新型建筑工業(yè)化項目施工技術(shù)實踐及問題研究

翟 鵬

（山東建筑大學, 濟南 250101）

新型建筑工業(yè)化項目施工技術(shù)實踐及問題研究

翟 鵬

（山東建筑大學, 濟南 250101）

新型建筑工業(yè)化是建設方式轉(zhuǎn)變的必由之路，發(fā)展新型建筑工業(yè)化，應加大力度開展對其結(jié)構(gòu)體系、建造技術(shù)和管理方式等基礎性的研究和實踐工作。預制裝配式施工技術(shù)是實現(xiàn)建筑產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)的根本途徑。本文介紹了國內(nèi)外典型的建筑裝配式技術(shù)新成果，在產(chǎn)業(yè)化試點工程建設實踐中總結(jié)了裝配式結(jié)構(gòu)施工階段的關(guān)鍵技術(shù)及施工重點，討論了實踐中發(fā)現(xiàn)的問題，并提出解決建議。

建筑工業(yè)化;裝配式;施工技術(shù)

0 引言

新型建筑工業(yè)化是采用工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的方式生產(chǎn)建筑產(chǎn)品的新思路，通過技術(shù)與管理手段對建筑產(chǎn)品生產(chǎn)全過程各個階段的生產(chǎn)要素進行集成和系統(tǒng)整合，透過不同的建筑體系，實現(xiàn)建筑設計標準化、部品構(gòu)件生產(chǎn)工廠化、現(xiàn)場施工機械化、組織管理科學化的要求，從而提高生產(chǎn)效率，保證建筑質(zhì)量，延長建筑壽命，實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材、節(jié)能與環(huán)保的綠色建設生產(chǎn)目標。

采用預制裝配式結(jié)構(gòu)施工技術(shù)是實現(xiàn)傳統(tǒng)建筑建造方式工業(yè)化改造的根本途徑。隨著越來越多的試點項目不斷推進，不同的裝配式結(jié)構(gòu)體系得到廣泛的應用，而相應的建筑設計規(guī)程及施工規(guī)范仍然很不完善。因此對于不同的裝配式結(jié)構(gòu)體系，在施工技術(shù)方面進行更多研究與實踐是至關(guān)重要的，也是新型建筑工業(yè)化得到廣泛推廣的根本保證。

1 預制裝配式施工技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1 預制裝配技術(shù)在國外的應用

作為建筑工業(yè)化的具體實現(xiàn)形式，裝配式技術(shù)在西方發(fā)達國家已有半個世紀以上的發(fā)展歷史，形成了各具特色比較成熟的產(chǎn)業(yè)鏈和較完善的技術(shù)體系。雖然這些國家或地區(qū)的國情與我國差別較大，但是就技術(shù)層面和經(jīng)驗借鑒方面，是值得我們探索和思考的。

1.1.1 美國混凝土預制技術(shù)的發(fā)展

美國從上世紀二十年代開始探索預制混凝土的研發(fā)，到七十年代PC技術(shù)得到廣泛的應用。在工程實踐中PC技術(shù)更是充分地發(fā)揮了其優(yōu)越性，體現(xiàn)了施工速度快、工程質(zhì)量好、經(jīng)濟耐久的優(yōu)勢。美國PCI組織已完成了PC技術(shù)的規(guī)范和標準的制定工作，擁有完備的使用手冊。這些手冊也正在不斷地、適時地更新，以適應技術(shù)的發(fā)展。

1.1.2 日本裝配式混凝土的發(fā)展

上世紀70年代是日本住宅產(chǎn)業(yè)逐漸邁向成熟的時期。這一時期在技術(shù)上產(chǎn)生了盒子住宅、單元式、大型壁板式住宅等多種形式，同時設立了住宅性能認證制度以保證其質(zhì)量和功能。到90年代，日本開始大量生產(chǎn)住宅通用部件，各種新的工業(yè)化施工技術(shù)廣泛被采用。2000年后，全裝配式住宅真正得到大面積的推廣和應用，施工技術(shù)也逐步得到優(yōu)化和發(fā)展。

1.1.3 歐洲國家裝配式混凝土建筑的發(fā)展

歐洲特別是北歐國家，裝配式混凝土建筑具有較長的歷史，在技術(shù)上積累了大量的經(jīng)驗。他們強調(diào)設計、材料、工藝和施工的完美結(jié)合。由于其長期可持續(xù)的研究和發(fā)展，他們的預制技術(shù)，已形成系統(tǒng)的基礎理論，并符合節(jié)能環(huán)保與循環(huán)經(jīng)濟要求[1]。

1.2 國內(nèi)企業(yè)預制裝配技術(shù)研究成果

1.2.1 萬科集團 PC,PCF 技術(shù)

萬科集團是探索工業(yè)化住宅建造技術(shù)的先行者，目前已形成了兩大技術(shù)：①PC(precast concrete)技術(shù)，主要用于全預制混凝土構(gòu)件，如陽臺、空調(diào)板、樓梯、內(nèi)隔墻板等；②PCF(precast concrete form) 技術(shù)，即預制混凝土模板技術(shù)，主要用于預制混凝土剪力墻外墻模以及疊合樓板的預制層等。結(jié)構(gòu)其他部分，如內(nèi)剪力墻、部分內(nèi)隔墻、電梯井等主體結(jié)構(gòu)仍然現(xiàn)澆，因此，現(xiàn)場濕作業(yè)量較大。

1.2.2 中南集團NPC技術(shù)

中南集團研發(fā)形成具有自身特色的NPC(new precast concrete)技術(shù)體系。該結(jié)構(gòu)體系豎向構(gòu)件的連接方式通過下部構(gòu)件預留插筋，上部構(gòu)件預留金屬波紋管實現(xiàn)鋼筋漿錨搭接連接；水平構(gòu)件通過設置現(xiàn)澆連接帶的方式進行連接；水平構(gòu)件與豎向構(gòu)件通過預留插筋伸入疊合層現(xiàn)澆混凝土實現(xiàn)連接，從而形成整體結(jié)構(gòu)。

中南集團的NPC技術(shù)體系大大降低了現(xiàn)澆量，比較適合于大多數(shù)的裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)住宅的建設。但是其關(guān)鍵連接點尤其是漿錨鋼筋連接處存在大量的灌漿孔，如何更好地保證每個孔的灌漿質(zhì)量、保證結(jié)構(gòu)安全是該體系進一步完善及改進的重點。

1.2.3 遠大住工PC技術(shù)

遠大集團于2006年正式成立長沙遠大住宅工業(yè)有限公司，開啟建筑工業(yè)化實踐之路。在吸納國外先進理念與技術(shù)的基礎上，研發(fā)了“住宅裝配式箱形結(jié)構(gòu)體系”，并通過技術(shù)集成推出整體浴室產(chǎn)品，其PC生產(chǎn)制造工業(yè)化率達85%以上[2]。

2 裝配式施工技術(shù)在濟南建筑工業(yè)化試點項目的應用

2.1 工程概況

2012年濟南市成為繼深圳、沈陽之后的第三個國家住宅產(chǎn)業(yè)化綜合試點城市。濟南市西客站片區(qū)安置三區(qū)小學工程是濟南市第一個住宅產(chǎn)業(yè)化試點項目，校區(qū)內(nèi)建筑由兩棟四層教學樓與一棟兩層辦公樓組成，教學樓兩端設有連廊將建筑連為一體。

該項目為國內(nèi)首次采用裝配整體式鋼-混凝土組合框架結(jié)構(gòu)體系的建筑產(chǎn)業(yè)化試點工程，工程主體框架采用鋼結(jié)構(gòu)，樓板采用PK預應力混凝土樓板加現(xiàn)澆混凝土疊合而成，外墻圍護結(jié)構(gòu)采用預制夾心保溫外墻掛板，內(nèi)隔墻采用預制粉煤灰加氣混凝土條板，樓梯采用裝配式整體樓梯。采取工廠標準化生產(chǎn)，現(xiàn)場機械化施工，裝配化率達90%。

2.2 工程采用的關(guān)鍵施工技術(shù)

2.2.1 鋼結(jié)構(gòu)

鋼材本身的特點決定了鋼結(jié)構(gòu)特別適宜工廠大批量生產(chǎn)，工業(yè)化程度高，是非常適合推廣的裝配式建筑結(jié)構(gòu)形式。本學校主體框架柱、梁采用鋼結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件全部在工廠中制作，現(xiàn)場吊裝施工，與混凝土框架結(jié)構(gòu)相比大大降低了現(xiàn)場濕作業(yè)程序，縮短主體結(jié)構(gòu)建造時間，且能更好的滿足建筑上大開間靈活分隔的要求。鋼柱內(nèi)通過灌注砼又可增強建筑結(jié)構(gòu)剛度，減小鋼結(jié)構(gòu)在地震作用下層間位移角較大的問題。另外鋼結(jié)構(gòu)與裝配式PC外墻掛板連接節(jié)點的設置相較裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)來說更加靈活方便。

2.2.2 PK疊合樓板

本工程采用的樓板為預應力混凝土預制薄板，厚度3cm，疊合層混凝土澆注后可形成12cm厚的疊合樓板。疊合板在施工階段不需鋪設模板，僅需在大跨度板底處布置數(shù)道豎向支撐，有效節(jié)約了腳手架支撐。預制薄板上帶有“T”形肋板，肋上預留長方形孔，用于布置橫向受力鋼筋從而形成雙向受力樓板，同時疊合層混凝土澆注后肋上孔洞混凝土可形成“銷栓”效應，大大加強了疊合板整體性。此外，預留孔洞還可方便布置樓板內(nèi)的預埋管線。

PK疊合樓板采用專用吊具吊裝，將板擱置于鋼梁上時，板端在鋼梁上的長度不小于50mm，板間焊接剪力釘以防止板的水平位移。布置橫向受力筋時肋上每個預留孔中穿一根橫向鋼筋，鋼筋間距為200mm。布置板面支座負筋及分布筋時，為保證鋼筋保護層厚度，應先將垂直于板肋方向的支座負筋或分布筋放置于板肋上，再將平行于板肋方向的負筋或分布筋放置于垂直板肋方向的支座負筋或分布筋的下方，同時兩個方向的板面鋼筋綁扎連接。

2.2.3 預制夾心保溫外墻板

本工程外墻圍護結(jié)構(gòu)采用裝配整體式預制混凝土夾心保溫外墻掛板（俗稱”三明治板”）。外墻掛板厚度200mm，由內(nèi)外葉各50mm鋼筋混凝土板和中間100mm厚擠塑聚苯乙烯板組合而成，內(nèi)外葉砼板由高強纖維連接，進一步提高強度，上下各設置兩處預埋件與主體結(jié)構(gòu)連接，具有保溫、隔熱、自重輕、施工方便、定位準確等特點。

（1）外墻板運輸及安裝準備。外墻板由專用運輸車輛運送，由于學校建筑層高為3.9m，造成墻板最小長度達到3880mm,個別教室部位墻板長度達7.7m，在運輸過程中必須加工制作安放外墻掛板的固定架，采用側(cè)臥立放的方式運輸，運輸時采取綁扎固定措施，防止構(gòu)件移動或傾倒。

外墻板吊裝前，為防止墻板起吊階段吊點部位應力過大造成板體破壞，墻板在運制施工現(xiàn)場后需要用專用翻板機對橫向放置的板體進行翻轉(zhuǎn)，至豎向放置后方可直接進行吊裝。

（2）外墻板安裝與鏈接。外墻掛板安裝采用兩點支撐，四點受力的連接方式，先在鋼梁上焊接鋼牛腿，墻板下部用螺栓與鋼牛腿連接并固定，在初步校正外墻掛板的安裝精度后，安裝上部的連接件，上部連接鋼板在鋼梁上焊接固定后，通過微調(diào)底部螺栓進一步校準外墻掛板的精度，最后對上下節(jié)點需焊接的位置進行焊接固定，使掛板的著力點轉(zhuǎn)移至牛腿，一塊墻板至此安裝完畢。

（3）外墻板縫密封。墻板接縫密封處理是裝配式結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，為應對地震使外墻掛板側(cè)向位移造成擠壓破壞，保證墻板具備足夠的變形能力，板與板之間設置寬度為20mm的接縫，縫內(nèi)填充材料使用巖棉、氯丁橡膠氣密條、發(fā)泡聚乙烯棒及建筑密封膠進行封堵，密封膠的施工深度，實現(xiàn)寬深比 2：1，確保密封膠與PC墻板粘接面結(jié)合良好。

2.2.4 預制樓梯

預制樓梯也是裝配式技術(shù)中的亮點，預制樓梯吊裝時，先在休息板的支承面上澆水濕潤并坐水泥漿一層，然后將樓梯段踏步面呈水平狀態(tài)安裝就位，使與支座接觸嚴密，吊索與水平面夾角保持不小于45度。將調(diào)整好的樓梯段用連接件與支座預埋件點焊牢固后，方可卸鉤，再按設計要求焊牢，焊縫厚6mm，三面圍焊。每層樓板兩塊樓梯段安裝牢固經(jīng)檢查無誤后，在休息板兩端灌漿孔澆筑細石混凝土，完成樓梯安裝。

3 裝配式施工技術(shù)應用的問題與建議

3.1 外墻板生產(chǎn)安裝方面

（1）外墻板尺寸和預埋件的精度是整個工程的關(guān)鍵，決定了外墻板能否順利掛上并保證外觀及構(gòu)造質(zhì)量。工程中出現(xiàn)了部分墻板間縫隙大小不均勻?qū)е律舷聦影蹇p不能完全對齊的現(xiàn)象。建議在施工時采用內(nèi)控與外控相結(jié)合的方法進行結(jié)構(gòu)施工，重點注意復核墻板尺寸及預埋件標高等影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素。一是要根據(jù)圖紙準確核實連接件位置、標高及墻板垂直度；二是對于墻板生產(chǎn)過程中的鋼模板也應嚴格把關(guān)，混凝土澆筑前鋼模要有加固措施，鋼模的變形程度要定期檢測，及時更換不合格的鋼板，從而保證構(gòu)件尺寸精度，并且確保板內(nèi)連接預埋件定位措施牢固，避免澆筑砼時發(fā)生預埋件位移。

（2）預制墻板的設計尚需滿足水電安裝管線的預留預埋、管線維修、建筑裝飾裝修部品的固定等方面要求，建議在構(gòu)件設計與制造環(huán)節(jié)統(tǒng)一考慮而實現(xiàn)各專業(yè)技術(shù)的集成，防止后期重復勞動（如剔槽等）對墻板構(gòu)造整體性造成影響[3]。

（3）墻板等PC構(gòu)件的生產(chǎn)進度還需與施工進度相互協(xié)調(diào)，現(xiàn)場生產(chǎn)計劃安排要與構(gòu)件廠提前協(xié)商溝通，保證構(gòu)件供應與施工相匹配。

3.2 疊合板方面

經(jīng)過工程實踐看來，樓面采用的預制疊合板上未考慮水電管道留孔，導致施工時仍需現(xiàn)場測量定位，水鉆開孔，既拖慢了施工進度，也破壞了疊合板下的觀感效果。建議在設計與生產(chǎn)階段，結(jié)合水電安裝圖紙做好疊合板穿板管道洞口的定位及預留。

3.3 工程建設規(guī)范化管理方面

現(xiàn)有的工程管理制度不能滿足裝配化建造方式的要求。由于缺乏專業(yè)的產(chǎn)業(yè)工人和管理人員，現(xiàn)有建筑工業(yè)化項目建設的管理水平與已有的施工設備、技術(shù)等是不相匹配的，無法更好的滿足裝配化施工的要求。無論是建筑工業(yè)化的要求，還是當前對提高住宅建造質(zhì)量的要求，適應工業(yè)化、裝配化施工的管理組織形式都是需要盡快改進的。

4 結(jié)語

預制裝配式建筑發(fā)展已經(jīng)成為一種必然趨勢，逐步擴大產(chǎn)品的應用范圍，獲得更多的認可度，是今后需要解決的一個問題。濟南市建筑產(chǎn)業(yè)化試點工程是國內(nèi)首例將裝配整體式鋼-混凝土組合框架結(jié)構(gòu)應用在學校公建項目，對該結(jié)構(gòu)的設計、制造、施工技術(shù)等方面進行了一定的探索，其中鋼結(jié)構(gòu)與預制墻板、配筋疊合樓板的相互連接方式等均為首次使用。實踐表明，該結(jié)構(gòu)在建造技術(shù)上是可行的，可以滿足建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)要求，并且經(jīng)過工業(yè)化生產(chǎn)，具有工程質(zhì)量過硬、工期縮短、環(huán)境效益好等優(yōu)點。面對新型建筑工業(yè)化對建筑標準化、系列化和多樣化的要求，裝配整體式施工技術(shù)將不斷豐富，以滿足快速增長的社會需求。

[1]李曉明.裝配式混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)在國外的發(fā)展與應用[J].住宅產(chǎn)業(yè)，2011(06).

[2]郭正興,董年才,朱張峰.房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建造技術(shù)新進展[J].施工技術(shù)，2011(06).

[3]陳彤,郭惠琴,馬濤,秦珩.裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)在住宅產(chǎn)業(yè)化試點工程中應用[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011(02).