裝配式建筑施工技術(shù)與質(zhì)量控制方法研究

張黎明

（中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030000）

目前，在我國(guó)建筑業(yè)中，采用的施工方法存在浪費(fèi)資源、污染環(huán)境和生產(chǎn)力低等問題，傳統(tǒng)的施工技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中較為落后、發(fā)展方向不夠明確。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，該技術(shù)在我國(guó)的建筑業(yè)中逐漸被淘汰[1]。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，裝配式結(jié)構(gòu)的建筑是將預(yù)先制作的建筑構(gòu)件按照規(guī)范排列、擺放，并用車輛運(yùn)輸?shù)阶鳂I(yè)現(xiàn)場(chǎng)，在施工現(xiàn)場(chǎng)，構(gòu)件需要按照使用順序或標(biāo)號(hào)放置[2]。與其他類型建筑工程相比，采用該技術(shù)可以有效縮短施工周期，減少施工中的揚(yáng)塵污染。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)所需的工人數(shù)量相對(duì)較少[3]。因此，這類建筑在實(shí)際應(yīng)用中更能體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和前沿的建筑設(shè)計(jì)理念。

由于裝配式結(jié)構(gòu)建筑在我國(guó)還處于起步階段，因此在國(guó)家大力推廣裝配式結(jié)構(gòu)建筑的背景下，這類建筑的施工技術(shù)方案的潛在問題日益突出，例如設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目、施工和運(yùn)維等方面都不成熟，在設(shè)計(jì)階段無法保證質(zhì)量、生產(chǎn)階段的管理流程不完善、施工技術(shù)存在局限性以及缺乏運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)等[4]。因此，須對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)建筑的施工工藝和質(zhì)量控制進(jìn)行探討，進(jìn)而推動(dòng)建筑行業(yè)在市場(chǎng)內(nèi)的發(fā)展。

1 裝配式建筑施工灌漿套筒試件質(zhì)量檢測(cè)

為控制裝配式建筑施工質(zhì)量，需要對(duì)其施工技術(shù)和質(zhì)量控制方法進(jìn)行優(yōu)化。以裝配式建筑施工中最常見的灌漿套筒鋼筋連接構(gòu)件為例，對(duì)施工前和施工中所須構(gòu)件進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)[5]。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，灌漿套筒鋼筋連接構(gòu)件能夠進(jìn)一步提高施工質(zhì)量，增加連接節(jié)點(diǎn)的可靠性。在具體施工過程中，需要在鋼筋與套筒間填充高強(qiáng)、快硬和無收縮性能的灌漿材料，待其完全固化后，形成施工所需的連接件[6]。在對(duì)灌漿套筒試件質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)的過程中，需要嚴(yán)格設(shè)置檢測(cè)條件，見表1。

表1 灌漿套筒試件質(zhì)量檢測(cè)條件設(shè)置表

在3種不同作用力下，當(dāng)接頭的拉力達(dá)到連接鋼筋標(biāo)準(zhǔn)抗拉荷載的1.15倍且沒有斷裂時(shí)，接頭合格。在單向靜力拉伸狀態(tài)下，節(jié)點(diǎn)的屈服強(qiáng)度應(yīng)不小于節(jié)點(diǎn)鋼筋的標(biāo)準(zhǔn)屈服強(qiáng)度。在規(guī)定的高應(yīng)力、大變形的多次拉壓循環(huán)下，其抗拉強(qiáng)度應(yīng)不小于連接鋼筋的抗拉強(qiáng)度，當(dāng)失效時(shí)在接頭外部鋼筋處不應(yīng)斷裂。

2 施工中部分耐久性指標(biāo)檢測(cè)

隨著裝配式混凝土結(jié)構(gòu)向大型化、巨型化發(fā)展，其耐久性問題日益突出。腐蝕鋼筋對(duì)混凝土的耐久性有很大影響，其中氯離子對(duì)腐蝕混凝土有非常重要的影響。因此，在質(zhì)量控制過程中，須對(duì)混凝土耐久性進(jìn)行快速評(píng)估[7]。以電化學(xué)RCT為基礎(chǔ)，以純氯化物溶液中生成的電壓為基準(zhǔn)，對(duì)真實(shí)裝配體中氯化物含量進(jìn)行快速檢測(cè)。在萃取后的粉末樣品中，除氯離子外，其他陰離子都以一定的形態(tài)被遮蔽，而溶液中的陽離子幾乎不會(huì)影響電壓，只有氯離子容易被氧化-還原而形成電勢(shì)差。計(jì)算氯離子含量百分比如公式（1）所示。

式中：Φ為已知濃度的純?nèi)芤弘娢徊?；[Cl-]為氯離子含量百分比；[Cl2]為氯離子氧化還原量。

通過計(jì)算可知，隨著氯離子含量不斷增加，溶液會(huì)逐漸從正電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)電壓。在檢測(cè)的過程中，首先，完成取樣操作。在預(yù)制件上選取有代表性的表面標(biāo)定采樣點(diǎn)，將孔距和孔數(shù)均勻化。其次，篩分芯樣。從同一組芯樣中，取等質(zhì)量不低于200g的混凝土試樣，將試樣砂漿砸碎后攪拌均勻，用直徑0.1mm的篩子對(duì)粉末進(jìn)行篩分，篩分后的粉末放在烘干箱中烘干處理[8]。再次，配制濾液。樣品粉末冷卻后，將定量的粉末放入三角形的燒瓶中。為防止水中的離子影響測(cè)定結(jié)果，在燒瓶中添加去離子水，并強(qiáng)烈震動(dòng)混合物，當(dāng)溶液完全渾濁并且呈現(xiàn)咖啡色時(shí)，再將其慢慢地倒進(jìn)塑料杯中，放置241min后，對(duì)其進(jìn)行過濾，得到濾液。最后，測(cè)定。將一定數(shù)量的濾液放入干凈的燒杯，用RCT測(cè)試儀對(duì)預(yù)制件試樣中的氯離子進(jìn)行測(cè)定。

3 基于PKPM-PC的結(jié)構(gòu)受力性能分析與數(shù)值跟蹤檢算

PKPM-PC是裝配式建筑施工項(xiàng)目中常見的用于設(shè)計(jì)預(yù)制方案的軟件，其具備較好的兼容性。當(dāng)裝配式建筑施工技術(shù)與質(zhì)量控制時(shí)，根據(jù)該軟件結(jié)合裝配式建筑的特點(diǎn)，采用PKPMPC完成建模，并通過SATWE分析模型結(jié)構(gòu)受力性能。當(dāng)分析超高裝配率的住宅樓項(xiàng)目混凝土結(jié)構(gòu)空間時(shí)，需要先對(duì)預(yù)制剪力墻和預(yù)制樓板的模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。SATWE基于空間殼單元的超級(jí)單元—普通墻體單元，對(duì)裝配式剪力墻進(jìn)行有限元數(shù)值模擬。對(duì)大尺寸、開孔等裝配式剪力墻，采用基于子結(jié)構(gòu)的方法，將單元?jiǎng)澐譃槎鄠€(gè)單元，對(duì)單元的剛度進(jìn)行計(jì)算并疊加，最終通過靜壓縮原理消除單元?jiǎng)澐謳淼淖杂啥?，將單元的剛度壓縮至側(cè)節(jié)點(diǎn)，保證單元的精確性，同時(shí)限制單元的出口自由度。為保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，將樓板視為彈性板件。在SATWE軟件中，將彈性樓面作為一種結(jié)構(gòu)單元，對(duì)其進(jìn)行描述。彈性地板單元是在PIMCAD資料輸入中，將地板視為超級(jí)單元，并通過編程對(duì)該單元進(jìn)行自動(dòng)分割與自由壓縮。該文提出的簡(jiǎn)化方法以最小的建模誤差為前提，適用于特殊的樓面結(jié)構(gòu)、板柱結(jié)構(gòu)以及對(duì)計(jì)算精度有較高要求的多高層結(jié)構(gòu)。計(jì)算材料的彈性模量如公式（2）所示。

式中：Ecs為組合材料的彈性模量；Ac為混凝土材料的橫截面面積；Ec為混凝土材料的彈性模量；As

為鋼筋材料的橫截面面積；Es為鋼筋材料的彈性模量。材料容重可通過公式（3）推導(dǎo)得出組合材料容重如公式（4）所示。

式中：γcs為組合材料的容重；Acs為組合材料的橫截面面積；γc為混凝土材料的容重；γs為鋼筋材料的容重。通過計(jì)算，對(duì)模型的模態(tài)進(jìn)行分析，并得到所有結(jié)構(gòu)體系整體運(yùn)動(dòng)方程矩陣均滿足以下公式，如公式（5）所示。

式中：M為集中質(zhì)量矩陣；C為黏滯阻力系數(shù)矩陣；K為剛度系數(shù)矩陣；I為單向地震動(dòng)列向量；（t）為地面水平振動(dòng)加速度。

將選取的各組地震動(dòng)數(shù)據(jù)，按照水平方向施加在模型對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)上，計(jì)算各結(jié)構(gòu)各層間位移峰值并對(duì)其進(jìn)行分析。根據(jù)規(guī)范確定抗震結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形特征，在此基礎(chǔ)上得到結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間位移要求，如公式（6）所示。

式中：Δue為地震作用下結(jié)構(gòu)的最大層間位移；[θe]為結(jié)構(gòu)層間位移角度最大值；h為層高。

4 質(zhì)量控制案例分析

4.1 施工工藝與三維模型構(gòu)建

采用構(gòu)件安裝與現(xiàn)澆施工相結(jié)合的方式，對(duì)預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)運(yùn)輸、吊裝、安裝和節(jié)點(diǎn)連接等各環(huán)節(jié)質(zhì)量進(jìn)行控制，以提高現(xiàn)場(chǎng)工人的勞動(dòng)生產(chǎn)率，促進(jìn)裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展。設(shè)計(jì)項(xiàng)目施工工藝，如圖1所示。

圖1 超高裝配率建筑項(xiàng)目施工工藝流程

該研究的建筑工程從3層起以預(yù)制構(gòu)件為基礎(chǔ)，因此，可使用BIM技術(shù)，建立超高裝配率的三維數(shù)字模型，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，為指定結(jié)構(gòu)部件賦予預(yù)制屬性，三維數(shù)字模型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 超高裝配率建筑項(xiàng)目三維數(shù)字模型結(jié)構(gòu)

4.2 建筑項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制效果評(píng)價(jià)

在上述研究?jī)?nèi)容的基礎(chǔ)上，引進(jìn)層次模型，將超高裝配率建筑項(xiàng)目施工劃分為3個(gè)階段，對(duì)3個(gè)階段的項(xiàng)目施工質(zhì)量控制效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，如圖3所示。

圖3 建筑項(xiàng)目施工質(zhì)量控制效果評(píng)價(jià)指標(biāo)

采用專家打分與監(jiān)理方參與評(píng)分等方式，對(duì)住宅項(xiàng)目施工質(zhì)量控制方法進(jìn)行綜合評(píng)估。評(píng)價(jià)后的等級(jí)用V1～V4表示，其中V1施工質(zhì)量控制效果極好，施工后建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)指標(biāo)均通過驗(yàn)收，質(zhì)量方面未發(fā)現(xiàn)明顯異常。V2施工質(zhì)量控制效果較好，部分指標(biāo)未通過質(zhì)量驗(yàn)收，但并不會(huì)影響建筑工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量。V3施工質(zhì)量控制效果較差，較多指標(biāo)未通過質(zhì)量驗(yàn)收，建筑工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量較差，部分工程需要返工。V4施工質(zhì)量控制效果極差，大部分指標(biāo)未通過質(zhì)量驗(yàn)收，工程無法交工。

對(duì)3個(gè)階段的質(zhì)量控制效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表2。

表2 超高裝配率建筑項(xiàng)目施工中三個(gè)階段的質(zhì)量控制效果（在評(píng)估后對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)下打“√”）

5 結(jié)語

根據(jù)研究，結(jié)論如下：由表2可以看出，施工前、施工中和施工后3個(gè)階段的評(píng)價(jià)等級(jí)均為“V1”，說明在施工中，使用該文提出的方法對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行質(zhì)量管理，可以有效提高工程質(zhì)量，通過該方式，為裝配式結(jié)構(gòu)建筑在經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)內(nèi)的規(guī)范化和持續(xù)化發(fā)展提供幫助、技術(shù)指導(dǎo)及支撐。