裝配式房屋建筑技術創(chuàng)新分析

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摘要：近年來，全國多個省市大力推進裝配式建筑，裝配式建筑是在工廠加工制作好建筑用構件和配件，運輸?shù)浇ㄖ┕がF(xiàn)場進行裝配而成的建筑。長沙市洋湖片區(qū)藍天保障性住房在總結(jié)以往經(jīng)驗的基礎上，通過技術創(chuàng)新，進一步提升了裝配式建筑工程品質(zhì)，為裝配式建筑工程的建設提供了寶貴經(jīng)驗，推動了建筑節(jié)能，促進了綠色建筑的發(fā)展?；诖?，文章以此為例，就裝配式房屋建筑技術創(chuàng)新進行了研究。

關鍵詞：裝配式房屋建筑；建筑技術；技術創(chuàng)新

1工程簡介

長沙市洋湖片區(qū)藍天保障性住房工程位于國家級新區(qū)湘江新區(qū)，是全省推進“兩型社會”建設和建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重點項目，也是長沙市首批住宅產(chǎn)業(yè)化示范項目，2014年被列為長沙市“六個走在前列”重點建設的民生工程。工程為一種新型的綠色裝配式建筑，主要部分采用預制部件集成裝配而成。建筑面積60萬m2，投資約17億元。該工程主要采用預制部件集成裝配而成，豎向承重結(jié)構體系柱、剪力墻采用現(xiàn)澆。工程采用了預制混凝土外墻掛板技術、夾心保溫墻板技術，將保溫、隔熱、裝飾裝修等功能要求結(jié)合起來，建筑物安全性、保溫性能卓越；采用了預制構件工廠化生產(chǎn)加工技術，施工快，節(jié)材、省工、節(jié)能環(huán)保；采用了裝配式建筑密封防水應用技術、清水混凝土模板技術、混凝土裂縫控制技術等，實現(xiàn)了工程外墻和屋頂無滲漏，表面平整、尺寸準確、拼縫嚴密，基礎筏板“不裂不滲”（見圖1）。工程采用高層住宅結(jié)構集成體系，高層住宅均采用裝配式“內(nèi)澆外掛體系”，該體系的豎向承重結(jié)構體系柱、剪力墻采用現(xiàn)澆方式，外圍剪力墻均采用預制外墻板與剪力墻疊合現(xiàn)澆，水平結(jié)構體系則采用由疊合梁和疊合板組成的疊合樓蓋體系，內(nèi)隔墻采用預制填充內(nèi)墻墻板。PC構件分類如下：預制外掛板、預制隔墻板、預制內(nèi)墻板、疊合梁、疊合板、預制樓梯（見圖2）。

2關鍵技術創(chuàng)新要點

2.1混凝土樁復合地基技術

該工程處于湘江河畔，地下水豐富。地質(zhì)復雜起伏大，地下高度為3.75m，地上建筑最大高度為81.2m。為保證基礎的穩(wěn)定，設計1.8m厚筏板基底和樁頂之間設置300mm厚度的褥墊層，預應力管樁設計直徑為500mm，間距2m，設計樁長36m至42m。預應力管樁通過打樁機錘擊、接樁、封底、收錘等工序，經(jīng)驗收合格后，在樁頂上鋪褥墊層，基底褥墊層厚度為300mm，每邊寬出基礎邊300mm，由中砂和碎石組成，碎石顆粒不大于3cm，沙與石比列為3∶7，回填夯實至基礎墊層底設計標高處。預制管與樁褥墊層共同承擔了建筑上部荷載，保證了基礎的穩(wěn)定，減少建筑累計沉降量，從而降低了預制構件拼縫開裂概率。

2.2混凝土裂縫控制技術

該工程筏板厚度為1.8m，設計已考慮在混凝土中摻抗裂纖維。工程選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，同時在混凝土中摻入粉煤灰和摻入抗裂纖維，減少約15%的水泥，混凝土攪拌站嚴格、準確控制原材料計量準確，確?；炷恋馁|(zhì)量，降低混凝土水化熱。采用平鋪法分層澆筑，分層厚度為50cm。安裝Φ40鍍鋅鋼管冷卻水管，冷卻水管在混凝土澆筑前完成安裝，用鋼絲綁扎固定在筏板架立筋上，防止打斷損壞水管，冷卻水管數(shù)量鋪設分為兩段通水，冷卻水管內(nèi)的冷卻水流向每12h變換一次，使混凝土能均勻冷卻。混凝土澆筑時預埋熱電偶，分別探測混凝土內(nèi)部和表面溫度，混凝土外部環(huán)境使用溫度計測溫，測溫時做好測溫記錄。在混凝土澆筑后，先初步按標高用長刮尺刮平，在終凝前用木抹子反復搓平壓實。加強混凝土養(yǎng)護，采用在表面覆蓋一層塑料薄膜，以減少水分的散發(fā)，縮小底板表面與大氣溫差，避免溫差過大而造成溫度裂縫。當溫差較小且穩(wěn)定后，可逐步減小通水量直至停止通水，冷卻水管停止通水后，通過高壓氣流將管內(nèi)水排干，再進行高壓注漿（漿體材料強度比筏板高一個強度等級）將冷卻水管密封。

2.3基于BIM的現(xiàn)場施工管理信息技術

基于BIM的現(xiàn)場施工管理信息技術是指利用BIM技術，并借助移動互聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)施工現(xiàn)場可視化、虛擬化的協(xié)同管理。在施工階段結(jié)合施工工藝及現(xiàn)場管理需求對設計階段施工圖模型進行信息添加、更新和完善，以得到滿足施工需求的施工模型。依托標準化項目管理流程，結(jié)合移動應用技術，通過基于施工模型的深化設計，以及場布、施組、進度、材料、設備、質(zhì)量、安全、竣工驗收等管理應用，實現(xiàn)施工現(xiàn)場信息高效傳遞和實時共享，提高施工管理水平。

2.4鋼筋直螺紋連接技術

鋼筋直徑d＞22時采用滾軋直螺紋連接方式，設計接頭等級為I級。直螺紋連接施工質(zhì)量穩(wěn)定，減少了現(xiàn)場焊接工作量，能更好地保證施工質(zhì)量，且能全天候作業(yè)，保證施工工期。工藝流程：鋼筋原料→切頭→機械加工（絲頭加工）→套絲加保護套→現(xiàn)場安裝。施工要求：（1）連接鋼筋接頭強度必須達到鋼材強度值。（2）鋼筋套絲質(zhì)量必須符合要求，須逐個用月牙形規(guī)和卡規(guī)檢查。（3）鋼筋螺紋的完整牙數(shù)不小于規(guī)定牙數(shù)。（4）接頭擰緊值應滿足“接頭擰緊力矩值表”規(guī)定的力矩值。（5）接完的鋼筋接頭必須用油漆做標記，其外露絲扣應留有一兩個完整絲扣。

2.5組合鋁合金模板施工技術

該工程住宅樓主體結(jié)構標準層采用鋁合金模板與預制掛板結(jié)構相結(jié)合的方法施工，主體結(jié)構多為預制板、疊合樓板、疊合梁等，鋁合金模板主要用于現(xiàn)澆混凝土模板（剪力墻、梁），模板標準尺寸為400mm×2560mm，墻模板型材高65mm，鋁板材5mm厚。施工工藝：鋁合金模板拆分設計→工廠化生產(chǎn)機運輸→安裝墻板及校正垂直度→樓面梁模板安裝及校正→安裝樓面模板龍骨→安裝樓面梁模板及調(diào)平→檢查驗收。鋁合金模板具有自重輕、強度高、加工精度高、單塊幅面大、施工方便的特點，并能提高混凝土外觀質(zhì)量。同時模板周轉(zhuǎn)使用次數(shù)多、攤銷費用低、回收價值高，減少了建筑垃圾，有較好的綜合經(jīng)濟效益。

2.6清水混凝土模板技術

根據(jù)該工程裝配式建筑PC構件外形尺寸和外觀質(zhì)量要求，清水混凝土設計前對工程進行全面深化設計，項目采用鋁合金模板施工技術，妥善解決好對飾面效果產(chǎn)生影響的關鍵問題，包括PC構件間的縫處理、PC構件與現(xiàn)澆的縫處理。

2.7裝配式混凝土框架結(jié)構技術

工程部分框架梁采用預制構件通過可靠的連接方式裝配而成，連接節(jié)點處預制構件預留鍵槽、現(xiàn)場后澆混凝土、預應力鋼筋等將構件連成整體的混凝土結(jié)構。該工程疊合主要分在除核心筒以外的位置。預制構件在梁柱節(jié)點處通過后澆混凝土連接，預制構件為一字形，兩端鋼筋錨入剪力墻，疊合框架梁的箍筋采用整體封閉箍筋，通過現(xiàn)場綁扎上部鋼筋，混凝土澆筑形成一個整體。

2.8混凝土疊合樓板技術

該工程將樓板沿厚度方向分成兩部分，底部是60mm預制底板，上部80mm后澆混凝土疊合層。配置底部鋼筋的預制底板作為樓板的一部分，在施工階段作為后澆混凝土疊合層的模板承受荷載，預制疊合板按照設計圖紙預留桁架鋼筋（樓板底部鋼筋），通過現(xiàn)場綁扎樓板上部鋼筋以及內(nèi)隔墻預留固定鋼筋再澆筑混凝土形成整體的140mm厚疊合混凝土構件。施工特點：預制混凝土底板的混凝土強度等級不宜低于C30、預制底板厚度不宜小于60mm，后澆混凝土疊合層厚度不應小于60mm。作為裝配式建筑預制的一部分，具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，同樣可作為樓板現(xiàn)澆部分的底模，是裝配式建筑快拆體系最重要的部分。

2.9預制混凝土外墻掛板技術、夾心保溫墻板技術

該工程20棟住宅樓外墻均安裝在主體結(jié)構上，起圍護、裝飾作用的非承重預制混凝土外墻板，板厚160mm，其結(jié)構組成為外葉鋼筋混凝土60mm厚+保溫層（XPS）50mm厚+內(nèi)葉鋼筋混凝土50mm厚結(jié)構層，按期結(jié)構組成分類屬于夾心保溫板，外掛板上部預留鋼筋錨入樓板或梁中、下部采用L型鋼與樓地面連接、左右相鄰外掛板間采用一字型剛板連接，通過200mm厚現(xiàn)澆混凝土形成一個整體。生產(chǎn)工藝流程：模臺清掃→模具組裝、噴涂脫模劑→安裝預埋件（含水電）→內(nèi)葉墻混凝土澆筑振搗（一次）→鋪保溫板、插連接件、鋪鋼筋網(wǎng)→外墻模具組裝→外葉墻混凝土澆筑（二次）→振搗趕平、預養(yǎng)護、抹面→養(yǎng)護、脫?！跹b→運輸安裝綜合效益：擠塑板的導熱系數(shù)為混凝土導熱系數(shù)的1/50，通過中間的擠塑板設計隔斷了內(nèi)外熱量傳遞的通道，實現(xiàn)保溫節(jié)能的效果。藍天保障房外墻通過優(yōu)化改進，全部采用三明治外掛板，且全墻范圍連續(xù)設置，結(jié)合上下層的保溫樓地面，形成一個保溫的封閉空間得建筑具有整體性、耐久性、安全性、保溫性、高效性的卓越性能。

2.10裝配式混凝土結(jié)構建筑信息模型應用技術

該工程通過與設計院、預制構件廠家共同研究建筑信息模型技術在裝配式建筑上利用，實現(xiàn)裝配式混凝土結(jié)構的設計、生產(chǎn)、運輸、裝配、運維的信息交互和共享，實現(xiàn)裝配式建筑全過程一體化協(xié)同工作。應用BIM技術，裝配式建筑、結(jié)構、電氣等專業(yè)協(xié)同設計，實現(xiàn)建筑、結(jié)構、電氣一體化。

2.11預制構件工廠化生產(chǎn)加工技術

該工程預制構件由預制構件工廠統(tǒng)一生產(chǎn)加工，PC構件廠采用柔性生產(chǎn)線，可移動的模臺作為施工工作面，施工人員在固定的地方進行鋼筋綁扎、混凝土澆筑等施工作業(yè)。施工特點：通過移動模臺、桁車、鋼筋自動化加工設備、混凝土智能化澆筑振搗機、抹面機、劃線機、拉毛刻槽機、預養(yǎng)窯、蒸養(yǎng)窯、臺面清掃機等成套機械設備，實現(xiàn)預制構件從模具組裝到構件達到出廠標準全過程機械化、智能化、信息化循環(huán)生產(chǎn)。柔性生產(chǎn)線在施工生產(chǎn)中的優(yōu)勢很明顯，任一作業(yè)工種完成一段工作后，模臺移動，進行下一段工作，工序銜接緊密，沒有干擾。每一工序在一個專業(yè)的區(qū)域內(nèi)作業(yè)，材料準備和機械操作方面都有特定的操作流程，利于精細化管理。預制構件生產(chǎn)過程施工單位和監(jiān)理單位都會指派專業(yè)人員駐廠監(jiān)造，確保施工質(zhì)量。

2.12基于BIM的管線綜合技術

運用BIM技術的三維可視化、模擬化等特性。工程開工后對給排水、電氣專業(yè)進行建模并開始空間的碰撞檢查，對于構件沖突或不滿足空間距離的部位，進行調(diào)整。模擬水電安裝工序施工，實現(xiàn)了構件拼裝復雜節(jié)點可視化，提前預防因圖紙理解不透徹而盲目施工的問題。通過三維模型管線會審，發(fā)現(xiàn)管線碰撞共50處，減小了后期調(diào)整避讓的難度。

2.13裝配式建筑密封防水應用技術

密封防水是裝配式建筑應用的關鍵技術環(huán)節(jié)，直接影響裝配式建筑的使用功能及耐久性、安全性。裝配式建筑的密封防水主要指外墻防水，主要密封防水方式有材料防水、構造防水兩種。該工程外墻板通過優(yōu)化設計，采用內(nèi)高外低的“企口”（見圖3），并在內(nèi)側(cè)粘貼防水卷材、外側(cè)打膠，形成結(jié)構和構造兩道防水，實現(xiàn)了外墻無滲漏。打膠施工方法：預埋構件（懸掛式安全防護籃）割除防銹→縫內(nèi)粘貼背襯材料→縫外側(cè)邊美紋紙膠帶→填塞西卡膠外墻預制板水平拼縫防滲難度大。通過優(yōu)化設計，采用內(nèi)高外低的“企口”，并在內(nèi)側(cè)粘貼卷材、外側(cè)打膠，形成結(jié)構和構造兩道防水，實現(xiàn)了外墻無滲漏。

3結(jié)束語

在國家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的大背景下，發(fā)展符合資源節(jié)約型和環(huán)保型的裝配式施工創(chuàng)新技術，能滿足廣大城鄉(xiāng)居民對提高住宅的質(zhì)量、性能和品質(zhì)的需求。采用工業(yè)化生產(chǎn)方式，通過預制混凝土工廠流水線生產(chǎn)的裝配式工業(yè)化住宅構件和部品的標準化、工業(yè)化生產(chǎn)和安裝，預制構件表面平整、尺寸準確，密實度高，預制產(chǎn)品較現(xiàn)澆加工精度和加工質(zhì)量的提高明顯提升工程質(zhì)量，有效提高了混凝土構件的耐久性，而且能將保溫、隔熱、水電管線、裝飾裝修等多方面功能要求結(jié)合起來，降低后期的維護費用，能延長建筑物的使用壽命10～15年，由此帶來的經(jīng)濟效益明顯，也有利于結(jié)構百年設計目標的實現(xiàn)。在裝配式建筑設計階段應用BIM技術建立項目三維模型，對項目進行方案優(yōu)化、施工圖設計、構件拆分、深化設計、碰撞檢查，減少施工過程中可能產(chǎn)生的誤差。BIM技術與裝配式建筑相輔相成，互相促進，將成為我國建筑業(yè)發(fā)展的未來方向。

參考文獻：

[1]張斌,胡江海.房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構建造技術創(chuàng)新研究[J].工程技術研究,2020,5(5):147-148.

作者：潘斌 張濟忠 易峰 單位：中國水利水電第八工程局有限公司