裝配式預制飄窗節點優化及施工*

肖燕武,陳 敏,何 柱

(1.廣州城市職業學院,廣東 廣州 510405; 2.廣東省第四建筑工程有限公司,廣東 廣州 510100)

0 引言

預制裝配式建筑的應用,一方面有助于進一步提高建筑業整體工程質量和施工效率,另一方面還能推進建筑業的節能減排,促進建筑業信息化建設[1-11]。本文基于實際工程案例,詳細闡述了BIM技術在裝配式預制飄窗節點優化及其施工技術方面的應用[12-14],對同類型項目具有借鑒和指導意義。

1 工程概況

佛山某裝配式租賃住宅項目建筑面積約11.6萬m2,其中裝配式建筑4棟,總裝配式建筑面積為55 226.5m2。裝配率為54%,包括預制飄窗、預制梁、預制疊合板和預制樓梯,其中預制飄窗長1 740mm、 寬600mm、高 2 880mm, 單個構件重1.854t,飄窗總數量為 1 440 個。

2 預制飄窗構件設計

2.1 飄窗節能改造建議

建筑設計師可不考慮單獨設計空調板,可將上、下飄窗間的空間設置成空調機位,這樣有利于住宅外立面干凈整潔,還能增強房間的進深感,擴大房間的使用面積。但飄窗面積越大,對建筑節能越不利,不僅構造措施復雜還存在漏水及滲水隱患。建議采用內遮陽和外遮陽相結合的方式來改善飄窗結構的節能性能,即采用Low-E玻璃,在東西向窗外增加300mm高遮陽百葉。

2.2 設計圖紙深化建議

本工程項目為EPC管理工程項目,在建設項目開始施工前,發揮EPC總承包管理模式的優點,以實現工程設計人員在項目整體施工流程中的主導作用,并有效解決了設計、施工和構件制造之間互相制約和彼此脫節的問題。本文中針對預制飄窗進行結構優化。

1)建議1 針對該飄窗施工完成后窗框與預制結構連接處易發生滲水的質量問題,建議將窗框及外部位做成“內高外低”的凹式防水企口壓槽,如圖1所示,優化后飄窗單個構件重1.714t。

圖1 優化后的預制飄窗大樣Fig.1 Detailed drawing of optimized prefabricated bay window

2)建議2 將窗框與預制飄窗分開制作,預制飄窗吊裝完成后再進行窗框安裝,這樣能有效避免預制飄窗在運輸、安裝過程中出現窗框損壞的現象,能有效解決預制飄窗因安裝導致的鋁型材損壞問題,降低鋁窗副框成本及工期損失。

3)建議3 針對窗框傳熱系數原理和窗熱工性能計算與分析,建議對窗框構造進一步優化,改善組成窗框節點的隔熱型材,減少建筑物外表面積,加強圍護結構保溫,以減小傳熱耗熱量,進而提升窗的隔熱節能和保溫性能,達到最佳節能效果。

2.3 BIM技術的應用

本項目按照不同樓層、不同專業對項目模型進行拆分,通過BIM技術將建筑專業與結構、機電各專業結合,建立BIM三維綜合模型(見圖2),對不同專業之間和不同構件之間的錯漏碰缺問題進行核對。

圖2 標準層三維模型Fig.2 Standard layer 3D model

2.3.1正向設計與整體溝通

拿到CAD圖紙后再進行BIM翻模,不僅工作量大,還可能在翻模過程中出現錯誤,影響整體出圖效果。本項目在設計時直接采用BIM技術作為信息平臺,一開始就將項目各方面信息輸入模型及BIM信息平臺中,項目參建各方通過信息平臺針對相應問題優化模型,能大大減少參建單位對項目信息的重復收集與分析,縮短解決問題的時間。

2.3.2深化設計

在原設計單位提供的BIM模型的基礎上,鋁模深化單位可對鋁模板預留洞口位置、鋁模組裝形式等進行優化,預制構件廠也可對預埋件、線盒位置及線管走向進行優化,將構件做到標準化、模數化,減少構件數量和種類,降低施工成本。

BIM三維模型信息越詳細準確,越有助于促進預制構件工廠的流水線加工生產,實現配套產業化,有助于提升預制構件的生產進度,滿足施工進度要求,有助于提高預制構件運輸效率,使倉儲量達到最優。BIM 技術提高了信息資源利用率,實現了設計單位、預制構件廠、鋁模深化廠之間的信息共享。BIM 技術是鋁模深化廠實現鋁制模板高精準加工制作的前提,也是預制構件廠實現加工生產產業化的重要信息化技術手段[15]。

3 施工技術要點

3.1 快速完善施工詳圖設計和節點優化設計

鋁模板因其組裝方便、單件自重小,擺脫了機械限制,人工拼裝效率高,正常情況下熟練工人每人每天可拼裝20～30m2;鋁模板周轉速度快,正常情況下標準層5～6天周轉1層,能明顯加快施工進度,降低施工單位綜合管理成本。本工程采用裝配式結構,墻柱梁現澆,樓板采用疊合式樓板,樓梯、飄窗等采用預制構件,現澆部位采用高精度鋁模板。根據設計圖紙要求,通過窗框傳熱計算原理,對窗熱工性能進行計算與優化分析[16-17]。計算模型如圖3,4所示。

圖3 框傳熱系數計算模型Fig.3 Frame heat transfer coefficient calculation model

圖4 框與面板接縫傳熱系數計算模型Fig.4 Heat transfer coefficient calculation model for frame and panel joints

朝東向門窗單元的傳熱系數為2.532W/(m2·K),遮陽系數為0.374,可見光透射比為0.227。

選取4個優化后節點進行二維框傳熱計算,并生成節點溫度線和溫度場,如圖5,6和表1所示。進而分析重力方向、太陽光總透射比、框投影長度、傳熱系數與線傳熱系數。

表1 窗框節點二維傳熱計算分析Table 1 Two-dimensional heat transfer calculation and analysis of window frame nodes

圖5 溫度線Fig.5 Temperature line

圖6 溫度場Fig.6 Temperature field

3.2 預制飄窗模具的制作

本項目預制飄窗數量為1 440個,進行飄窗模具的設計制作時,要充分考慮模具的可重復使用性、便于拆分性、易于加工性及節約材料的特性,還要考慮飄窗模具套數,保證生產量能滿足項目工期要求[18]。預制飄窗模具的設計及制作應有足夠的承載力、剛度及穩定性,并應滿足預制構件的外觀尺寸、質量及相關預留孔洞和預埋件的定位。

3.3 預制飄窗生產

1)廠家根據優化改良后的深化圖制作好飄窗鋼模具,根據圖紙先進行模具的整體預拼裝,然后復核模具的尺寸、預埋件、預留孔等準確無誤后,進行鋼筋的下料綁扎及各類預埋件的施工工作。為避免在吊裝及存儲運輸過程中出現裂縫,須在飄窗窗框邊設置加強筋。

2)飄窗單個構件重1.714t,質量大、外形尺寸大,為防止模具放置不平或因場地沉降不均勻導致構件澆筑質量不合格,須在重型平臺上進行飄窗模具拼裝及鋼筋綁扎等工作,進行鋼筋綁扎及預埋件的埋設時要保證預埋件與模板連接牢固。

3)混凝土澆筑前在模具內表面涂刷脫模劑,澆筑完成后要嚴格控制拆模時間,一般混凝土澆筑12h左右可進行側模板拆除,待混凝土強度達到設計強度的80%以上,方可拆除底模板。飄窗構件脫模時須確保固定螺絲全部拆除后才可起模,避免造成構件損壞和出現裂縫。

4)為便于構件安裝和裝車運輸時快速找到構件,利于質量追溯,明確各環節的質量責任,方便生產現場管理,本工程預制構件100%設置完整的明顯標識。標識內容包括:項目名稱、應用樓棟、構件類別和編號、生產日期、檢測人、構件自重和“檢測合格”字樣。構件標識使用水性環保漆或塑料貼膜等可清除材料。

3.4 預制飄窗構件的質量控制

按設計圖紙對鋼筋進行加工及預留預埋,混凝土配合比應充分考慮混凝土早強要求,合理選用外加劑。根據每罐混凝土的應摻量,提前將外加劑定量分裝在小塑料袋內,由專人負責添加,保證外加劑摻量的準確性。預制構件應在顯眼位置將項目名稱、構件型號、生產單位、生產日期和質量合格標志標注清楚[19]。

3.5 預制飄窗運輸及吊裝

1)裝車前先檢查預制構件型號、外觀等基本信息是否準確,構件是否達到吊裝條件,根據構件類型,選擇配套的吊具及墊塊,再根據施工吊裝先后順序,后吊裝的構件先裝車。采用汽車式起重機起吊時,構件起吊后,吊裝人員應遠離構件,并禁止任何人在起吊構件下方走動;采用行吊吊裝時,保持構件吊運的平穩性,構件起吊后距地面的距離保持在人手可扶的高度(即1m左右)。構件吊至板車時,應保持勻速,緩慢將構件降低到人員可接觸高度,由吊裝工扶住構件,保持構件平穩;在落點位置放置墊木,構件放置時,高度降低到離墊木約5cm處,吊裝工通過觀察隨時調整構件落點位置,保證構件放置平穩。

2)預制構件運至施工現場后,用塔式起重機將預制構件按施工吊裝先后順序吊至專用堆放場地內,按樓層、形狀和大小分類堆放,并做好防傾覆措施。在塔式起重機吊重的作業半徑內設置臨時堆場,臨時堆放場地須經過硬化或夯實處理,滿足100kN/m2的承載要求。

3)應用信息跟蹤技術,從構件出廠、運輸及到場安裝對每批次每個構件實施全過程跟蹤,并根據現場施工進度做好構件進場計劃,盡量做到零堆放或最少堆放,一方面降低二次轉運成本,另一方面能減少現場場地占用面積,更好地體現企業項目現場文明施工管理工作[16]。

4)預制飄窗進場后進行驗收,核對型號、規格、數量、構件外觀質量、外露錨固鋼筋數量及長度。

5)預制飄窗吊裝前,需根據專項施工方案設置支撐體系,并根據樓內標高線調節支撐體系標高。吊裝飄窗需4～6個吊點,吊點沿板受力方向對稱位置,保持重心平衡,使預制飄窗在吊裝過程中受力均勻,不被破壞。起吊時應進行試吊,先吊起距地50cm停止,檢查鋼絲繩、吊鉤的受力情況,使飄窗保持水平,然后吊至作業層上空30cm高度位置。預制飄窗就位時,吊裝工人手扶預制飄窗調整方向,注意避免預制飄窗上的預留鋼筋與樓面鋼筋形成沖突,放下時要停頓慢放,嚴禁快速猛放。預制飄窗就位后,再檢查板底標高,若有偏差達到±3mm,需調節板下的支撐。預制飄窗安裝如圖7所示。

圖7 預制飄窗安裝Fig.7 Prefabricated bay window installation

6)飄窗吊裝好后,綁扎剪力墻鋼筋。待剪力墻鋼筋綁扎完成并驗收合格后,安裝剪力墻鋁模板,固定好鋁模板與預制飄窗結構(見圖8)。

圖8 鋁模安裝Fig.8 Aluminum mold installation

7)主體結構完成后,將預制飄窗凹槽部位清理干凈,安裝鋁窗窗框,并在窗框四周打上密封膠。

4 結語

1)該項目應用BIM技術結合建筑、水電及鋁模等專業圖紙及深化要求進行前期優化設計,與傳統做法的預制飄窗對比,能有效避免預制飄窗運輸、安裝過程中的窗框損壞,降低預制飄窗的損耗率,從而減少因預制飄窗的損壞而導致工期的損失,省工又可節約材料。

2)飄窗采用內遮陽和外遮陽相結合的方式可大大改善飄窗結構的節能性能。

3)結合窗框傳熱系數原理,通過對窗熱工性能計算與分析,改良組成窗框節點的隔熱型材,提升窗的隔熱節能和保溫性能,達到最佳節能效果。

4)該施工技術鋁窗型材少,施工簡便,預制飄窗結構吊裝過程中無鋁窗型材損壞的風險,無需做鋁窗型材的保護工作,鋁窗能在裝修階段進行安裝,有效提高施工效率,優化了施工流程。

5)安裝改良后的預制飄窗,解決了預制飄窗因安裝導致的鋁型材損壞問題,降低了鋁窗副框成本、工期損失,從而降低了工程造價。

6)對裝配式預制構件進行改良,將窗框及外部位做成凹槽,有效解決了窗框部位存在漏水的隱患。