徐其功，陳文東，谷 昊，黃莉萍，毛 娜

（1、廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣州510010；2、廣東工業(yè)大學(xué)土木與交通工程學(xué)院 廣州510006；3、佛山建裝建筑科技有限公司 廣東佛山528000）

0 前言

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量高、能耗小、節(jié)約資源、污染小等特點(diǎn)，是我國建筑行業(yè)發(fā)展的方向。但目前的裝配式建筑存在著成本高、工期慢、對抗震性能研究不足等問題，嚴(yán)重限制了裝配式建筑的推廣。針對以上問題進(jìn)行了全面的研究，提出了優(yōu)化方案，并在某辦公樓項(xiàng)目中進(jìn)行了實(shí)施和驗(yàn)證。

1 工程簡介

某辦公樓項(xiàng)目位于佛山市南海區(qū)廣東新材料產(chǎn)業(yè)基地A 區(qū)內(nèi)，該棟建筑地上主體5 層，建筑面積6 092.26 m2，建筑高度22.8 m，建筑效果如圖1 所示。本項(xiàng)目采用裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)，預(yù)制構(gòu)件包括預(yù)制柱、預(yù)制外墻、疊合梁、疊合板、全預(yù)制樓板、預(yù)制陽臺等，預(yù)制構(gòu)件主要的連接方式有鋼筋套筒灌漿連接、波紋管灌漿連接、現(xiàn)澆混凝土連接等，預(yù)制構(gòu)件方案如圖2 所示。

1.1 裝配式方案

根據(jù)《裝配式建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 51129-2017》［1］進(jìn)行計(jì)算，項(xiàng)目裝配率達(dá)95%，各項(xiàng)得分如表1 所示?？稍u價(jià)為AAA 級裝配式建筑。

圖1 辦公樓效果Fig.1 Architectural Rendering of Office Building

本項(xiàng)目裝配率為：

式中：P 為裝配率；Q1 為主體結(jié)構(gòu)指標(biāo)實(shí)際得分值；Q2 為圍護(hù)墻和內(nèi)隔墻指標(biāo)實(shí)際得分值；Q3 為裝修和設(shè)備管線指標(biāo)實(shí)際得分值；Q4 為評價(jià)項(xiàng)目中缺少的評價(jià)項(xiàng)分值總和。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目在初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)和深化設(shè)計(jì)全過程中貫徹裝配式建筑設(shè)計(jì)意識，做到了設(shè)計(jì)模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)布置簡單，平面和立面方案規(guī)整統(tǒng)一，整體設(shè)計(jì)方案鮮明地體現(xiàn)了裝配式建筑的特點(diǎn)，構(gòu)件模具周轉(zhuǎn)率高，在設(shè)計(jì)層面降低建筑建造的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間成本。

圖2 預(yù)制構(gòu)件方案Fig.2 Precast Components Plan

表1 裝配式建筑評分Tab.1 Calculation of Prefabricated Ratio

本項(xiàng)目建筑平面柱網(wǎng)為：縱向7×7 800 mm，橫向（7 100＋6 700＋7 100）mm，柱距均一（橫向柱網(wǎng)邊柱偏心布置）。1～5 層層高均為4.2 m?？蚣苤孛娉齻€(gè)別柱子因結(jié)構(gòu)計(jì)算需要做成600 mm×800 mm 外，其他絕大部分柱子斷面均統(tǒng)一為600 mm×600 mm。同時(shí)，框架梁的截面統(tǒng)一為300 mm×700 mm，次梁的截面統(tǒng)一為300 mm×600 mm。樓板厚度統(tǒng)一為110 mm。柱、梁、板可以盡可能地標(biāo)準(zhǔn)化，給構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)、共模生產(chǎn)和安裝帶來便利，降低成本。

標(biāo)準(zhǔn)化的柱網(wǎng)、構(gòu)件尺寸給建筑外立面的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)提供了條件。在本項(xiàng)目中，建筑外墻采用預(yù)制外墻板，墻板的寬度僅1 200 mm 和2 400 mm 兩種規(guī)格，墻板高度均相同，外墻窗戶為落地窗，尺寸統(tǒng)一為1 200 mm×3 500 mm。標(biāo)準(zhǔn)層平面布置如圖3 所示。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)層平面布置Fig.3 Typical Floor Plan

1.3 BIM 技術(shù)的應(yīng)用

利用BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從前期設(shè)計(jì)各專業(yè)的協(xié)調(diào)、管線綜合（見圖4）、節(jié)點(diǎn)鋼筋碰撞檢查（見圖5）、施工模擬到構(gòu)件圖深化、生產(chǎn)自動(dòng)化等全方位的應(yīng)用。

圖4 Revit 機(jī)電模型與管線綜合Fig.4 Integrated MEP System with Revit

圖5 Tekla 節(jié)點(diǎn)鋼筋碰撞檢查Fig.5 Clash Detection with Tekla

2 下套筒灌漿連接

2.1 上、下套筒的選擇

鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)是指帶肋鋼筋插入內(nèi)腔為凹凸表面的灌漿套筒，鋼筋與套筒內(nèi)腔之間填充無收縮、高強(qiáng)度灌漿料，形成鋼筋套筒灌漿連接［2］。廣泛應(yīng)用于豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼筋的連接。本項(xiàng)目框架柱的連接采用了上套筒和下套筒2 種形式。上套筒即在上柱的底部預(yù)埋套筒，下柱出筋插入套筒。下套筒反之，在下柱或基礎(chǔ)頂部預(yù)埋套筒，上柱出筋插入套筒，如圖6所示。

在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，框架結(jié)構(gòu)破壞的理想狀態(tài)是在柱底產(chǎn)生塑性鉸，盡可能多地消耗地震能量［3］。但常規(guī)的上套筒連接方式，在首層柱底預(yù)埋灌漿套筒，而灌漿套筒本身的強(qiáng)度高于鋼筋，對柱底起到了加強(qiáng)作用，不利于在大震作用下柱底塑性鉸的形成，從而使結(jié)構(gòu)在地震下的響應(yīng)與設(shè)計(jì)預(yù)期不符［4，5］。本項(xiàng)目選取首層出現(xiàn)塑性鉸的柱底采用下套筒灌漿連接，其余柱采用上套筒。

圖6 下套筒節(jié)點(diǎn)構(gòu)造Fig.6 Precast Column to Lower Splice Sleeve Connections

2.2 工藝流程

下套筒灌漿工藝流程：套筒安裝及澆筑（見圖7）→套筒檢查清理→下套筒灌漿→預(yù)制柱吊裝→預(yù)制柱封倉→24 h 后柱底灌漿→灌漿結(jié)束，及時(shí)清洗機(jī)具。

圖7 下套筒現(xiàn)場施工Fig.7 Lower Splice Sleeve Construction Site

3 全預(yù)制樓板

目前國內(nèi)的裝配式建筑，樓蓋形式采用較多的是疊合板，先預(yù)制約60 mm 厚的混凝土底板，底板中配置板底鋼筋和桁架鋼筋，在底板現(xiàn)場吊裝就位后，在其上綁扎板面鋼筋，并澆筑混凝土，形成整體的受力構(gòu)件。但疊合板存在以下幾個(gè)問題：

⑴吊裝易損壞。疊合板厚度較薄，吊點(diǎn)設(shè)計(jì)不足或位置不合理時(shí)容易產(chǎn)生裂縫、撓曲等問題［6］。

⑵成本偏高。一方面，疊合板需要布設(shè)桁架鋼筋，相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆樓板或全預(yù)制板，鋼筋用量顯著增加；另一方面，現(xiàn)場需要澆筑疊合層，仍有大量的濕作業(yè)，用工量大，耗時(shí)長，增加造價(jià)，且不符合綠色環(huán)保的發(fā)展要求。

⑶施工速度慢。疊合板現(xiàn)場仍有大量的現(xiàn)澆工作量，施工所需時(shí)間長。

⑷生產(chǎn)質(zhì)量難控制。疊合板表面要求做不小于4 mm 的粗糙面，并嚴(yán)禁出現(xiàn)浮漿，但這在實(shí)際生產(chǎn)中不易控制，容易產(chǎn)生質(zhì)量問題。

針對以上問題，綜合考慮本項(xiàng)目的實(shí)際情況，在樓面層和懸挑陽臺采用了全預(yù)制樓板。本項(xiàng)目建筑樓板采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，占總面積80%以上的樓板尺寸寬度為3 070 mm，長度為7 520～7 670 mm，采用110 mm厚全預(yù)制樓板，無需拆分，整體預(yù)制。

3.1 梁板節(jié)點(diǎn)

全預(yù)制樓板底部和面部同時(shí)出筋，底筋錨入疊合梁現(xiàn)澆層內(nèi)，錨固長度按規(guī)范“≥5d 且過支座中心線”的要求［7］，面筋在預(yù)留現(xiàn)澆凹槽內(nèi)按照要求進(jìn)行搭接。全預(yù)制板板邊呈臺階狀（見圖8），給面筋提供足夠的錨固長度和施工操作面，同時(shí)增大后澆混凝土與預(yù)制層的接觸面。

圖8 全預(yù)制樓板梁板節(jié)點(diǎn)Fig.8 Precast Beam to Full Precast Slab Connections

3.2 全預(yù)制樓板的安裝

本項(xiàng)目樓蓋采用疊合梁+全預(yù)制樓板的形式，不同于常見的疊合樓板或現(xiàn)澆樓板，梁的箍筋、板的面筋等與預(yù)制構(gòu)件一體制作，為此對梁板安裝流程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。全預(yù)制樓板的吊裝過程如圖9 所示。

3.3 造價(jià)分析

對全預(yù)制樓板與疊合樓板的造價(jià)進(jìn)行了對比，以位于B～C 軸/2～3 軸半?yún)^(qū)域的樓板為例進(jìn)行分析，該樓板尺寸為3 070 mm×7 520 mm，為標(biāo)準(zhǔn)層最典型常見的樓板尺寸。全預(yù)制板厚度為110 mm，采用一塊板整體預(yù)制；疊合板預(yù)制層厚度60 mm，現(xiàn)澆層厚度60 mm，采用2 塊預(yù)制板通過300 mm 寬整體式拼縫進(jìn)行拼接。以《廣東省房屋建筑與裝飾工程定額》（2018）［8］為取費(fèi)依據(jù)，綜合考慮模具、主材、輔材、人工、運(yùn)輸、安裝、管理費(fèi)用、現(xiàn)澆部分的模板、抹灰等因素，2 種方案的造價(jià)對比如表2 所示。

表2 2 種方案的造價(jià)分析Tab.2 Cost Analysis of Two Schemes

經(jīng)初步對比，全預(yù)制板方案每m2單價(jià)為314 元，疊合板方案每m2單價(jià)為319 元，全預(yù)制板相比疊合板在造價(jià)方面更具優(yōu)勢。

4 預(yù)制外墻板

4.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目在建筑設(shè)計(jì)階段就考慮了預(yù)制外墻板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，各層層高相同，柱網(wǎng)均勻，立面設(shè)計(jì)規(guī)律性強(qiáng)，梁、柱截面統(tǒng)一，外墻板寬度僅1.2 m 和2.4 m兩種，高度相同。

4.2 水平節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

目前工程中常用的外墻板水平節(jié)點(diǎn)大都與梁濕連接，這種連接方式可能會增大梁的剛度，從而影響其在大震作用下的性能發(fā)揮［5］。采用內(nèi)嵌式外墻板，水平節(jié)點(diǎn)處無濕連接，在與梁的連接處留有縫隙，避免外墻板對梁的剛度造成影響。

4.3 拼縫構(gòu)造

防水設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)建筑正常使用功能的重要保證，因裝配式建筑現(xiàn)場裝配的特點(diǎn)，拼縫處的防水成為設(shè)計(jì)與施工中的一個(gè)重要問題［9］。本項(xiàng)目在拼縫處采用了多道防水措施，水平縫（見圖10 a）采用企口構(gòu)造、防水膠條+防水砂漿、密封膠4 道防水體系，豎縫（見圖10b）采用現(xiàn)澆混凝土、密封膠2 道防水體系。

同時(shí)，廣東地區(qū)基本風(fēng)壓較大，工程中常用的分離式豎向拼縫構(gòu)造易造成墻面開裂，影響美觀。豎向拼縫采用后澆混凝土連接較好地解決了這一問題。

圖10 內(nèi)嵌外墻板防水構(gòu)造Fig.10 Waterproofing Details for Built-in Exterior Wall Panel

4.4 保溫、隔熱和裝飾一體化

采用200 mm 厚預(yù)制夾芯混凝土墻板，在墻體厚度中間布設(shè)了80 mm 厚的擠塑聚苯乙烯板（XPS）（見圖11a），保溫隔熱性能良好。預(yù)制外墻在生產(chǎn)時(shí)，采用反打工藝將外立面的紋理圖案與預(yù)制外墻板一體成型（見圖11b）。

圖11 外墻板生產(chǎn)及成品Fig.11 Production Site of Exterior Wall Panel and the Finished Product

5 臨邊防護(hù)措施

本項(xiàng)目結(jié)合裝配式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用在樓層外圍結(jié)構(gòu)構(gòu)件上預(yù)留錨栓、現(xiàn)場安裝防護(hù)欄桿的方式，代替了傳統(tǒng)腳手架，施工快捷、造價(jià)低，取得了良好的效果。

5.1 臨邊防護(hù)做法

預(yù)制混凝土邊梁生產(chǎn)時(shí)在構(gòu)件外側(cè)預(yù)埋錨栓，吊裝前用螺栓將定型化工具式防護(hù)欄桿與預(yù)制邊梁連接，如圖12 所示。待邊梁吊裝完成后，即可在安全的情況下進(jìn)行樓層施工面預(yù)制樓板吊裝、預(yù)制梁板綁扎鋼筋、預(yù)制梁板二次澆筑等后續(xù)裝配式建筑的施工工藝。預(yù)制外墻吊裝前應(yīng)按部位逐步拆除外防護(hù)圍欄架體，然后擰掉螺栓，卸下欄桿立桿，操作過程中必須嚴(yán)格系好安全帶，正確使用防墜器。待整個(gè)項(xiàng)目完成后，可根據(jù)工程項(xiàng)目的具體情況采用高空車或者吊籃對預(yù)埋錨栓進(jìn)行砂漿封堵抹平。

圖12 臨邊防護(hù)措施Fig.12 Edge Protection Measures

5.2 定型化工具式防護(hù)欄桿特點(diǎn)

⑴組裝簡便，安拆靈活，如后期有特殊需要，可二次安裝利用。

⑵安全性高，在安裝構(gòu)件時(shí)，外防護(hù)結(jié)構(gòu)依然存在，避免了因已拆除而存在的極大風(fēng)險(xiǎn)。

⑶固定措施牢固，水平防護(hù)、豎向防護(hù)均已設(shè)置，防護(hù)高度滿足規(guī)范要求。

⑷主要組成材料不易損壞，周轉(zhuǎn)次數(shù)高，可多次使用在其他工業(yè)化結(jié)構(gòu)工程上。

6 上套筒灌漿平行檢測

鋼筋灌漿套筒連接是目前最常見的預(yù)制柱連接方式，但是對于套筒灌漿的施工質(zhì)量，工程上一直沒有可靠易于推行的檢測手段。

平行檢測是指在預(yù)制柱體外設(shè)置灌漿套筒與柱底的空腔連通，同時(shí)灌漿，后期拆除該套筒進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)和檢測，以檢驗(yàn)柱體內(nèi)套筒灌漿質(zhì)量，如圖13 所示。此方法與工程中現(xiàn)澆混凝土留置試塊檢測的做法類似。

檢測做法：①疊合梁現(xiàn)澆層澆筑前在其上臨時(shí)固定一試件鋼筋，鋼筋定位距離應(yīng)不大于柱邊250 mm，在鋼筋表面做隔離處理避免其與后澆混凝土粘結(jié)。②預(yù)制柱封倉時(shí)在柱底預(yù)留一孔洞與柱外套筒試件連接。③將固定好的試件鋼筋插入套筒試件，在套筒另一端也插入鋼筋，調(diào)節(jié)套筒試件的標(biāo)高，注意套筒試件的標(biāo)高應(yīng)和預(yù)制柱內(nèi)套筒標(biāo)高一致。④待套筒試件就位后，用專用灌漿波紋管將其與柱底預(yù)留孔洞連接，確保密封不漏漿。⑤波紋管連接完成后利用鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，判斷管內(nèi)是否通暢。⑥灌漿：按上套筒灌漿法進(jìn)行灌漿，直至所有出漿口和最后排氣孔出漿后停止灌漿。⑦灌漿后注意保護(hù)套筒試件，待24 h 后才能拆出試件，直至達(dá)到齡期將試件送檢。

圖13 上套筒灌漿平行檢測Fig.13 Parallel Testing for Splice Sleeve Grouting

7 結(jié)論

⑴設(shè)計(jì)做到了設(shè)計(jì)模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化，有利于降低成本和節(jié)約工期。

⑵針對預(yù)制柱常用的上套筒灌漿連接，不利于在大震作用下柱底塑性鉸的形成，采用下套筒灌漿連接，解決了這一問題。

⑶全預(yù)制板較好地解決了傳統(tǒng)疊合板施工速度慢、成本偏高、吊裝易產(chǎn)生裂縫或撓曲等問題。

⑷采用內(nèi)嵌式外墻板，在與梁的連接處留有縫隙，避免對梁的剛度造成影響。豎縫采用現(xiàn)澆混凝土+密封膠的連接構(gòu)造，較好地解決了防水和風(fēng)壓較大地區(qū)外墻板連接處墻面易開裂的問題。

⑸利用預(yù)制邊梁預(yù)埋錨栓固定定型化工具式防護(hù)欄桿。利用裝配式建筑的特點(diǎn)，在施工過程中發(fā)揮其優(yōu)勢。

⑹上套筒平行檢測和鋼板定位等質(zhì)量檢測和控制方法可靠，同時(shí)易于推廣。