低碳節(jié)能裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建造技術(shù)

曹雨巖 張 劍 劉 鍇 周 應(yīng) 陳 博

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是使用混凝土為主材料的結(jié)構(gòu)，各個結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體性較好，環(huán)保性能更佳。由于構(gòu)件在工廠生產(chǎn)，各個結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量在出廠之前，均會接受合格檢查，保證構(gòu)件制作的安全、標準[1]。在工廠中制作的混凝土構(gòu)件，在強度、密實性等各個方面，均優(yōu)于現(xiàn)場澆鑄的混凝土，且使用各類模具，可將構(gòu)件建造的更加符合施工需求[2]。同時，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在工程設(shè)計完成之后，僅需要在施工現(xiàn)場進行安裝即可，有效減少了施工現(xiàn)場的噪音和污染，對于節(jié)能、低碳建設(shè)具有重要意義。

目前，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)并沒有形成完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計體系，業(yè)界中的設(shè)計人員大多更加熟悉傳統(tǒng)混凝土的澆筑方式，在施工現(xiàn)場往往缺乏裝配式混凝土施工的相關(guān)經(jīng)驗，影響了結(jié)構(gòu)建造效率。由于混凝土結(jié)構(gòu)的材料強度較高，在同樣承載力的要求下，能夠有效減小梁、柱等結(jié)構(gòu)的尺寸，同時增加各個構(gòu)件的實際使用面積[3]。另外，在結(jié)構(gòu)施工的過程中，受到現(xiàn)場安裝構(gòu)件的復(fù)雜性影響，建筑施工人員并未接受過安裝技術(shù)培訓(xùn)，因?qū)Π惭b技術(shù)的理解不夠透徹，也影響建設(shè)效果[4]。為了保證混凝土結(jié)構(gòu)建造時出現(xiàn)的偏差在允許偏差范圍之內(nèi)，本文以低碳、節(jié)能理念為基礎(chǔ)，對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建造技術(shù)進行設(shè)計。

1 低碳節(jié)能裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建造技術(shù)設(shè)計

1.1 預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)

在進行混凝土結(jié)構(gòu)建造的過程中，本文將預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)作為首要步驟。將框架結(jié)構(gòu)預(yù)先制作出來后，能夠控制構(gòu)件質(zhì)量，保證建造質(zhì)量?？蚣芙Y(jié)構(gòu)包括梁、柱、板等結(jié)構(gòu)，將預(yù)制梁放置在外挑結(jié)構(gòu)上，豎向荷載就會向立柱傳遞，使梁、柱通過荷載力連接起來[5]。

在傳遞力的過程中，預(yù)制梁受到的荷載是通過外挑結(jié)構(gòu)傳遞的，對外挑結(jié)構(gòu)的承載要求較高。對于混凝土結(jié)構(gòu)而言，預(yù)制柱上的外挑結(jié)構(gòu)較為明顯，與預(yù)制柱連接后，結(jié)構(gòu)承載增強。為了保證建筑結(jié)構(gòu)建造得更加美觀，本次工程使用的是“暗牛腿”，也就是隱藏在暗處的外挑結(jié)構(gòu)?！鞍蹬Ｍ取绷粼O(shè)在與梁一半高度的位置，用來承受其他連接力。在梁傳遞到外挑結(jié)構(gòu)的力較大時，“暗牛腿”無法承受，本文選用混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)制外挑結(jié)構(gòu)，減少該結(jié)構(gòu)的尺寸高度。外挑結(jié)構(gòu)預(yù)制完成之后，需要采用螺栓對構(gòu)件進行連接拼裝，將外挑結(jié)構(gòu)與螺栓連接，傳遞梁結(jié)構(gòu)的彎矩。本文在裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)預(yù)制的過程中，采用濕式節(jié)點連接。節(jié)點各項性能與現(xiàn)澆混凝土的節(jié)點相當(dāng)，能夠在保證框架結(jié)構(gòu)建造安全的前提下，減少濕作業(yè)的工作量。裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點情況如圖1 所示。

圖1 裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點示意圖（來源：作者自繪）

如圖1 所示，框架結(jié)構(gòu)連接節(jié)點用于連接梁、柱，在梁段預(yù)留一段U型鍵槽，梁底的受力鋼筋為鋼絞線，鋼絞線在鍵槽內(nèi)向上彎起，并在節(jié)點核心區(qū)域布置2 根U 型鋼筋，保證梁柱梁段的有效連接。在預(yù)制框架結(jié)構(gòu)的過程中，在梁端安裝剪力槽、粗糙面，安裝完畢后，在施工現(xiàn)場整體裝配。在邊柱與角柱附近采用螺紋端錨板拼接，保證框架柱內(nèi)穩(wěn)定施工。預(yù)制柱節(jié)點的鋼筋主要采用套筒螺紋連接，將混凝土放在模具中，拆模時再取出，并在施工現(xiàn)場安裝即可保證連接質(zhì)量。

1.2 搭建混凝土承板支撐體系

混凝土承板是建筑中大力推廣的結(jié)構(gòu)，在建造過程中，免去支模的工作量，簡化建造流程，對于提升結(jié)構(gòu)建造具有重要作用。在承板建造的過程中，應(yīng)在混凝土澆筑的位置增加一道臨時支撐，該支撐的立桿直徑為48 mm，高度約250 mm，立桿之間的間距低于1600 mm，在立桿下端鋪墊木方，上端與U 型托連接，該水平支撐為40 mm×80 mm。為確保支撐體系安全可靠，承板桁架的上下弦桿與腹桿均采用角鋼材料，弦桿與腹桿之間焊接，承板的平整度較高。柱網(wǎng)的尺寸設(shè)置為4800 mm×3300 mm，每塊承板均為1000 mm×1500 mm 的單向板。桁架承板支撐體系的各個桿件結(jié)構(gòu)根據(jù)內(nèi)力來確定。搭建承板所需荷載設(shè)計值如表1 所示。

表1 支撐體系荷載設(shè)計值

如表1 所示，在承板搭建的過程中，吊裝臨時支撐架，便于節(jié)點與構(gòu)件的就位，根據(jù)吊裝時臨時支撐的受力變化情況，對臨時支撐的荷載進行合理設(shè)計，保證臨時支撐吊裝到位?？紤]到支撐架的穩(wěn)定性需求，本文主要考慮承板上層結(jié)構(gòu)的作用荷載，也就是吊裝的重量。桁架在施工現(xiàn)場地面拼裝后，以分段吊裝的方式建造。支撐架采用組合結(jié)構(gòu)，在支撐體系的中心分布。臨時支撐在桁架承板內(nèi)側(cè)下端安裝，并通過水平桁架設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，使其在支撐架上形成整體受力，提高臨時支撐的穩(wěn)定性。

1.3 安裝低碳節(jié)能混凝土疊合板

在承板支撐體系搭建完成后，本文安裝混凝土疊合板。疊合板是將承板的受力鋼筋加工成混凝土桁架，在桁架的下弦安裝一個預(yù)制的混凝土，形成混凝土疊合板，下弦鋼筋可以作為疊合板的受力鋼筋使用。疊合板在制作的過程中，將模板進行清理，預(yù)制一個符合建造需求的疊合板，安裝底板鋼筋、混凝土桁架，疊合板的整體張拉與放張均采用臺座梁段的地錨固定。隨后綁扎吊鉤混凝土構(gòu)件，在施工現(xiàn)場進行混凝土結(jié)構(gòu)安裝，并利用混凝土薄板件兩端固定混凝土底板、地梁，傳導(dǎo)承板的力。

在疊合板預(yù)制的過程中，在模臺上畫出模板與混凝土構(gòu)件的位置，并按照設(shè)計要求設(shè)置鋼絲。鋼絲的一端通過模態(tài)上的鎖緊固定，疊合板主筋的間距均勻，在主筋初始狀態(tài)一致的條件下，保證混凝土構(gòu)件建造的偏差較低。同板底同向縱筋承載著混凝土構(gòu)件的縱向張力，通長縱筋承載著混凝土構(gòu)件的水平張力。通過高強螺紋鋼筋與疊合板連接固定，將螺紋鋼筋穿入疊合板模臺端部固定，同時對疊合板進行張拉。疊合板制作完成后，采用升、降、恒溫的方式，對混凝土疊合板進行養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度低于25℃，運輸與現(xiàn)場裝配的過程中，混凝土的強度等級能夠與預(yù)制過程保持一致。

1.4 架設(shè)節(jié)能裝配式墻體筒柱

為保證混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)能效果，本文在疊合板與承板安裝完畢后，對墻體筒柱進行安裝。墻體筒柱是混凝土筒體，在工廠將筒體預(yù)制完畢后，將其運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，根據(jù)施工現(xiàn)場與裝配式結(jié)構(gòu)工程情況，設(shè)定相應(yīng)建造方案。混凝土筒體是以混凝土為建造材料，型鋼為鋼骨，作為混凝土梁、柱的基本構(gòu)件，具有操作簡單、承載力強的優(yōu)勢。根據(jù)型鋼的結(jié)構(gòu)，常用I、H、L 等截面形式，本次工程采用“I”型截面形式進行建造。

混凝土筒體“I”型形式結(jié)構(gòu)，主要是借助鋼管對混凝土的約束作用，使混凝土從單相受壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿嗍軌?，從而具有更高的承載能力，預(yù)防混凝土筒體出現(xiàn)的形變問題。在施工現(xiàn)場根據(jù)混凝土強度、筒體外觀質(zhì)量、尺寸等指標進行檢查，在施工現(xiàn)場鋪設(shè)灰土墊層，并設(shè)置一定的防護與排水措施。筒體的最大高度設(shè)定為15 m，回轉(zhuǎn)半徑約20 m，根據(jù)筒體的重量，選擇合適的起重機，保證筒體能夠承載梁、柱施加的壓力，提高混凝土結(jié)構(gòu)的整體建造穩(wěn)定性。

2 實例分析

2.1 工程概況

為驗證本文設(shè)計的建造技術(shù)是否能夠應(yīng)用于實際工程中，本文以X 商業(yè)辦公建筑為例，按照上述建造技術(shù)，對建筑進行混凝土結(jié)構(gòu)建設(shè)。X 商業(yè)辦公建筑采用裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)，分為A1 辦公樓與A2 辦公樓。A1 與A2 均為獨立基礎(chǔ)建筑，建筑結(jié)構(gòu)安全，抗震等級良好。本工程主要構(gòu)件選用強度等級為C35 的混凝土，樓層采用混凝土疊合板建造樓梯。疊合板制作工藝流程如圖2 所示。

圖2 疊合板制作工藝流程圖（來源：作者自繪）

由圖2 可知，本工程選用裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，對預(yù)制構(gòu)件的要求高，柱、梁是混凝土框架結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件，配筋復(fù)雜，對尺寸要求高，需要經(jīng)過清理模板—模板組裝—鋼筋與預(yù)埋件安裝—隱蔽工程驗收—澆筑混凝土—振搗、表面處理—養(yǎng)護—脫模起吊—產(chǎn)品驗收等流程。

疊合板是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)面較大的構(gòu)件，在現(xiàn)場裝配能夠與現(xiàn)場施工條件保持一致，從而提升建造效果。

2.2 應(yīng)用結(jié)果

在上述施工條件下，本文隨機選取出混凝土梁結(jié)構(gòu)、柱結(jié)構(gòu)、板結(jié)構(gòu)、墻板結(jié)構(gòu)等相關(guān)項目，采用尺量檢查、靠尺檢查、鋼尺量檢查等方式，對各個混凝土結(jié)構(gòu)的偏差進行仔細測量。每個混凝土結(jié)構(gòu)均存在一個允許的偏差范圍，在此偏差之內(nèi)，即可保證建造的穩(wěn)定效果。在允許偏差一定的這個前程條件下，使用本文設(shè)計的建造技術(shù)后混凝土構(gòu)件的實際偏差如表2所示。

表2 應(yīng)用結(jié)果

由表2 可知，本文主要是對混凝土結(jié)構(gòu)建造后的長度、寬度、平整度、對角線差、預(yù)留孔洞等指標進行分析，分別使用尺量檢查、靠尺檢查、鋼尺量檢查等方式，對各個混凝土結(jié)構(gòu)進行偏差分析。實際偏差在允許偏差范圍之內(nèi)的基礎(chǔ)上，偏差越小，建造技術(shù)的建造效果越佳。使用本文設(shè)計的建造技術(shù)后混凝土構(gòu)件的實際偏差，均在允許偏差的范圍內(nèi)。其中，混凝土墻板寬度、預(yù)留孔洞中心線位置的偏差較小，均低于1.0 mm，能夠滿足混凝土結(jié)構(gòu)的建造需求。同時，本文設(shè)計的建造技術(shù)消耗的能量較少，能夠滿足結(jié)構(gòu)建造的節(jié)能需求，符合本文研究目的。

3 結(jié)語

為了更進一步保證建筑工程的建造效果，本文研究低碳節(jié)能裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建造技術(shù)這一課題。從混凝土框架、支撐體系、疊合板、墻體筒柱等方面，建造更加穩(wěn)定、節(jié)能、符合建造需求的結(jié)構(gòu)，為建筑的整體建設(shè)穩(wěn)定性提供保障。