裝配式建筑混凝土結(jié)構(gòu)支撐體系研究分析

高軍英 東營市公共資源交易中心高級工程師

程向朝 東營市城市管理服務(wù)中心高級工程師

高 鵬 東營市公共資源交易中心工程師

王鵬飛 東營市公共資源交易中心工程師

由于裝配式建筑緊跟時代步伐，迎合了當(dāng)前綠色環(huán)保建設(shè)的倡導(dǎo)趨勢，使得其應(yīng)用和實踐日益廣泛。在開展設(shè)計施工作業(yè)時，為保障項目的質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)實際工程需求對混凝土結(jié)構(gòu)支撐體系進行深入研究，保證體系的科學(xué)合理。

1 裝配式建筑混凝土結(jié)構(gòu)特點

1.1 承載力高，抗震性能優(yōu)越

混凝土施工過程中由于柱中鋼管對內(nèi)部混凝土具有一定的約束作用，導(dǎo)致建筑混凝土處于受壓的狀態(tài)。但是在這種情況下，可以全面提高建筑混凝土的應(yīng)用強度。在鋼管內(nèi)部注入混凝土的主要目的，是為了有效避免鋼管彎曲的現(xiàn)象。保證鋼管混凝土柱的承載力是保證建筑施工質(zhì)量的重中之重。鋼管和建筑混凝土之間具有相互作用，如果鋼管內(nèi)部建筑混凝土出現(xiàn)破壞問題，則會在一定程度上損壞鋼管。因此保持鋼管及內(nèi)部混凝土完整性，避免出現(xiàn)松散，控制所承載力達(dá)到5%左右，然后用錘子進行敲打后成粉末進行脫離[1]。

1.2 施工方便，工期大大縮短

鋼管建筑混凝土柱通常都是采用板材卷制成的，板材厚度都有相應(yīng)的規(guī)格，結(jié)合現(xiàn)場實際工程需求，尺寸應(yīng)控制在40 mm 左右。不管是工廠焊接還是建筑工程施工，控制在40 mm 都比較合適。同時制造工藝簡單，在一定程度上可節(jié)省材料及運輸成本。鋼管還能夠作為一種骨架，承擔(dān)施工階段所承載的重力，為工程施工提供較大的便利條件。

1.3 耐腐蝕性能優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)

通常在鋼管商用混凝土結(jié)構(gòu)中，澆筑混凝土?xí)?dǎo)致鋼管的外截面積減少，同時還受到外界氣體腐蝕，所腐蝕的面積比鋼結(jié)構(gòu)少很多。由此可見，鋼管建筑混凝土結(jié)構(gòu)具有很強的抗腐蝕性。

2 裝配式建筑混凝土結(jié)構(gòu)類型

2.1 混凝土框架結(jié)構(gòu)

裝配式建筑作為建筑產(chǎn)業(yè)中的重要組成部分，在城市現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展中具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義。創(chuàng)新施工技術(shù)及模式能夠有效提高建造效率，有利于推動基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、提高居民生活質(zhì)量。裝配式建筑通過預(yù)制混凝土框架構(gòu)件的方式突破了傳統(tǒng)建筑施工模式的束縛，提高工程效率的同時，以流程生產(chǎn)的方式保證了各框架構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，從而降低了現(xiàn)澆工藝應(yīng)用時可能產(chǎn)生的風(fēng)險[2]。裝配式類型的建筑開展施工作業(yè)時需要嚴(yán)格根據(jù)前期方案設(shè)計選擇合適的梁柱節(jié)點連接方式，其中柔性連接由于具備更優(yōu)良的實用性以及工藝不同的框架構(gòu)件等優(yōu)點，在裝配式建筑的混凝土結(jié)構(gòu)支撐體系中得到了廣泛的應(yīng)用。

剛性連接需要根據(jù)具體工程建設(shè)中應(yīng)用的預(yù)制構(gòu)件類型及其拼裝拆分方式進行選擇性應(yīng)用，在實際施工中主要分為一字型構(gòu)件、二維構(gòu)件以及三維構(gòu)件3種類型。

其中一字型構(gòu)件應(yīng)用相對頻繁，其生產(chǎn)工藝較為簡單，對施工操作專業(yè)性要求較為寬松，同時能保持良好的結(jié)構(gòu)整體性。二維構(gòu)件與三維構(gòu)件則包含T型、十字型、雙十字型等多種結(jié)構(gòu)類型，復(fù)雜的種類使其能夠保持連接處的受力處于相對較小的狀態(tài)，但在實際應(yīng)用過程中需要提高對構(gòu)件生產(chǎn)、運輸以及安裝操作等各環(huán)節(jié)的關(guān)注和重視，避免構(gòu)件結(jié)構(gòu)質(zhì)量損壞對后續(xù)施工操作造成影響。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)

在實際施工建設(shè)中剪力墻結(jié)構(gòu)能夠結(jié)合具體工程需求進行靈活調(diào)整，根據(jù)建筑功能需求以及剛度、強度要求動態(tài)調(diào)整構(gòu)件方案，主要以濕式連接工藝為主。其中預(yù)制墻體結(jié)構(gòu)主要分為疊合板式以及多層式2 種不同類型，兩者對比，多層式更適用于層數(shù)相對較少的裝配式建筑結(jié)構(gòu)，能減少不必要的建材浪費，同時對混凝土澆筑等施工技術(shù)的應(yīng)用要求相對較低，因此具備良好的經(jīng)濟性，有利于企業(yè)的成本管理與控制[3]。

在裝配式建筑中應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)可根據(jù)具體工程項目需求對預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)模式進行靈活調(diào)整，根據(jù)前期方案設(shè)計規(guī)定選擇半預(yù)制式或全預(yù)制式。在開展裝配工作時應(yīng)注意提高對承重墻板設(shè)計的關(guān)注，對建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及抗側(cè)力情況進行明確計算，確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的安全性及穩(wěn)定性，并根據(jù)方案對混凝土澆筑工藝作出合理規(guī)劃以維護整體性。

3 裝配式建筑工程中混凝土的質(zhì)量通病

3.1 混凝土干縮裂縫

收縮裂紋，即混凝土表層呈現(xiàn)出中間寬、兩端細(xì)且長短不一、互不連貫狀態(tài)的裂紋。其大部分屬于表面裂縫，而裂縫是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物承載能力、耐久性及防水性降低的主要原因，是亟待解決的質(zhì)量問題。主要成因是施工者忽略了對成型砼的保護，由于水分揮發(fā)，砼的彈性減弱，最后在內(nèi)部張力的影響下產(chǎn)生收縮裂紋。

3.2 混凝土脫模中的裂縫

混凝土脫模裂縫形成的主要是受運輸過程中交通運輸條件和運輸環(huán)境的影響。裂縫的寬窄與深淺受各種因素的影響，比如脫模時混凝土施工強度過大和材料分配不均等制造過程中產(chǎn)生的裂紋，以及制造完畢后再對混凝土施以過強的外力等導(dǎo)致。

3.3 關(guān)于麻面的產(chǎn)生

由于施工過程中混凝土的不規(guī)則操作，在混凝土表面出現(xiàn)砂漿攪拌不均勻，形成凹凸表面，表面紋理看起來粗糙，鋼筋外露混凝土表面出現(xiàn)麻點主要有以下幾個原因。

第一，在混凝土澆筑作業(yè)中，澆筑模板的清潔不符合標(biāo)準(zhǔn)，清潔部分沒有通過而造成模面。由于澆注完成后表面不夠平整，造成面層凹陷，混凝土凝固時出現(xiàn)的管道現(xiàn)象。

第二，澆筑過程中，混凝土未完全達(dá)到密封要求，局部開始出現(xiàn)因漏漿而導(dǎo)致的點蝕現(xiàn)象。第三，由于混合保溫不均勻混凝土層部分混凝土表面結(jié)構(gòu)不隔離，直接粘附在模板上，造成表面下沉。第四，倒車操作不當(dāng)，表面開始形成氣泡，導(dǎo)致表面層出現(xiàn)點蝕。

4 裝配式建筑混凝土結(jié)構(gòu)支撐體系分析

4.1 豎向構(gòu)件支撐

傳統(tǒng)的建筑施工模式中混凝土結(jié)構(gòu)框架主要由面板、支架以及相關(guān)連接件3部分共同組成，因涉及預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)和應(yīng)用，裝配式建筑的混凝土結(jié)構(gòu)支撐體系與傳統(tǒng)模式中存在一定區(qū)別，部分預(yù)制構(gòu)件在前期的生產(chǎn)制作過程中包含了面板，因此在實際施工過程中其結(jié)構(gòu)支撐體則主要由支架及連接件2 部分共同組成[4]。

在整體建筑結(jié)構(gòu)中包含的預(yù)制構(gòu)件類型相對較為復(fù)雜，根據(jù)具體工程建設(shè)需求的不同，包括PC 墻、柱、樓板和樓梯等。而裝配式建筑混凝土結(jié)構(gòu)支撐體系中則以豎向混凝土構(gòu)件和水平預(yù)制構(gòu)件兩者為主要類型，其中豎向構(gòu)件支撐則又可以具體分為豎向構(gòu)件斜支撐、現(xiàn)澆混凝土豎向構(gòu)件模板等。

在裝配式建筑的實際施工建設(shè)中，無論是預(yù)制混凝土柱或墻，其功能均為定位或臨時調(diào)節(jié)。施工時通過限位點和調(diào)節(jié)桿的輔助功能明確定位，而在水平層面上則通過鋼筋的應(yīng)用結(jié)合具體工程建設(shè)需求及方案設(shè)計，對單道斜鋼的支撐情況進行調(diào)整完善，為后續(xù)施工作業(yè)打下良好基礎(chǔ)。為保障定位調(diào)節(jié)工作質(zhì)量，通常采用兩道支撐的方式對預(yù)制柱情況進行精準(zhǔn)矯正，在操作過程中通過對短支撐和長支撐2 部分位置的平衡進行細(xì)微調(diào)整。

此外，裝配式建筑混凝土結(jié)構(gòu)的豎向現(xiàn)澆支撐構(gòu)件中還包括現(xiàn)澆柱、墻以及剪力墻的邊緣構(gòu)件等。區(qū)別于預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)模式的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，在施工過程中采用現(xiàn)澆工藝能夠有效提高項目框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和整體性，尤其在樓梯間等位置對于抗側(cè)力的提高具有積極的促進作用。

4.2 水平構(gòu)件支撐

在裝配式建筑混凝土結(jié)構(gòu)支撐體系中，現(xiàn)澆梁板及預(yù)制疊合梁板為常見水平構(gòu)件，根據(jù)具體工程建設(shè)需求及方案規(guī)劃設(shè)計的不同，相應(yīng)構(gòu)件的具體支撐方式也有所區(qū)別，其中包括滿堂腳手架支撐、新型支撐體系以及獨立鋼支柱臨時支撐體系等多種類型。

在實際工程建設(shè)中，應(yīng)用范圍較廣的是獨立鋼支柱臨時支撐系統(tǒng)。它包含三腳架式獨立鋼支撐、水平桿式獨立鋼支撐兩種方式以及獨立鋼支柱、橫楞、水平桿以及三腳架等具體設(shè)備。其優(yōu)點在于能夠根據(jù)具體施工建設(shè)需求進行調(diào)節(jié)和優(yōu)化，因此具備良好的適應(yīng)性能夠滿足不同層高、板厚的工程項目應(yīng)用[5]。

獨立鋼支柱臨時支撐系統(tǒng)，其支模和拆模操作對施工人員的技術(shù)要求較為寬松，能夠有效提高工作效率，對于推進工程有序開展具有積極的作用。除此之外，該體系具有良好的支撐性能，一定程度上為后續(xù)的作業(yè)和檢驗工作提供了良好的基礎(chǔ)。滿堂腳手架支撐體系包括鋼管扣件式、承插式以及碗扣式等不同類型，在整體結(jié)構(gòu)組成上包含傳統(tǒng)扣件、方木、木模板等多種構(gòu)件內(nèi)容。

該體系在選擇應(yīng)用時應(yīng)當(dāng)充分考慮到支模架高度，一般情況下更適用于超過4 m 的高度范圍。除此之外，在針對通道板、衛(wèi)生間降板等數(shù)量較多的混凝土澆筑工藝時能夠更好為后續(xù)施工操作提供便捷。在裝配建筑施工作業(yè)時也可根據(jù)實際需求選擇采用桁架支撐體系，操作時需注意在混凝土預(yù)制板下部布置一些榀支撐，其將和預(yù)制板共同形成一個更可靠的平衡體系。

5 裝配式建筑混凝土關(guān)鍵工序操作要點

5.1 預(yù)埋件安裝

對于有地梁的筏板基礎(chǔ)，采用密集的BIM 技術(shù)設(shè)計，預(yù)先對齊地梁加鋼筋，繪制鋼筋的規(guī)格、間距和位置，并將包含的零件放置在梁上加固圖，作相應(yīng)調(diào)整。

5.2 鋼管束及鋼框架吊裝

將第1 節(jié)鋼管束安裝在基礎(chǔ)埋件上部，在埋件上部焊接臨時固定耳板，吊升到位，用臨時固定耳板初步校正，用連接夾板臨時固定電纜拉風(fēng)繩以穩(wěn)定鋼管束。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)管束采用對接接頭固定，每節(jié)上、下節(jié)均裝有固定耳板。鋼梁安裝，由中跨向兩端對稱安裝同1 列柱的鋼梁，安裝應(yīng)按照先上層、后中、下層，先主梁后次梁順序。

5.3 鋼框架校正

每吊裝1 節(jié)，都要校正鋼管束高度、軸向位置和垂直偏差。軸向偏差每次調(diào)整在3 mm 以內(nèi)，如果偏差過大，應(yīng)在鋼管束底部進行調(diào)整。鋼管束各節(jié)段高度范圍內(nèi)的所有構(gòu)件，只有在安裝、栓接、焊接、驗收完成后，方可離地放置在鋼管束頂部節(jié)段的定位軸線上。

5.4 高強螺栓的初擰及終擰

施工時，高強螺栓的穿入方向應(yīng)以方便工作人員施工操作為前提，框架周圍的螺栓應(yīng)穿入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，框架內(nèi)的螺栓應(yīng)按設(shè)計穿過，朝著指定的方向，如果從同一層看，先擰主梁，再擰次梁；對于同一節(jié)點，先擰中心，然后再散開。高強度螺栓連接的摩擦面必須保持干燥、清潔，表面不得重新粉刷。

5.5 鋼管束對接節(jié)點焊接

主要用于構(gòu)件第一段與地基埋部版面的焊接、鋼梁翼板的焊接、局部鋼管束構(gòu)件的縱縫焊接和焊接鋼管束構(gòu)件的對接，鋼管束之間的焊縫必須對稱焊接在墻體兩側(cè)。

5.6 鋼筋桁架樓承板施工

加強鋼筋桁架樓承板施工質(zhì)量，鋼筋桁架樓承板由鍍鋅樓板模具組成，由框架分桁桿和金屬扣連接而成，可現(xiàn)場組裝。地坪模具、連接件（扣件）和鋼桁架組裝好后，為確保上層鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中工人的安全，加快鋼結(jié)構(gòu)的施工，建議先鋪設(shè)頂層甲板，然后從下往上一層一層地施工。如果樓板跨度大于支撐免支撐要求時，則應(yīng)在跨中位置提供臨時支撐，并在每個跨度處對地板模具與托盤之間的間隙進行臨時密封。側(cè)模板與鋼梁表面點焊25 mm 和2 mm 高的焊縫，間距300 mm。側(cè)模板通過拉直側(cè)模板固定，適當(dāng)調(diào)整后，鋼筋一端點焊螺柱，另一端點焊側(cè)模板。

5.7 鋼管混凝土管束結(jié)構(gòu)的應(yīng)用分析

鋼管混凝土的管束結(jié)構(gòu)，主要目的就是將多根標(biāo)準(zhǔn)化的模塊化鋼管連接起來，形成一個鋼管線，然后再在一根鋼管內(nèi)進行澆筑混凝土，形成一個鋼管混凝土的管束。鋼管混凝土梁等支撐構(gòu)件主要被用來制造裝配型建筑物的主要承載構(gòu)件與抗側(cè)向支撐構(gòu)件。由于其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，鋼管束混凝土回彈復(fù)合結(jié)構(gòu)，已經(jīng)在現(xiàn)代建筑物的結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用，有效地提高了整個建筑物的安全性與穩(wěn)定性。

事實上，填充鋼筋混凝土的預(yù)制件和鋼管束結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工，必須嚴(yán)格按照國家現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，充分利用了鋼管束結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點，確保了預(yù)制件整體安全性和穩(wěn)定性。同時，在進行砼澆筑時，要綜合考慮到是采用密實砼還是普通砼，并結(jié)合鋼管砼和剪力墻等具體情況。質(zhì)量審查與批準(zhǔn)必須遵守《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》。一般情況下，當(dāng)填充混凝土的鋼管梁剪力墻厚度小于20 cm 時，采用自密實混凝土，厚度大于20 cm 以上時，可以選擇自密實混凝土或普通混凝土[6]。

6 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代化建設(shè)背景下建筑產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃向上的發(fā)展趨勢，而裝配式建筑作為整體產(chǎn)業(yè)體系中的重要組成部分具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義。因此有必要結(jié)合實際對裝配式建筑的混凝土結(jié)構(gòu)支撐體系展開研究和分析，為推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展、加快新型工藝應(yīng)用落實打下良好基礎(chǔ)，不斷促進建筑產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，從而創(chuàng)造更高的社會效益和經(jīng)濟效益。