可逆安裝裝配式水平支撐系統(tǒng)設計與研究*

韓 超,江志晟,周雨嫣,張偉方,雙晨晨,車志巖,劉永多,朱 融

(1.中國建筑裝飾集團有限公司,北京 100037; 2.中國建筑上海設計研究院有限公司,上海 200062; 3.中建深圳裝飾有限公司,廣東 深圳 518021)

0 引言

隨著我國相繼出臺關于推動綠色建筑發(fā)展的政策,建筑行業(yè)結合我國近年來的政策措施,從裝配式建筑技術、綠色低碳技術、BIM技術、數(shù)字化運維技術等多方面開展工作,以推動建筑行業(yè)的轉型升級。在此背景下,建筑裝飾裝修工程也在不斷改進和突破,通過采用新型施工技術,簡化現(xiàn)場工藝流程,提高施工管理和質量水平。但裝飾基層骨架的施工仍以傳統(tǒng)的粗放型施工方式為主,存在諸多問題。

1)二次加工問題多 裝飾基層骨架做法多以焊接和切割為主,過于依賴臨電的使用,且存在動火作業(yè),危險源難以控制、固廢堆放占空間、安全施工有隱患、文明施工把控難、綠色管理難度大。同時,產(chǎn)生的氣體和粉塵均對現(xiàn)場人員的身體有危害。

2)安裝拆卸不方便 當遇到變更拆除或尺寸不符合現(xiàn)場情況時,多采用破壞性拆除或更換,廢材費工,工期把控難。

3)質量效率難控制 現(xiàn)場二次加工、安裝及拆卸都依賴于人工,工藝及安裝質量難以控制,效率低,人工成本較高。

為更好地解決以上問題,應不斷探索新型施工技術,加大裝飾骨架裝配式技術的應用深度。例如,以裝配式施工為管理思路的模塊化骨架基層。首先對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行定量和變量分析,統(tǒng)一骨架模塊,在現(xiàn)場設置小型加工間,將骨架的二次加工作業(yè)集中至同一區(qū)域,方便管理,也可提高加工效率,最后再進行裝配化安裝。目前,此類方法已有項目應用,但裝配化程度并不高,現(xiàn)場安裝靈活性較低,材料拆除無法利用,且前期設計數(shù)據(jù)分析量太大,對工期把控存在隱患。本文結合某醫(yī)院項目,以工業(yè)化建造為整體理念,采用裝配式構造研究一種可拆卸、可調節(jié)、可周轉的可逆安裝裝配式水平支撐系統(tǒng),解決裝飾工程中裝配式基層骨架施工難點。

1 工程概況

九江學院第二附屬醫(yī)院門診醫(yī)技綜合樓位于江西省九江市濂溪區(qū)十里大道與學府二路交會處,項目總建筑面積為77 436m2,裝修面積約59 000m2, 醫(yī)院效果如圖1所示。裝飾施工范圍為門診醫(yī)技綜合樓所有區(qū)域裝飾作業(yè)(醫(yī)療區(qū)除外)。其施工段分為南、北區(qū)段的內外科樓和地下室3大區(qū)域。

圖1 某醫(yī)院項目效果Fig.1 Effect of a hospital project

2 項目重難點分析

1)工期緊張,質量要求高 該項目精裝修工程的工期約為200d,且施工周期經(jīng)歷春節(jié)等重大節(jié)日。該工程質量目標為江西省優(yōu)質工程,配合項目總承包單位爭創(chuàng)魯班獎。須在既定工期內高質量、高標準地完成本工程施工范圍內的所有專業(yè)工程施工。

2)材料運輸、現(xiàn)場管理是難點 現(xiàn)場施工區(qū)域大、分布廣,勞動作業(yè)人員多,現(xiàn)場管理人員較少,管理壓力大;與其他單位交叉作業(yè)施工多,垂直運輸能力不足。

3)衛(wèi)生間施工是重點 本工程病房衛(wèi)生間、公區(qū)衛(wèi)生間較多,如何合理安排該區(qū)域各工序的實施是保證關鍵線路按期完成的關鍵之一。

衛(wèi)生間區(qū)域作為項目的施工重難點部位,洗手臺基層鋼骨架的制作安裝尤為突出,涉及區(qū)域集中在內外科樓的衛(wèi)生間,共計341套。由于結構施工誤差導致洗手臺處的墻體存在較大偏差,進一步增大了該區(qū)域的施工難度。根據(jù)項目對結構的反尺得到骨架基層的寬度為650～840mm,長度850～1 100mm。 若按常規(guī)做法,需制作21種規(guī)格,通過焊接后再運至現(xiàn)場安裝。存在以下幾個問題:①二次加工耗時耗工,存在大量的施工問題;②安裝難度大,骨架不可調節(jié)且規(guī)格多;③增加了前期設計的工作量;④骨架預組裝成框后,增大了運輸難度;⑤耗費的作業(yè)人員更多。

3 可逆安裝的裝配式水平支撐系統(tǒng)

根據(jù)項目實際情況,研發(fā)一種可逆安裝裝配式水平支撐系統(tǒng),主要應用于裝飾工程中水平裝飾面內部的鋼骨架基層系統(tǒng),如臺面石、柜面等。該系統(tǒng)適用于新建和既有建筑改造項目,以“少規(guī)格、多組合”為設計理念,通過不同構件搭配連接滿足固定、調節(jié)的功能,同時也滿足現(xiàn)場安全、節(jié)能、節(jié)材、降噪等方面的要求,屬于“小而美”的裝配式快速建造基層系統(tǒng)。

3.1 主要構件設計

該系統(tǒng)由轉接件(4個)、波紋板(2塊)、連接件(2個)、底托(1套)共4個主要構件組成(以臺盆為例),如圖2所示。4個轉接件為一組,搭配其他構件形成框架,分別布置在4個角,起支撐作用;2個連接件和1塊波紋板組成“工”字結構,一端與結構連接為主受力點,一端與角鋼連接后形成一個整體框架,通過波紋板上“凹槽”可增強整體的抗擾性能,防止其受力扭曲變形;角鋼連接件主要箍緊角鋼和轉接件,使兩段波紋板和角鋼形成一個整體;底托主要為臺盆托底而設計,作為臺盆的保險裝置。

圖2 系統(tǒng)構件組成Fig.2 Composition of system components

3.2 系統(tǒng)力學計算

根據(jù)該系統(tǒng)承受的荷載情況,為確保該系統(tǒng)的安全、可靠、適用,采用有限元軟件SPA2000對各構件及整體受力情況進行力學計算分析。以受力情況最不利的單墻受力作為計算方案,該方案的骨架系統(tǒng)一側固定于結構墻上,后排的2個轉接件承受主要荷載,單側受力系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 單側受力系統(tǒng)Fig.3 Single-side force system

3.2.1系統(tǒng)所承受荷載計算

1)臺盆面板荷載為1 100N/m2,即Gk=1.1kN/m2。臺盆所受均布面荷載為:標準值Pk1=1.1kN/m2;設計值P=rGP1k=1.43kN/m2。

2)上人情況按GB 50009—2012《建筑結構荷載規(guī)范》規(guī)定取值1kN考慮,即標準值Pk2=1.0kN;設計值P2=1.5kN。

3.2.2水平支撐系統(tǒng)結構計算

采用有限元軟件SAP2000進行整體建模計算分析。主要分析轉接件根部受力、波紋板的強度和撓度。經(jīng)過計算分析,該系統(tǒng)主要受力構件均滿足規(guī)范要求。

1)波紋板強度校核 在極限荷載下,σ=110.84MPa<215MPa,強度校核滿足要求。

2)轉接件強度校核 在極限荷載下,σ=59.90MPa<215MPa,強度校核滿足要求。

3.3 系統(tǒng)安裝

3.3.1系統(tǒng)安裝設計

洗手臺區(qū)域三側均有結構墻體,因此采用系統(tǒng)三墻受力的安裝形式,除此之外,為使該系統(tǒng)能滿足不同情況的安裝需求,通過巧妙的設計,使其既能滿足單墻、兩墻、三墻受力的情況,也可滿足單盆和多盆的安裝形式,如圖4所示。

圖4 兩墻和三墻受力安裝形式Fig.4 Installation forms of two-wall and three-wall force

波紋板上設計了上下、左右對稱的腰形孔,不破壞材料的剛度和強度,同時可減小施工時的安裝誤差,滿足不同情況的安裝需求。安裝時,先將轉接件與波紋板預固定,然后將轉接件固定在結構墻上,待其位置調整無誤后固定波紋板。由于波紋板為主要受力部位,當其一側或兩側與結構固定后,其整體受力情況較單墻受力時更強。

除本項目安裝的三墻受力情況外,該系統(tǒng)以其受力最不利的單墻受力為主要工況展開設計。主要通過波紋板部分與結構墻體固定后形成一個懸臂狀態(tài)。2個轉接件與波紋板固定牢固后形成一個“工”字結構,波紋板上設計了多條凹槽可增加其力學性能,使其具有更好的抗剪和抗壓能力。

3.3.2工藝流程

工藝流程為:測量放線→安裝骨架波紋板→安裝前端角鋼→安裝臺盆托架→放置找平墊片→安裝洗手臺盆及五金件(見圖5)。

1)測量放線 根據(jù)彈好的墻面完成線和1m水平標高線,結合圖紙彈出骨架安裝水平標高線和膨脹螺栓開孔點位。

2)安裝骨架波紋板部分 將組裝成套的波紋板按定位線對齊放置,調整到適當位置后,采用M10膨脹螺栓固定其根部;波紋板上設置了調節(jié)功能,可滿足10cm以內的調節(jié)需求;先將波紋板部分預調到對應位置,待位置確定后再擰緊螺栓。

3)安裝前端角鋼 波紋板部分一端與墻面固定,另一端則連接角鋼;上、下兩段角鋼通過連接件固定于轉接件上,連接完成后形成一個矩形框架。

4)安裝臺盆托架 臺盆托架兩端設有2個掛件,將掛件分別掛在波紋板上,可調節(jié)前后位置。臺盆托架由掛件、調節(jié)長板、調節(jié)短板組成,可實現(xiàn)上、下、左、右4個方向的調節(jié)。

5)放置找平墊片 墊片主要起找平作用,同時可緩沖金屬構件與石材間的壓力;分別將墊片放置于兩個角上,并粘接牢固。

6)安裝洗手臺盆及五金件 待臺盆安裝牢固后,將臺面石材正面朝上,放置于骨架之上并連接牢固。

4 系統(tǒng)應用效果及效益分析

該系統(tǒng)已在項目順利應用,提高了現(xiàn)場的安裝效率,保證了現(xiàn)場的施工質量。如按常規(guī)做法制作骨架基層,需對21種規(guī)格的數(shù)據(jù)進行分析,將21種規(guī)格簡化后再制作后續(xù)骨架。而采用本系統(tǒng),只需2套規(guī)格便可滿足項目現(xiàn)場的安裝要求,大大提高了設計、加工、安裝效率。對比分析如表1所示。

常規(guī)做法安裝1套臺面石基層骨架系統(tǒng)工效為2套/天,其中包含現(xiàn)場切割下料、焊接組框、運輸和安裝等。按每天8h計算,其工效為4h/套。

以本系統(tǒng)方案進行安裝,其構件均在工廠加工,到場后只需組裝部分構件,再進行安裝,所需時長可分為組裝10min,安裝10min,運輸10min,其工效為30min/套,在安裝工效上,提高近8倍。

綜上所述,該系統(tǒng)在設計和安裝效率方面均有顯著提高。通過簡化安裝工藝、提升安裝效率和提高材料使用率,間接降低綜合成本,較傳統(tǒng)方式降低約30%。

5 結語

隨著綠色建造和工業(yè)化建造理念的不斷深入,裝飾工程中部品部件的裝配化程度不斷提高。其中,裝飾骨架基層作為裝飾工程中的重要組成部分,對推動綠色建造和工業(yè)化建造有積極意義。通過研究以工業(yè)化和產(chǎn)品化設計思路為核心的全裝配式鋼骨架水平支撐系統(tǒng),實現(xiàn)系統(tǒng)的干法連接、可拆卸、可調節(jié)、可逆安裝,解決骨架系統(tǒng)現(xiàn)場需二次加工及焊接帶來的管理和安全問題,提高裝配效率和質量,經(jīng)多個項目應用及測算,該系統(tǒng)工效較傳統(tǒng)骨架系統(tǒng)提高近8倍,綜合成本降低30%。該系統(tǒng)的研究及應用,將進一步提升裝飾骨架系統(tǒng)的工業(yè)化及產(chǎn)品化水平,推動裝飾工業(yè)化高質量發(fā)展。