裝配式建筑施工技術與質量控制方法研究

張黎明

（中鐵十二局集團建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030000）

目前，在我國建筑業中，采用的施工方法存在浪費資源、污染環境和生產力低等問題，傳統的施工技術在實際應用中較為落后、發展方向不夠明確。隨著社會經濟發展，該技術在我國的建筑業中逐漸被淘汰[1]。與傳統的現澆結構相比，裝配式結構的建筑是將預先制作的建筑構件按照規范排列、擺放，并用車輛運輸到作業現場，在施工現場，構件需要按照使用順序或標號放置[2]。與其他類型建筑工程相比，采用該技術可以有效縮短施工周期，減少施工中的揚塵污染。同時，現場所需的工人數量相對較少[3]。因此，這類建筑在實際應用中更能體現標準化和前沿的建筑設計理念。

由于裝配式結構建筑在我國還處于起步階段，因此在國家大力推廣裝配式結構建筑的背景下，這類建筑的施工技術方案的潛在問題日益突出，例如設計工程項目、施工和運維等方面都不成熟，在設計階段無法保證質量、生產階段的管理流程不完善、施工技術存在局限性以及缺乏運維經驗等[4]。因此，須對裝配式結構建筑的施工工藝和質量控制進行探討，進而推動建筑行業在市場內的發展。

1 裝配式建筑施工灌漿套筒試件質量檢測

為控制裝配式建筑施工質量，需要對其施工技術和質量控制方法進行優化。以裝配式建筑施工中最常見的灌漿套筒鋼筋連接構件為例，對施工前和施工中所須構件進行質量檢測[5]。與傳統現澆結構相比，灌漿套筒鋼筋連接構件能夠進一步提高施工質量，增加連接節點的可靠性。在具體施工過程中，需要在鋼筋與套筒間填充高強、快硬和無收縮性能的灌漿材料，待其完全固化后，形成施工所需的連接件[6]。在對灌漿套筒試件質量進行檢測的過程中，需要嚴格設置檢測條件，見表1。

表1 灌漿套筒試件質量檢測條件設置表

在3種不同作用力下，當接頭的拉力達到連接鋼筋標準抗拉荷載的1.15倍且沒有斷裂時，接頭合格。在單向靜力拉伸狀態下，節點的屈服強度應不小于節點鋼筋的標準屈服強度。在規定的高應力、大變形的多次拉壓循環下，其抗拉強度應不小于連接鋼筋的抗拉強度，當失效時在接頭外部鋼筋處不應斷裂。

2 施工中部分耐久性指標檢測

隨著裝配式混凝土結構向大型化、巨型化發展，其耐久性問題日益突出。腐蝕鋼筋對混凝土的耐久性有很大影響，其中氯離子對腐蝕混凝土有非常重要的影響。因此，在質量控制過程中，須對混凝土耐久性進行快速評估[7]。以電化學RCT為基礎，以純氯化物溶液中生成的電壓為基準，對真實裝配體中氯化物含量進行快速檢測。在萃取后的粉末樣品中，除氯離子外，其他陰離子都以一定的形態被遮蔽，而溶液中的陽離子幾乎不會影響電壓，只有氯離子容易被氧化-還原而形成電勢差。計算氯離子含量百分比如公式（1）所示。

式中：Φ為已知濃度的純溶液電位差；[Cl-]為氯離子含量百分比；[Cl2]為氯離子氧化還原量。

通過計算可知，隨著氯離子含量不斷增加，溶液會逐漸從正電壓轉變為負電壓。在檢測的過程中，首先，完成取樣操作。在預制件上選取有代表性的表面標定采樣點，將孔距和孔數均勻化。其次，篩分芯樣。從同一組芯樣中，取等質量不低于200g的混凝土試樣，將試樣砂漿砸碎后攪拌均勻，用直徑0.1mm的篩子對粉末進行篩分，篩分后的粉末放在烘干箱中烘干處理[8]。再次，配制濾液。樣品粉末冷卻后，將定量的粉末放入三角形的燒瓶中。為防止水中的離子影響測定結果，在燒瓶中添加去離子水，并強烈震動混合物，當溶液完全渾濁并且呈現咖啡色時，再將其慢慢地倒進塑料杯中，放置241min后，對其進行過濾，得到濾液。最后，測定。將一定數量的濾液放入干凈的燒杯，用RCT測試儀對預制件試樣中的氯離子進行測定。

3 基于PKPM-PC的結構受力性能分析與數值跟蹤檢算

PKPM-PC是裝配式建筑施工項目中常見的用于設計預制方案的軟件，其具備較好的兼容性。當裝配式建筑施工技術與質量控制時，根據該軟件結合裝配式建筑的特點，采用PKPMPC完成建模，并通過SATWE分析模型結構受力性能。當分析超高裝配率的住宅樓項目混凝土結構空間時，需要先對預制剪力墻和預制樓板的模型進行簡化處理。SATWE基于空間殼單元的超級單元—普通墻體單元，對裝配式剪力墻進行有限元數值模擬。對大尺寸、開孔等裝配式剪力墻，采用基于子結構的方法，將單元劃分為多個單元，對單元的剛度進行計算并疊加，最終通過靜壓縮原理消除單元劃分帶來的自由度，將單元的剛度壓縮至側節點，保證單元的精確性，同時限制單元的出口自由度。為保證計算結果的準確性，將樓板視為彈性板件。在SATWE軟件中，將彈性樓面作為一種結構單元，對其進行描述。彈性地板單元是在PIMCAD資料輸入中，將地板視為超級單元，并通過編程對該單元進行自動分割與自由壓縮。該文提出的簡化方法以最小的建模誤差為前提，適用于特殊的樓面結構、板柱結構以及對計算精度有較高要求的多高層結構。計算材料的彈性模量如公式（2）所示。

式中：Ecs為組合材料的彈性模量；Ac為混凝土材料的橫截面面積；Ec為混凝土材料的彈性模量；As

為鋼筋材料的橫截面面積；Es為鋼筋材料的彈性模量。材料容重可通過公式（3）推導得出組合材料容重如公式（4）所示。

式中：γcs為組合材料的容重；Acs為組合材料的橫截面面積；γc為混凝土材料的容重；γs為鋼筋材料的容重。通過計算，對模型的模態進行分析，并得到所有結構體系整體運動方程矩陣均滿足以下公式，如公式（5）所示。

式中：M為集中質量矩陣；C為黏滯阻力系數矩陣；K為剛度系數矩陣；I為單向地震動列向量；（t）為地面水平振動加速度。

將選取的各組地震動數據，按照水平方向施加在模型對應的結構上，計算各結構各層間位移峰值并對其進行分析。根據規范確定抗震結構在地震作用下的變形特征，在此基礎上得到結構在地震作用下的層間位移要求，如公式（6）所示。

式中：Δue為地震作用下結構的最大層間位移；[θe]為結構層間位移角度最大值；h為層高。

4 質量控制案例分析

4.1 施工工藝與三維模型構建

采用構件安裝與現澆施工相結合的方式，對預制構件的生產運輸、吊裝、安裝和節點連接等各環節質量進行控制，以提高現場工人的勞動生產率，促進裝配式建筑行業的發展。設計項目施工工藝，如圖1所示。

圖1 超高裝配率建筑項目施工工藝流程

該研究的建筑工程從3層起以預制構件為基礎，因此，可使用BIM技術，建立超高裝配率的三維數字模型，根據設計圖紙，為指定結構部件賦予預制屬性，三維數字模型結構如圖2所示。

圖2 超高裝配率建筑項目三維數字模型結構

4.2 建筑項目評價指標設計與質量控制效果評價

在上述研究內容的基礎上，引進層次模型，將超高裝配率建筑項目施工劃分為3個階段，對3個階段的項目施工質量控制效果進行評價，并設計評價指標，如圖3所示。

圖3 建筑項目施工質量控制效果評價指標

采用專家打分與監理方參與評分等方式，對住宅項目施工質量控制方法進行綜合評估。評價后的等級用V1～V4表示，其中V1施工質量控制效果極好，施工后建筑工程項目的各項指標均通過驗收，質量方面未發現明顯異常。V2施工質量控制效果較好，部分指標未通過質量驗收，但并不會影響建筑工程項目的整體質量。V3施工質量控制效果較差，較多指標未通過質量驗收，建筑工程項目的整體質量較差，部分工程需要返工。V4施工質量控制效果極差，大部分指標未通過質量驗收，工程無法交工。

對3個階段的質量控制效果進行評價，結果見表2。

表2 超高裝配率建筑項目施工中三個階段的質量控制效果（在評估后對應的評價等級下打“√”）

5 結語

根據研究，結論如下：由表2可以看出，施工前、施工中和施工后3個階段的評價等級均為“V1”，說明在施工中，使用該文提出的方法對工程項目進行質量管理，可以有效提高工程質量，通過該方式，為裝配式結構建筑在經濟市場內的規范化和持續化發展提供幫助、技術指導及支撐。