可周轉全裝配式混凝土臨建板房設計施工技術

向 前 方思杰 俞佳航

中建三局第一建設工程有限責任公司 湖北 武漢 430040

傳統的建筑施工現場辦公區與生活區多以活動板房與集裝箱為主，其中活動板房是以輕鋼結構為骨架，以彩鋼夾芯板為圍護；集裝箱則是以輕鋼結構或集裝箱結構為框架，集成各類新型節能建筑裝飾材料的單元結構。這些臨建設施存在以下幾項缺點：抗臺風能力差，傳統活動板房不能承受12級以上的風荷載，可能導致臨建辦公室損壞、辦公用品及相關資料遭到損壞，并且臺風天氣過后還需對破損的臨建設施重新進行修復，增加了成本且延誤整體工期；隔聲和隔熱效果差，彩鋼夾芯板不能有效地隔聲和隔熱，從而導致室內極易受室外的噪聲干擾、夏天室內溫度較高、空調耗能增加、整體的辦公體驗較差等；防火性能差，一旦著火，難以撲滅，威脅作業人員生命安全；高浪費、低周轉，其破損率高，易造成資源的浪費和垃圾的產生。

針對上述常規臨建設施的缺點，結合裝配式建筑的應用，開發具有更高抗風性、安全性、舒適性和高周轉率的可周轉全裝配式混凝土臨建板房結構體系，可普遍適用于所有工程項目的臨建施工，尤其適用于建設周期長、對臨建設施品質要求高、場內臨時施工道路需進行多次轉換的項目，具有廣泛的推廣應用前景。

1 項目概況

1）橫琴新區市民服務中心項目地處廣東省珠海市橫琴新區港澳大道，總建筑面積13.4萬 m2，為橫琴新區的行政服務、辦公中心。項目地處臨海區域，屬于臺風頻發區，臨建設施總面積約6 700 m2，使用時間約2.5 a，使用可周轉全裝配式混凝土板房節約成本約93.8萬元。該項目臨建設施已拆除并周轉至下一項目。

2）執信中學項目總用地面積21.5萬 m2，總建筑面積20.3萬 m2。項目涵蓋了教學科研、體育運動、師生宿舍、后勤服務等功能，擬打造為功能性齊全，具有地方代表性的高級中學。項目臨建總面積約4 700 m2，使用時間約2年，使用可周轉全裝配式混凝土板房節約成本約52.64萬元。該項目臨建已拆除并周轉至下一項目。

2 臨建房屋體系設計及深化技術

2.1 結構體系設計

采用定型化、標準化的模數和臨建規格進行裝配式臨建房屋結構體系設計，采用“型鋼框架體系＋預制混凝土構件”的結構體系（圖1），按照全構件預制加工的思路，鋼構件之間采用全螺栓連接，鋼結構與預制混凝土整板則采用插槽式或夾片式連接，細化了鋼埋件、鋼柱、鋼梁等大樣，深化各類型預制混凝土整板尺寸及配筋。將整體結構體系深化拆分為預制混凝土基礎、房屋型鋼框架體系（型鋼立柱＋型鋼橫梁）、預制混凝土墻板、預制混凝土樓板、預制懸挑走廊體系（走廊板＋走廊欄桿）、預制樓梯、預制屋頂等組成構件。同時，較常規臨建板房體系具備以下優點：

圖1 “型鋼框架體系+預制混凝土構件”結構體系

1）全構件預制加工，實現運輸、安裝、拆除及周轉快速、便捷。

2）采用鋼筋混凝土構件和型鋼框架，強度高、周轉損耗率低，設計使用年限20 a，可實現多次周轉使用，降低臨建的建設成本。

3）采用預制鋼筋混凝土墻板、樓板，其保溫、隔熱、隔聲性能好。

4）整體結構體系按照15級臺風荷載設計，抗風性能好。

2.2 構件設計及深化

2.2.1 預制基礎

根據裝配式臨建模數特點，預制混凝土基礎采用拼裝式的思路進行設計，將預制混凝土基礎深化為一字形、L形（圖2）和T形3種類型，基礎寬度1 400 mm，厚度290 mm，設置φ12 mm@150 mm雙層雙向鋼筋，同時根據項目平面水電布置需求預留水電管線套管。預制基礎通過柱腳高強螺栓與預制混凝土墻板、樓板相連形成整體。可循環全裝配式臨建板房設計樓層數限制為3層，要求地基承載力特征值fa≥120 kPa或處理后的復合地基承載力特征值fspk≥120 kPa。

圖2 預制基礎

2.2.2 框架體系

框架體系采用“預制鋼立柱＋預制鋼橫梁”的形式，梁、柱均采用型鋼結構，其中預制鋼立柱采用H型鋼，預制鋼橫梁采用工字鋼，各構件之間采用“全螺栓連接”形式，預制鋼立柱和相鄰預制鋼橫梁形成可安裝預制混凝土墻板的框架體系結構，其中鋼立柱與預制基礎連接，鋼橫梁與鋼立柱連接，采用可拆卸連接，安拆便捷，周轉效率高。

其中，型鋼柱尺寸150 mm×100 mm，柱底端板設置4個M16φ18 mm螺栓孔；型鋼梁尺寸為20a#工字鋼，設置加勁肋板和連接夾板。

2.2.3 預制墻板、樓板、走廊板

預制墻板、樓板、走廊板均采用鋼筋混凝土預制構件，采用定型化、標準化模數設計，板件吊裝點位置設置2個L形加強鋼筋，以滿足吊裝要求。同時在外側一圈采用卷邊冷彎薄壁型鋼包邊，降低周轉破損率，滿足多次周轉的要求。其中墻板根據功能的需要，劃分為純墻板、開窗墻板、開門墻板、開門窗墻板4種形式，除主體鋼筋外，板中1/3跨位置加設2根30 mm×4 mm角鋼作為加勁肋，采用插槽的方式與框架體系（型鋼立柱、型鋼梁）相連接（圖3）。

圖3 預制墻板與框架體系插槽式連接

2.2.4 預制屋頂

預制屋頂采用坡屋面，單個單側屋頂單元由桁架、連接梁、屋面板組拼而成，屋面板采用樹脂瓦。整體通過多個單側預制屋頂單元拼接形成整體預制屋頂，預制屋頂與預制墻板、鋼立柱相連形成整體（圖4）。

圖4 單側預制屋頂單元

2.2.5 水電布置

根據裝配式臨建各個功能間的需求和要求，在滿足規范的前提下，在預制加工前完成了辦公室、會議室、宿舍、廚房食堂、衛生間浴室的水電規劃。

管線采用暗敷，將水電線路與結構融合設計，在工廠預制加工時即預留套管，電氣線主要通過上圍一圈壓槽進行走線，板與墻內進行埋管接至開關或插座，從而滿足辦公和生活需求。

2.3 體系安全驗算

針對臨建房屋框架體系，取最不利工況，采用YJK-盈建科建筑結構分析與設計軟件進行建模和設計計算，根據GB 50153—2008《工程結構可靠性設計統一標準》規定，按照使用年限20 a，通過計算模型和荷載模型對結構體系構件及連接節點進行驗算，各項計算結果均滿足要求。

3 臨建房屋綜合施工技術

3.1 預制構件制作

根據深化設計圖紙對相關的裝配式臨建預制構件于預制加工廠進行加工。結合現場使用需求，形成對應的預制件加工清單，依次進行預制生產加工。

1）鋼構件加工流程：采購相應型號的型鋼及進場檢驗→清理場地→原材料初平→號料→切割→矯正→焊接→焊縫探傷檢查→組裝→組焊成形→檢查、矯形→焊縫探傷檢查→試拼裝→噴丸除銹→防腐涂裝→整理待運。

2）墻、板預制混凝土構件加工流程：鋼副框焊接制作→結構抗裂鋼筋加工及綁扎→預留預埋→混凝土澆筑→混凝土養護→強度達到設計要求后整理待運。

3.2 地基處理和預制基礎安裝

裝配式臨建的基礎直接決定了裝配式臨建整體的穩定性、安全性及施工進度，根據地質條件的不同，裝配式臨建基礎分為2種形式。

1）鋼筋混凝土板式基礎：適用于地基條件較差的情況，地基需進行相應處理，如碎石回填硬化、水泥土攪拌處理等。

2）預制拼裝條形基礎：適用于地基條件較好、可直接進行上部結構施工的情況，采用汽車吊進行拼裝。采用預制拼裝條形基礎可大大節省裝配式臨建的施工工期，基礎間采用螺栓連接，可加快后續裝配式臨建板房的安裝施工。

考慮現場施工條件和預制加工施工情況，鋼筋混凝土板式基礎柱腳螺栓埋設易受混凝土澆筑影響，無法準確預留預埋，故采用后置的化學螺栓施工。而預制拼裝條形基礎體量較小，可以精確控制柱腳螺栓的預留預埋精度，故采用預制加工同步預留預埋的方法。

針對鋼筋混凝土板式基礎，先于基礎處定位建筑四周角點，再放軸線和墻體定位線，根據軸線位置尺寸，確定柱腳螺栓位置；鉆孔完成后，孔內灰塵清理干凈，安裝化學螺栓。而對于預制拼裝條形基礎，已于預制加工時將相關的柱腳螺栓進行預埋施工，故無須進行后置螺栓施工。

3.3 鋼構件安裝及預制構件吊裝

待螺栓達到強度后，開始型鋼柱的吊裝。經核算，主要構配件質量為165～2 453 kg，采用50 t汽車吊將型鋼柱起吊至柱位處，人工配合進行型鋼柱就位及螺帽固定。

1）鋼柱安裝。待預制基礎安裝完成后進行型鋼柱吊裝，型鋼柱與預制基礎通過高強螺栓進行連接，過程中采用吊車＋人工配合的方式進行鋼柱就位及螺帽固定。

2）墻板安裝。在預制混凝土板材安裝前，需對板材側邊進行清潔。按順序安裝墻、樓板，用鐵扁擔或吊索兩點綁扎，由汽車吊吊到安裝位置上空緩慢落下，由人力扶正，插入已安裝好的鋼結構立柱之間，按照地面上已彈好的安裝位置線就位放穩，牢固固定并用撬棍、靠尺板校正墻板的位置和垂直度。

3）鋼梁安裝。待預制墻板安裝完成后進行預制型鋼橫梁的安裝，以便后續預制樓板的安裝，型鋼橫梁與型鋼立柱、預制墻板、預制樓板均通過高強螺栓進行連接。

4）樓板、走廊板、屋頂安裝。待首層預制墻板、2層型鋼梁吊裝完成后進行2層預制樓板及走廊板的安裝。通過樓板、走廊板板面上的4個吊點進行吊裝作業，同樣采用高強螺栓進行相互連接，形成整體。2層墻板、屋頂鋼梁吊裝同上，完成后進行屋頂型鋼橫梁、預制屋頂桁架、屋面樹脂瓦安裝。所有構件的吊點均在預制構件上預留設置。

5）填實縫隙。周邊的縫隙用1∶2.5水泥砂漿填塞密實、勻平，砂漿內摻加水泥用量（質量分數）為10%的107膠。當縫隙寬大于3 cm時，應用C20細石混凝土澆筑密實。

3.4 裝配式臨建拆除和周轉

由于裝配式臨建主要構件均采用高強螺栓進行連接，故拆除時只需要少量人工配合50 t吊車進行輔助吊裝作業，即可逐步拆除。

拆除施工的工序流程：屋面樹脂瓦拆除→屋面鋼桁架拆除→2層屋面預制混凝土板吊運拆除→2層型鋼梁吊運拆除→2層墻板吊運拆除→首層頂板吊運拆除→首層型鋼梁吊運拆除→型鋼柱吊運拆除→場地清理。

拆除完成的構件周轉至下一項目的臨建施工場所，重復上述步驟進行裝配式臨建的安裝施工。

4 質量保證措施

4.1 預制構件加工、制作

1）鋼筋翻樣時注意節點鋼筋避讓關系，鋼筋加工時應嚴格按照翻樣料單和操作規程進行。混凝土澆筑和養護須嚴格根據規范要求進行。

2）鋼平臺、模具表面清理干凈，脫模劑應涂刷均勻。

3）混凝土攪拌時間要適宜，一般應為1～2 min。

4）澆筑前檢查拼縫，設法封堵可能漏漿的縫。

5）振搗遵循快插慢拔原則，振動棒插入到拔出時間控制在20 s為佳，插入下層5～10 cm，振搗至混凝土表面平坦泛漿、不冒氣泡、不顯著下沉為止。

6）新拌制混凝土必須按水泥或外加劑的性質，在初凝前振搗。

7）所有鋼筋混凝土預制構件強度須達到設計強度的100%時方可進行吊裝作業。

4.2 高強螺栓連接

對每一個連接接頭，應先用臨時螺栓或沖釘定位，為防止損傷螺紋引起扭矩系數的變化，嚴禁把高強度螺栓作為臨時螺栓使用。對一個接頭來說，臨時螺栓和沖釘的數量原則上應根據該接頭可能承擔的荷載計算確定。緊固順序一般從接頭剛度大的地方向不受拘束的自由端進行。

5 經濟效益

臨建板房和裝配式臨建設施費用主要由材料費、運輸費和安裝費3個部分組成。傳統的板房造價約為350元/m2（含材料費、運輸費和安裝費），使用周期一般不超過3年，核算造價約為每年116元/m2；而裝配式臨建造價約為1 200元/m2（含材料費、運輸費和安裝費），周轉次數可達10次，設計使用年限為20 a，因此使用周期可超過20 a，按照每年成本核算為每年60元/m2，大大節約了臨建施工成本。

6 結語

可周轉全裝配式混凝土臨建板房從設計角度采用了定型化、標準化的模數及規格進行結構設計，全構件預制加工，鋼構件采用全螺栓連接，鋼結構與預制混凝土整板采用插槽式連接，按照15級臺風進行抗風計算復核，細化鋼埋件、鋼柱、鋼梁等大樣，深化各類型預制混凝土整板尺寸及配筋，抗風、隔聲、隔熱、防火、安全性能好。從施工角度明確了不同地基的基礎形式、結構體系安裝及拆除流程，依次安裝基礎、鋼柱、墻板、鋼梁、樓板、屋面等，實現了全裝配式臨建板房安拆便捷、全構件多次周轉、循環使用率高、環保節能的目標。

普遍推廣該裝配式臨建板房的使用，不僅能提高建筑從業人員的幸福指數，提高臨建的舒適性、安全性，還能提高抗震、抗臺風性，更能促進建筑業臨建的進步，在環保、社會和經濟效益方面可達到理想的結果。