裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計中存在的問題及應對措施探討

向 明 田志剛 葛昕權(quán)

浙江省建材集團有限公司

1 前言

近些年來，建筑行業(yè)在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的促進下得以快速發(fā)展，為了進一步提高建筑質(zhì)量、縮短建筑工程施工周期、降低人工成本和節(jié)約能源，推動建筑行業(yè)穩(wěn)健、持續(xù)發(fā)展，積極推廣應用裝配式建筑具有十分重要的現(xiàn)實意義。而當下裝配式建筑在實踐中暴露出一系列問題，尤其是裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計，更是暴露出一系列嚴重的問題，如施工工藝不完善、安全措施缺乏效用等。為了解決其存在的問題，進一步使裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計工作實現(xiàn)有效優(yōu)化及完善，鑒于此，本文圍繞“裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計問題及其應對措施”進行分析研究具有非常重要的價值意義。

2 裝配式建筑PC構(gòu)件的類型特點及連接方式分析

2.1 PC構(gòu)件的類型分析

對于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，其PC構(gòu)件以安裝方向進行分類，可細分為三類。

（1）水平構(gòu)件，包括梁、樓板、陽臺以及預制空調(diào)板及其他個性化構(gòu)件；其中梁又細分為預制梁和疊合梁；樓板細分為預制樓板、疊合樓板；陽臺細分為預制陽臺和疊合陽臺。

（2）豎向構(gòu)件，包括預制柱與預制墻板，其中預制墻板細分為剪力墻、普通墻板以及外掛墻板，而普通墻板又進一步分為疊合墻板、帶裝飾墻板、帶保溫墻板以及帶門窗等部件墻板。

（3）斜向構(gòu)件，主要以板為主，主要在預制樓梯中使用。

2.2 PC構(gòu)件的特點分析

總結(jié)起來，PC構(gòu)件的主要特點包括以下幾點。

（1）通常在工廠自動化流水線上進行PC構(gòu)件的制作，對于PC構(gòu)件制作所需的設備、工藝以及管理方式等，均需實現(xiàn)規(guī)范化及標準化。

（2）對于相關構(gòu)件，比如梁、板、柱等，其尺寸規(guī)格適合進行批量化生產(chǎn)及標準化安裝，具有模數(shù)化的鮮明特點。

（3）對于PC構(gòu)件其具備混凝土結(jié)構(gòu)自身的材料，比如鋼筋、混凝土以及灌漿套筒等，同時具備在設備安裝過程所需的預留孔洞、預埋管線、外墻保溫材料等，使得PC構(gòu)件的組成存在明顯

的復雜化特點。

2.3 PC構(gòu)件的連接方式分析

裝配式建筑PC構(gòu)件連接往往采用鋼筋+現(xiàn)澆混凝土方式，特定條件下采用螺栓連接、焊接連接方式進行連接。具體包括以下幾個內(nèi)容。

（1）鋼筋+現(xiàn)澆混凝土連接方式，作為一類常見連接方式，在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中具有廣泛的應用，其優(yōu)勢集中體現(xiàn)在可以通過現(xiàn)澆混凝土有機結(jié)合不同的預制構(gòu)件并形成完整的實體，以此提升整體結(jié)構(gòu)的承載力和抗震性能[1]。另外，裝配式建筑PC構(gòu)件尺寸具有“可塑性”，可以在構(gòu)建安裝過程中調(diào)整誤差。

（2）螺栓連接方式，廣泛應用在非承重構(gòu)件或者承重較小的構(gòu)件連接中，如外掛墻板與樓板的連接、次梁和主梁的連接等[2]。

（3）焊接連接方式，主要應用在端部或者邊緣構(gòu)造的裝配式建筑PC構(gòu)件中，在現(xiàn)代裝配式建筑PC構(gòu)件連接中應用較少。

（4）濕式連接中PC構(gòu)件之間或PC構(gòu)件與現(xiàn)澆混凝土之間的鋼筋連接方式，可分為焊接連接、綁扎搭接、機械連接以及鋼筋套筒灌漿連接等，是一種普通的連接方式。

3 裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計中存在的問題分析

實踐工作發(fā)現(xiàn)，在裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計過程中，存在多方面的問題，其設計問題的存在倘若得不到有效解決，則會影響后續(xù)裝配式建筑PC構(gòu)件施工質(zhì)量及安全性。總結(jié)起來具體設計問題如下。

3.1 節(jié)點連接設計問題

節(jié)點連接深化設計問題，具體涉及三方面的內(nèi)容。

（1）一方面，梁柱、梁梁主鋼筋碰撞。在設計過程中，沒有考慮各構(gòu)件連接過程中各類鋼筋內(nèi)部連接部門的空間關系，造成構(gòu)件無法正常安裝，如裝配式建筑工程中相鄰梁構(gòu)件預制過程中，按照統(tǒng)一標準尺寸進行制作，造成現(xiàn)場安裝過程中出現(xiàn)相鄰梁的構(gòu)件出現(xiàn)了鋼筋對碰問題，使得相鄰梁無法順利完成對接安裝[3]。

（2）另一方面，墻板之間、墻板和柱之間缺乏連接鋼筋，如外墻板與梁之間的連接，兩者連接部分沒有任何構(gòu)造，單純使用密封膠防水，雖可以在短時間內(nèi)取得良好的防水效果，但是隨著裝配式建筑使用年限的延長，密封膠會因老化引發(fā)墻面漏水問題，且在缺乏連接鋼筋的情況下，容易出現(xiàn)墻板穩(wěn)定性不足的問題[4]。

（3）此外，裝配式建筑PC構(gòu)件和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)連接不合理。如某裝配式建筑工程中，現(xiàn)澆梯梁上放置預制樓板，但是沒有預留鋼筋錨固結(jié)構(gòu)，容易在受力的情況下發(fā)生梯梁移位問題，且容易發(fā)生梯梁下部縱向鋼筋斷裂問題，最終影響整個工程項目的穩(wěn)定性[5]。

3.2 與設備安裝要求不符

裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計中，除了節(jié)點連接問題之外，還包括與設備安裝要求不符的問題，具體包括如下幾個方面的內(nèi)容。

（1）一方面，構(gòu)件尺寸無法滿足水電管線預埋要求。如裝配式建筑PC構(gòu)件厚度為60mm，板上部直徑10mm雙向配置鋼筋，上部鋼筋和混凝土保護層厚度約為35mm，意味著構(gòu)件剩余空間約為25mm，這直徑大小顯然無法滿足水電管線預埋需求。因此，要想解決此類問題，應該適當增加現(xiàn)澆部分的高度，具體高度以水電管線施工需求而定。

（2）另一方面，裝配式建筑PC構(gòu)件中管線、開關盒漏埋或者預埋位置與設計標準相差甚大，無法滿足裝配式裝飾工程施工實際要求。如裝配式建筑構(gòu)件預制過程中，因沒有預埋消防管線，為了達到裝配式建筑安全施工要求，必須在構(gòu)件上選擇合適的位置重新開槽，這不僅會破壞預制構(gòu)件，還會延長施工周期，且不利于保證裝配式建筑整體質(zhì)量。

（3）此外，管線與專業(yè)標準存在出入。如預制墻板深化設計后將電視信號線與電話線配管有機物合在一起，使得強、弱電線同一管道，直接加大了配線截面，這與建筑電氣設計標準不符。第四，使用功能缺乏效用。如高層建筑空調(diào)安裝在沒有窗口的墻面上，給后續(xù)空調(diào)維修工作增加了難度和危險性。針對這一問題，裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計之后，適當調(diào)整了空調(diào)安裝位置，但是位置調(diào)動之后，因預制構(gòu)件上沒有預留安裝孔，使得鋼筋錨固穩(wěn)定性下降，增加了空調(diào)安裝危險性。

3.3 裝配式建筑PC構(gòu)件施工問題

裝配式建筑PC構(gòu)件施工中出現(xiàn)的問題，具體包括如下幾個方面的內(nèi)容。

（1）一方面，構(gòu)件吊裝位置和吊環(huán)規(guī)格不合理[6]。吊環(huán)的設置沒有充分考慮構(gòu)件的實際重量、吊裝工藝等予以科學確定，致使吊裝過程中容易發(fā)生構(gòu)件墜落事故。另外，疊合板往往是預制部分厚度較薄，若施工人員隨意選擇吊點，具有較大概率損壞疊合板。

（2）另一方面，構(gòu)件臨時支撐點及間距設置不合理。臨時支撐點的設置沒有根據(jù)構(gòu)件安裝安全工作要求進行設置，且在支撐點間距設置時，忽視了構(gòu)件施工安全，造成支撐點分布不合理。另外，構(gòu)件臨時支撐拆除條件并沒有予以明確，造成支撐點拆除時間把握不當，且容易出現(xiàn)暴力拆除行為。

（3）此外，缺乏用于固定外腳手架的預留孔和預埋件，如高層裝配式建筑施工過程中，施工人員利用外掛式防護架，往往要在構(gòu)件制作環(huán)節(jié)預留螺栓緊固孔，若采用一般的懸挑腳手架，基于安全考慮還要在梁體上設置預留件。因此預留孔和預留件的缺失，必然會給裝配式建筑施工增加安全事故發(fā)生概率。當然，如果施工垂直運輸設備和主體結(jié)構(gòu)附著固定埋件之間存在缺失，或者搭配不具規(guī)范性的情況下，會使得運輸設備的安裝安全性受到影響，進一步使工程正常施工作業(yè)受到影響；倘若附著裝置安裝過于隨意，還會引發(fā)較大的安全隱患事故。

4 裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計問題的應對措施分析

如前所述，對裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計問題有了一定程度的了解，從設計的優(yōu)化及完善角度考慮，便有必要采取有效應對措施，總結(jié)起來具體措施如下。

4.1 整體規(guī)劃設計

裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計的優(yōu)化，要從全局考慮進行整體規(guī)劃設計，摒棄傳統(tǒng)模式下的“先總體后拆分”設計方法，組織建筑結(jié)構(gòu)、電氣設備、室內(nèi)裝飾、水電裝修等專業(yè)設計人員共同參與進來，根據(jù)裝配式建筑項目實際使用用途和裝飾需求，不斷優(yōu)化裝配式建筑整體布局，通過集體研討方式協(xié)同完成裝配式建筑項目總體設計和構(gòu)件深化設計工作，以此規(guī)避各構(gòu)件連接和各工序沖突問題，為裝配式建筑施工順利進行奠定良好的基礎[7]。

4.2 綜合考慮施工影響因素

裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計時，要綜合考慮施工技術、施工工藝、構(gòu)件制作、安裝等方面的具體要求，必要時會同裝配式建筑PC構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)、施工企業(yè)施工技術人員協(xié)同設計，以此規(guī)避設計與現(xiàn)實施工要求不符的問題。另外，裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計過程中，除了綜合考慮施工影響因素之外，還要立足于裝配式建筑整體結(jié)構(gòu)安全，不斷簡化裝配，為后續(xù)的高質(zhì)高效進行裝配式建筑施工提供保障。

4.3 細化節(jié)點構(gòu)造措施

裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計過程中，針對一些諸如梁柱、外墻防水、剪力墻等重要連接節(jié)點，進行細化構(gòu)造措施，以梁柱節(jié)點為例，要保證其連接效果，則要細化其構(gòu)造措施，具體包括鋼筋連接詳細尺寸、模板安裝詳細尺寸、樣圖等，為節(jié)點連接提供依據(jù)，同時可以規(guī)范梁柱節(jié)點連接，確保其連接質(zhì)量。再以剪力墻為例，要具體標注連接鋼筋的具體位置、注漿工藝等，并明確臨時支撐點具體位置和間距，確保裝配式建筑PC構(gòu)件支撐的有效性，確保安裝施工安全進行。另外，裝配式建筑外墻板施工中，滲水問題作為常見問題，其主要原因在于外墻板接縫防水施工中，技術措施不到位。針對此類問題，往往要求施工人員采用剛?cè)峤Y(jié)合的技術措施進行接縫防水施工。

4.4 加強樣板驗證

裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計完成之后，要對深化設計成果進行驗證。設計單位要邀請資質(zhì)達標的施工單位對關鍵的連接節(jié)點進行驗證，并對大型裝配式建筑PC構(gòu)件裝配的可操作性進行樣板驗證，并依據(jù)樣板驗證結(jié)果進一步優(yōu)化裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計，為裝配式建筑安裝施工順利進行提供保障。

4.5 運用BIM技術深化設計

由于裝配式建筑結(jié)構(gòu)深化設計具有精細化要求，且預制構(gòu)件具有集成化特點，要想真正意義上優(yōu)化裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計，則要重視BIM技術的應用，滿足預制構(gòu)件分割、節(jié)點連接、細部尺寸的精細化設計要求。同時，裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計過程中，可充分利用BIM技術可視化功能，優(yōu)化裝配式建筑中各構(gòu)件、管線等空間位置的分布，以期為施工順利進行提供保障，并實現(xiàn)降低成本、減少工期等目標[8]。此外，還可以構(gòu)建基于裝配式建筑結(jié)構(gòu)深化設計的BIM 3D模型，借助BIM 3D模型的高效計算能力、分析能力，對設計產(chǎn)品的缺陷進行分析，并及時查找出來，然后通過該模型制定有效地改進優(yōu)化方法，使設計出來的裝配式建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量得到全面提升。

5 結(jié)語

綜上所述，裝配式建筑廣泛應用在現(xiàn)代建筑工程項目施工中，滿足了人們當下對建筑低成本、低消耗等要求。但是裝配式建筑PC構(gòu)件設計中還存在一系列問題，直接影響裝配式建筑整體施工質(zhì)量。因此，裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計過程中，要統(tǒng)籌考慮施工因素，并細化節(jié)點構(gòu)造措施，強化BIM技術輔助深化設計，以此優(yōu)化裝配式建筑PC構(gòu)件深化設計，進一步為建設高質(zhì)量的裝配式建筑奠定良好的基礎。