié)合板澆筑到一起。再次，由于工程項目中的剪力墻相對較少，如果以剪力墻預(yù)制來進行施工，則無法與其他預(yù)制構(gòu)件保持相同的吊裝質(zhì)量，因此采用現(xiàn)澆施工，并利用預(yù)埋直螺紋套筒將剪力墻和預(yù)制柱進行連接[4]。最后，因為預(yù)制柱中鋼筋布設(shè)非常密集，所以設(shè)計了專用于梁柱節(jié)點的預(yù)應(yīng)力錨具（圖1）。與一般錨具相比較，其尺寸較小，這樣就可以避免錨具在施工中與主筋碰撞，并為施工提供便利。

圖1 節(jié)點核心區(qū)專用預(yù)應(yīng)力錨具

2.3 吊裝預(yù)制構(gòu)件

預(yù)制構(gòu)件的吊裝作為裝配式建筑施工中的重點和關(guān)鍵，不僅施工難度大、耗時長，并且存在一定的施工風(fēng)險，在施工中遵循“慢起、快升、緩放”的原則來進行施工。對于不同預(yù)制構(gòu)件，在具體吊裝時也有著不同的技術(shù)要求。

2.3.1 吊裝豎向構(gòu)件

在吊裝中需要先將構(gòu)件吊升至距地面1 m 位置，然后檢查整個吊裝構(gòu)件是否牢固安全，確認(rèn)無問題后再繼續(xù)起吊。當(dāng)?shù)跹b至作業(yè)面約1 m 位置時，合理調(diào)整預(yù)制筋到控制線區(qū)域，并根據(jù)實際情況進行支撐和設(shè)置膨脹螺栓，按照施工設(shè)計要求準(zhǔn)確檢測相關(guān)參數(shù)，如標(biāo)高垂直度等，在其都達(dá)到既定要求后，才可進行后續(xù)構(gòu)建的安裝。

2.3.2 吊裝水平構(gòu)件

按照設(shè)計要求進行水平構(gòu)件支撐的搭建，墊板置于腳手架底部，立桿和墻體間的距離設(shè)置在1 m 左右，相鄰立桿間距離則在1.8 m，掃地桿和地面間距為0.2 m，同時為了進一步提升支撐的穩(wěn)固性，還需要額外進行兩道水平桿的搭建。在吊裝水平預(yù)制件的過程中，預(yù)制件和墻體間的邊界線要控制在10 mm，同時在吊裝中，構(gòu)件外沿鋼筋需要向上彎曲，相鄰構(gòu)件在吊裝時的豎向間距最大不超過10 mm，如果大于該距離，則必須利用木楔調(diào)整[5]。此外，為了確保構(gòu)件結(jié)構(gòu)在下降過程中的穩(wěn)定性，還需要在構(gòu)件底部設(shè)置纜風(fēng)繩，調(diào)整和穩(wěn)定構(gòu)件位置。

2.4 現(xiàn)澆節(jié)點施工

工程采用C50 混凝土來進行現(xiàn)澆節(jié)點試件的施工，鋼筋采用HRB400。在具體施工中需要從以下幾點加強技術(shù)控制。第一，豎向構(gòu)件連接。根據(jù)具體空間設(shè)置和預(yù)制件的形狀，合理采用“一型”“L型”等開展構(gòu)建連接。預(yù)制構(gòu)件中需要結(jié)合現(xiàn)澆區(qū)實際情況、模板設(shè)置等，提前預(yù)留對拉螺栓孔。第二，疊合樓板現(xiàn)澆。該施工環(huán)節(jié)最為重要的就是避免現(xiàn)澆混凝土漏漿問題，所以在模板設(shè)置完成后于疊合板邊緣安裝海綿條。當(dāng)梁底排鋼筋、箍筋都按照要求進行施工后，吊裝疊合板，梁上端箍筋采用Ф6 鋼筋來作為臨時固定，吊裝結(jié)束后進行上排梁鋼筋的施工?，F(xiàn)澆混凝土環(huán)節(jié)，主要圍繞澆筑、拆模以及養(yǎng)護來進行重點管理。澆筑環(huán)節(jié)需要圍繞澆筑結(jié)構(gòu)的密實性和完整性入手，避免在澆筑過程中出現(xiàn)離析、麻面等問題，同時還要做好鋼筋保護層的保護，合理采用分層澆筑的方式；完成澆筑后，及時進行振搗棒的振搗施工，做到振搗均勻密實無氣泡，無過振、漏振等問題；拆模環(huán)節(jié)也應(yīng)嚴(yán)格按照既定的施工要求，混凝土強度達(dá)到預(yù)期強度標(biāo)準(zhǔn)后，才可進行拆模，同時拆模時還需要做好對邊角棱等區(qū)域的保護，避免拆模不當(dāng)造成混凝土結(jié)構(gòu)破損。養(yǎng)護環(huán)節(jié)中應(yīng)結(jié)合具體環(huán)境氣候做好混凝土的保溫、保濕和隔熱等處理，以免因養(yǎng)護不當(dāng)而出現(xiàn)裂縫等問題。

2.5 鋼筋套筒灌漿連接

2.5.1 施工準(zhǔn)備

灌漿開始前必須按照設(shè)計要求進行預(yù)留灌漿孔的檢查，保證灌漿孔位正確并且無堵塞問題，同時還需要濕潤套筒。灌漿材料在制備完成后靜置，時間為2 ～3 min，以免在灌漿過程中出現(xiàn)氣泡而影響混凝土結(jié)構(gòu)的密實性。與此同時，開展剪力墻以及相應(yīng)構(gòu)件的匹配性試驗，以此來檢驗套筒和漿料是否配套適用。

2.5.2 灌漿施工

灌漿施工多選擇底部口作為灌漿口，對于同一分艙出漿口都灌漿結(jié)束后，按照施工要求對出漿、注漿口進行封堵。施工采用保壓灌漿法，非常有助于提升灌漿的飽滿性。當(dāng)所有出漿口出漿并封堵完成后，需要靜置30 s，然后再進行后續(xù)注漿施工。在注漿過程中，如果注漿設(shè)備存在后推感時，即可停止注漿并封堵灌漿口，采用相同灌漿流程來制作混凝土試塊，以便于檢測灌漿料的結(jié)構(gòu)強度。

上述灌漿過程完成后，及時開展養(yǎng)護措施，以同時制作的試塊為檢驗標(biāo)準(zhǔn)，在其強度達(dá)到相應(yīng)要求后，才可進行鋼筋套筒灌漿的后續(xù)施工。為了進一步檢驗工程質(zhì)量，在施工結(jié)束后還需要采用其他檢驗方式來檢驗灌漿施工的效果，如在灌漿套筒中取樣檢測、排查套筒灌漿連接位置有無漏洞或者隱患等，通過詳細(xì)全面的排查檢驗，避免在灌漿施工中存在任何質(zhì)量問題而影響整個裝配式建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)固性[6]。需要注意的是，為了避免取樣所造成的預(yù)制墻體結(jié)構(gòu)損傷，取樣位置應(yīng)該盡可能選擇在受力小的墻體區(qū)域，并合理應(yīng)用人工和機械結(jié)合的方式將套筒順利取出，然后再對剃鑿位置修補和恢復(fù)。

3 結(jié)語

裝配式建筑結(jié)構(gòu)是今后建筑施工的主要形式，是建筑行業(yè)發(fā)展的重點和關(guān)鍵。為了建設(shè)出更加高質(zhì)量、高水準(zhǔn)的裝配式建筑，不僅要從結(jié)構(gòu)設(shè)計層面入手，結(jié)合具體工程實況和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不斷做好對裝配式建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，同時還要從建造技術(shù)層面入手，有效把控其中的關(guān)鍵點，不斷提高施工技術(shù)水平，為建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。