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—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415根，對比傳統(tǒng)木模現(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)計混凝土支墩，通過滿足抗扭驗算要求，用于花籃疊合梁的架設(shè)，疊合梁就位后可實現(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

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)計了混凝土挑板的預(yù)制疊合梁上，通過設(shè)計驗算復(fù)核，實現(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

為了實現(xiàn)廠房主體結(jié)構(gòu)梁板免支撐，框架柱頂部設(shè)計的混凝土支墩需嚴(yán)格滿足設(shè)計要求并預(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

由于項目廠房首層為框架結(jié)構(gòu)，具有開間大、布局靈活的特點，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[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

4.1 工藝流程

施工前根據(jù)圖紙設(shè)計進(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，同時利用Tekla軟件分析梁柱節(jié)點鋼筋碰撞情況，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)點鋼筋及梁上部筋、板縫鋼筋綁扎→梁柱節(jié)點、疊合層封模澆筑。

4.2 主要技術(shù)要點

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、鋼筋籠同時起吊就位于獨立基礎(chǔ)頂部，四周拉設(shè)纜風(fēng)繩將鋼模固定，同時通過纜風(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，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?；炷林Ф者_(dá)到設(shè)計強(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進(jìn)行重點檢查。

SP板吊裝時，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，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，同時由于廠房2層豎向構(gòu)件為鋼柱，所有節(jié)點區(qū)鋼筋需要避開節(jié)點中心處鋼柱抗剪槽。節(jié)點核心區(qū)鋼筋主要施工順序為：先綁扎箍筋、抗扭鋼筋，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)點封模、板縫吊模

梁柱節(jié)點核心區(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、梁疊合層、板縫澆筑

梁柱節(jié)點、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)點及梁疊合層，再澆筑板縫，所以在澆筑梁柱節(jié)點和梁疊合層時，要用方木對板縫端頭進(jìn)行臨時封堵?；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。

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1 d，梁板吊裝時間計0.5 d，免支撐體系施工整體時間減少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)木模現(xiàn)澆柱，每根柱造價減少約12.8%；鋼?，F(xiàn)澆柱對比預(yù)制柱，每根造價減少約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)項目所在地每平米模板支模架搭設(shè)價格，按當(dāng)?shù)赜媰r標(biāo)準(zhǔn)計算，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)械使用費用降低近240%，極大地降低了施工成本，實現(xiàn)了項目成本創(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，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例證明來作為工程實踐的指導(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)房等項目提供了新的設(shè)計和施工思路，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。