裝配式廠房主體結(jié)構(gòu)免支撐快速施工技術(shù)

趙 煒 包 佳 李逢伯 折雄雄 任新宇

中建科技集團(tuán)有限公司華東分公司 上海 200126

“十二五”以來，我國對裝配式建筑推行力度不斷加大，有30多個省市級政府出臺了相關(guān)的指導(dǎo)意見，隨之而來的是傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)尋求轉(zhuǎn)型，積極開展裝配式建筑的探索。對于工業(yè)廠房類建筑，發(fā)展裝配式核心在于建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、部品構(gòu)件工廠化、現(xiàn)場施工裝配化、裝飾裝修一體化和快速投入生產(chǎn)。在創(chuàng)新模式的不斷探索過程中，將始終致力于滿足需求方目標(biāo)要求的理念，推動建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級。我公司承建的某廠房項(xiàng)目，業(yè)主對于工期要求十分緊迫，考慮到滿足業(yè)主方面要求并提升己方工效，借鑒之前類似工程施工經(jīng)驗(yàn)—裝配式廠房疊合樓板快速支撐體系，是一種安裝拆除方便快捷的支撐施工工藝，充分利用構(gòu)件的抗壓及抗扭性能，達(dá)到無需另外搭設(shè)傳統(tǒng)支撐架和模板的目的[1]。我公司在設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段綜合現(xiàn)有的施工工藝，經(jīng)過方案擬定和設(shè)計(jì)復(fù)核，提出了優(yōu)化裝配式廠房主體結(jié)構(gòu)免支撐快速施工技術(shù)的想法，對前人的做法進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，最后決定采用首層現(xiàn)澆框架柱＋疊合梁＋疊合板二層整體鋼框架結(jié)構(gòu)形式的構(gòu)思。采用這種結(jié)構(gòu)形式，既可以保證廠房整體的安全性，又可以有效減少結(jié)構(gòu)自重。

1 工程概況

某廠房項(xiàng)目，擬建2棟工業(yè)廠房及配套附屬用房，廠房總建筑面積為49 432.49 m2，地上2層（無地下室），廠房間以連廊連通，首層建筑高度8 m，總建筑高度18 m，最大跨度9 m，整體結(jié)構(gòu)形式為預(yù)制混凝土框架-剛排架結(jié)構(gòu)。廠房1層使用功能為倉庫，2層建筑功能為生產(chǎn)車間。為滿足業(yè)主盡快投產(chǎn)使用的要求，我公司創(chuàng)新在廠房首層采用立模墩頭柱＋花籃疊合梁＋SP預(yù)應(yīng)力空心板的預(yù)制裝配混凝土結(jié)構(gòu)體系，免除首層梁板結(jié)構(gòu)下支撐體系的搭設(shè)周期，廠房整體預(yù)制裝配率達(dá)61%；2層為門式剛架結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)理念

廠房首層主體為混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架梁、樓承板適合選用標(biāo)準(zhǔn)化程度高的工廠預(yù)制混凝土構(gòu)件，框架柱總計(jì)415根，對比傳統(tǒng)木?，F(xiàn)澆柱和預(yù)制柱，擬采用定型化大鋼?，F(xiàn)澆墩頭柱，可以有效解決柱支撐架搭設(shè)繁雜、高處作業(yè)存在安全隱患、柱主筋需要縱向連接等影響工期的因素。利用定型化鋼模裝拆方便、可周轉(zhuǎn)次數(shù)高、成形效果好的特點(diǎn)進(jìn)行預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)柱體的施工，柱體頂部設(shè)計(jì)混凝土支墩，通過滿足抗扭驗(yàn)算要求，用于花籃疊合梁的架設(shè)，疊合梁就位后可實(shí)現(xiàn)梁下免支撐的效果（圖1、圖2）。

圖1 預(yù)制花籃疊合梁免支撐設(shè)計(jì)

圖2 柱頂混凝土支墩

SP預(yù)應(yīng)力空心板自身承載力大，兩端支承在設(shè)計(jì)了混凝土挑板的預(yù)制疊合梁上，通過設(shè)計(jì)驗(yàn)算復(fù)核，實(shí)現(xiàn)疊合梁及SP預(yù)應(yīng)力空心板在施工過程中的免支撐和抗扭。就位后可實(shí)現(xiàn)梁板下免支撐效果。

3 體系可靠性分析

3.1 免支撐設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)廠房主體結(jié)構(gòu)梁板免支撐，框架柱頂部設(shè)計(jì)的混凝土支墩需嚴(yán)格滿足設(shè)計(jì)要求并預(yù)留一定的安全系數(shù)。通過有限元建模分析，結(jié)果（圖3、圖4）表明，設(shè)計(jì)的花籃疊合梁能夠滿足免支撐工況下承載力和撓度要求，驗(yàn)證了疊合梁規(guī)格選擇的安全可靠。

圖3 梁底自重及承受板荷載撓度

圖4 預(yù)制底梁后澆疊合層階段撓度

3.2 樓承板性能要求

由于項(xiàng)目廠房首層為框架結(jié)構(gòu)，具有開間大、布局靈活的特點(diǎn)，2層樓承板傾向于采用標(biāo)準(zhǔn)化程度高、工廠預(yù)制加工成形快的SP預(yù)應(yīng)力空心板。SP預(yù)應(yīng)力空心板單向跨度一般在9～18 m之間，厚度為180～300 mm，與普通空心板相比，具有跨度大、承載能力強(qiáng)、防滲隔聲效果好、耐火等級高、孔隙率高、自重輕、免疊合層安裝快捷等優(yōu)點(diǎn)[2]。在預(yù)制疊合梁就位后，立即進(jìn)行對稱方向的SP預(yù)應(yīng)力空心板吊裝，吊裝完成后，預(yù)制梁疊合層連同SP板面混凝土一同澆筑，可以極大縮短工期，既提高混凝土作業(yè)的安全性，又進(jìn)一步加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性能（圖5）。

圖5 梁板下結(jié)構(gòu)免支撐效果

4 施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 工藝流程

施工前根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)進(jìn)行施工過程模擬，將現(xiàn)澆柱體、花籃型疊合梁、SP預(yù)應(yīng)力板及對應(yīng)的配筋等按相應(yīng)的比例在BIM軟件及Tekla軟件中繪制成形，利用BIM軟件模擬出現(xiàn)澆柱大鋼模吊裝，疊合梁、SP板吊裝全過程，對整個模擬過程的可行性深入研究分析，同時(shí)利用Tekla軟件分析梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋碰撞情況，確定最佳的現(xiàn)場施工方案。

廠房首層主體結(jié)構(gòu)施工按照以下順序：現(xiàn)澆柱鋼筋籠綁扎→基礎(chǔ)定位放線→柱鋼筋籠入?！箐撃５跹b就位→框架柱混凝土澆筑、柱頂混凝土支墩插筋→現(xiàn)澆柱拆模養(yǎng)護(hù)→混凝土支墩澆筑→疊合梁吊裝及校正→對稱方向SP板吊裝及校正→梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋及梁上部筋、板縫鋼筋綁扎→梁柱節(jié)點(diǎn)、疊合層封模澆筑。

4.2 主要技術(shù)要點(diǎn)

4.2.1 現(xiàn)澆柱大鋼模施工應(yīng)用

現(xiàn)澆柱定型化大鋼模為2片U形鋼模，通過中間螺栓進(jìn)行連接固定。鋼模內(nèi)側(cè)滿刷脫模劑，鋼筋籠綁扎完成后，利用起重機(jī)械將鋼筋籠吊入一半鋼模內(nèi)，然后將另一半鋼模吊起進(jìn)行合模。校正完成后，將連接螺栓擰緊到位。將鋼模、鋼筋籠同時(shí)起吊就位于獨(dú)立基礎(chǔ)頂部，四周拉設(shè)纜風(fēng)繩將鋼模固定，同時(shí)通過纜風(fēng)繩上的手拉葫蘆調(diào)節(jié)鋼模的垂直度，以確保偏差在允許范圍內(nèi)（圖6）。

圖6 立式大鋼模就位

4.2.2 柱混凝土澆筑，梁墊（支墩）插筋澆筑

待柱鋼模就位固定后，開始柱混凝土的澆筑。具體方法為：2名施工人員通過屈臂機(jī)達(dá)到柱頂平臺，將10 m加長振搗棒放入接近柱底處。汽車泵泵管末端接一節(jié)5 m長導(dǎo)管，外徑14 cm，內(nèi)徑12.5 cm，混凝土澆筑時(shí)導(dǎo)管伸入鋼模內(nèi)部。澆筑混凝土前，先在杯口底部預(yù)鋪一層厚30 cm左右同配比砂漿?；炷敛捎梅謱訚仓?，每澆筑2～3 m高度時(shí)，暫停8～10 min，加強(qiáng)已澆筑部分的振搗。柱體混凝土澆筑完成后，在混凝土初凝前，將梁墊（支墩）配筋插入混凝土中，同時(shí)控制好插筋位置。梁墊（支墩）澆筑采用人工澆筑方式。梁墊均為長方體，根據(jù)梁墊尺寸利用木模板制作封閉盒子，固定到位；通過屈臂機(jī)將混凝土運(yùn)輸至柱頂，然后進(jìn)行澆搗。

4.2.3 預(yù)制梁的吊裝及就位

疊合梁沿縱橫向主要有2種形式。一種為支承于SP預(yù)應(yīng)力空心板的花籃疊合梁，也就是主受力梁。另一種為普通的連系梁。混凝土支墩達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后，方可進(jìn)行疊合梁的吊裝就位。疊合梁吊裝前，柱頂預(yù)先放置好第1道梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋。吊裝需要嚴(yán)格遵循施工先后順序，先吊裝一條直線上的主梁（花籃疊合梁），放置第2道梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋，然后再吊裝另一方向的連系梁。吊裝就位后立即進(jìn)行疊合梁垂直平整度的檢查，發(fā)現(xiàn)偏差超規(guī)范要求的情況，即進(jìn)行微調(diào)矯正。

4.2.4 SP預(yù)應(yīng)力空心板的吊裝及就位

采用SP30A預(yù)應(yīng)力空心板，混凝土強(qiáng)度等級為C50。該板型的承載能力大于10 kN/m2且無現(xiàn)澆疊合層，吊裝就位后，空心樓板下方無需搭設(shè)支撐架。吊裝前要對SP空心板的外觀質(zhì)量進(jìn)行仔細(xì)檢查，尤其是對表面是否有裂紋，色澤是否正常，板孔是否用泡沫封堵到位，板端切角是否整齊，板起拱情況是否正常這幾點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)檢查。

SP板吊裝時(shí)，需提前在花籃疊合梁上設(shè)置2 cm厚的塑膠墊片，每塊SP板的板端設(shè)置2塊墊片。SP板起吊時(shí)，利用鋼絲繩在距板端約30 cm處捆扎到位，在樓板精確就位后，利用翹棍對SP板位置進(jìn)行微調(diào)，確保板縫控制在2～3 cm之間。

4.2.5 梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋及疊合梁上部鋼筋、板縫鋼筋綁扎

疊合梁及SP板吊裝到位后，要對梁柱節(jié)點(diǎn)剩余的箍筋、抗扭鋼筋、抗剪鋼筋、疊合梁上部鋼筋進(jìn)行綁扎，綁扎同樣要嚴(yán)格按照次序進(jìn)行，以確保施工順利，同時(shí)由于廠房2層豎向構(gòu)件為鋼柱，所有節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋需要避開節(jié)點(diǎn)中心處鋼柱抗剪槽。節(jié)點(diǎn)核心區(qū)鋼筋主要施工順序?yàn)椋合冉壴拷睢⒖古や摻?，再綁扎花籃梁的第3排上部負(fù)筋、連系梁的抗剪鋼筋、花籃梁的第2排上部負(fù)筋、連系梁的上部通長鋼筋、花籃梁的第1排上部通長鋼筋。

4.2.6 梁柱節(jié)點(diǎn)封模、板縫吊模

梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域存在高度為50 cm、寬度為10 cm的洞口，需要后期進(jìn)行封堵。利用小木模板、小方木通過封閉連接制作成簡易的定型化加固模板，通過射釘與疊合梁進(jìn)行固定，同時(shí)采用對拉螺桿進(jìn)行加固，模板與梁墊接縫處用雙面膠滿粘，避免漏漿；板縫主要采用木模板進(jìn)行吊模，利用鐵絲和鋼筋頭將小木模固定到位，在模板與SP板接縫處同樣采用雙面膠滿粘（圖7）。

圖7 板縫吊模

4.2.7 梁柱節(jié)點(diǎn)、梁疊合層、板縫澆筑

梁柱節(jié)點(diǎn)、梁表面現(xiàn)澆疊合層與SP板板縫處混凝土強(qiáng)度等級不同，不能一次進(jìn)行澆筑，需采用隔離措施分開澆筑，先澆筑梁柱節(jié)點(diǎn)及梁疊合層，再澆筑板縫，所以在澆筑梁柱節(jié)點(diǎn)和梁疊合層時(shí)，要用方木對板縫端頭進(jìn)行臨時(shí)封堵?；炷翝仓┕たp留置在疊合梁跨中1/3處。板縫澆筑采用細(xì)石混凝土，施工過程中嚴(yán)格控制配合比，避免板縫澆筑不密實(shí)。

5 技術(shù)效果分析

5.1 工效優(yōu)勢

1）框架柱采用定型化鋼模施工，首天完成鋼筋籠綁扎、起吊、澆筑混凝土，隔天拆模，總施工周期預(yù)計(jì)2 d；采用傳統(tǒng)木模施工，支模架搭設(shè)1 d，電渣壓力焊、套箍綁扎1 d，木模支設(shè)加固1 d，第4天澆筑混凝土，第5天拆模，平均施工周期4.5 d，采用定型化鋼模施工時(shí)間減少56%。

2）采用花籃型疊合梁＋SP預(yù)應(yīng)力空心板的結(jié)構(gòu)免支撐體系，以1跨×1跨為例，首層結(jié)構(gòu)高度8 m，近似認(rèn)為在柱養(yǎng)護(hù)等待強(qiáng)度期間，完成混凝土支墩澆筑上強(qiáng)度及地坪處理，支撐架搭設(shè)周期計(jì)1 d，梁板吊裝時(shí)間計(jì)0.5 d，免支撐體系施工整體時(shí)間減少67%。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢

采用本裝配式預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)下免支撐體系快速施工，極大地降低了對架體搭設(shè)操作人員的需求，大部分施工內(nèi)容通過機(jī)械吊裝完成，勞動力配置適當(dāng)，充分發(fā)揮了機(jī)械使用效率，避免了窩工現(xiàn)象，減少了施工成本。

鋼?，F(xiàn)澆柱對比傳統(tǒng)木?，F(xiàn)澆柱，每根柱造價(jià)減少約12.8%；鋼模現(xiàn)澆柱對比預(yù)制柱，每根造價(jià)減少約29.4%，在經(jīng)濟(jì)方面具有較大的優(yōu)勢。

采用花籃疊合梁＋SP預(yù)應(yīng)力空心板的免支撐體系，免去了傳統(tǒng)框架梁和樓板底滿堂架的搭設(shè)。根據(jù)項(xiàng)目所在地每平米模板支模架搭設(shè)價(jià)格，按當(dāng)?shù)赜?jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，廠房單層建筑面積為11 622 m2，2棟廠房支撐架搭設(shè)構(gòu)件材料、人工、機(jī)械使用費(fèi)用降低近240%，極大地降低了施工成本，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目成本創(chuàng)效。

5.3 社會效益分析

預(yù)制裝配式廠房快速施工工藝是一種新興的建筑施工形式，其具有良好的空間受力性能，材料用量節(jié)省且適用于較大跨度，符合目前國內(nèi)對于資源與環(huán)境低碳節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展理念的指導(dǎo)思想。在廠房建筑中運(yùn)用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，能轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的建造方式，在具有良好環(huán)境效益的同時(shí)，也具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。該結(jié)構(gòu)體系在我公司工程中還屬首次應(yīng)用，因而還需要大量更為深入的理論分析和實(shí)例證明來作為工程實(shí)踐的指導(dǎo)。

6 結(jié)語

隨著建筑工業(yè)化的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化及定型化產(chǎn)品的應(yīng)用將越來越廣泛，本工程采用立模墩頭柱＋花籃疊合梁＋SP預(yù)應(yīng)力空心板的結(jié)構(gòu)體系施工，實(shí)現(xiàn)了裝配式廠房免支撐快速建造的目的，為大跨度、不同層高、重載類廠房、物流倉庫、電信機(jī)房等項(xiàng)目提供了新的設(shè)計(jì)和施工思路，且采用這種結(jié)構(gòu)形式，既可以保證廠房整體的安全性，又可以有效減少結(jié)構(gòu)自重。廠房將預(yù)制混凝土框架與門式鋼架體系結(jié)合，有效地將預(yù)制裝配整體式建筑與免支撐快速施工技術(shù)進(jìn)行深度融合，為推進(jìn)建筑工業(yè)化進(jìn)一步向各種傳統(tǒng)建筑類型延伸作出了有效嘗試。