夏 亮，金 玉,張 雁

(1.池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑與園林系,安徽 池州 247000;2.國網(wǎng)舟山供電公司 綜合服務(wù)中心, 浙江 舟山 316000)

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,建筑產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟新的增長點,正在逐步發(fā)展與完善。開發(fā)出施工便捷、經(jīng)濟適用又適宜于產(chǎn)業(yè)化的新型住宅體系是重要的發(fā)展方向。近年來,隨著各項技術(shù)的不斷發(fā)展,裝配整體式結(jié)構(gòu)脫穎而出,它結(jié)合了整澆式和裝配式的優(yōu)點,在住宅產(chǎn)業(yè)化進程中逐步發(fā)展與推廣應(yīng)用,是一種較為理想的結(jié)構(gòu)體系。裝配整體式混合框架結(jié)構(gòu)雖然在國內(nèi)早已存在,但是在推廣運用方面卻受到很大限制,這主要與裝配整體式混合框架結(jié)構(gòu)的裝配技術(shù)沒有系統(tǒng)設(shè)計以及施工工藝沒有成套、應(yīng)用項目較少和相關(guān)規(guī)范亦不完整等有關(guān)。此外,相關(guān)產(chǎn)業(yè)配套的設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)與安裝之間的配合環(huán)節(jié)尚未形成,使其成為制約裝配整體式混合框架結(jié)構(gòu)發(fā)展的瓶頸[1-2]。

本文以白溝50萬 m2的國際箱包交易中心項目為例,在國內(nèi)現(xiàn)有制造技術(shù)與施工技術(shù)條件下,對國內(nèi)外建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展與應(yīng)用以及裝配整體式結(jié)構(gòu)研究成果進行了充分的調(diào)查研究,在總結(jié)建筑產(chǎn)業(yè)化與裝配整體式結(jié)構(gòu)體系發(fā)展的經(jīng)驗與教訓(xùn)的基礎(chǔ)上,采用新型抗震裝配整體式混合框架結(jié)構(gòu)體系進行了施工建設(shè),進一步論證了該項施工技術(shù)的先進性與經(jīng)濟實用性。

圖1 工程框架結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Framework of engineering structure

1 工程概況

本工程為白溝國際箱包交易中心項目,項目總投資15.3億元,占地28.84 ha,總建筑面積約為50萬m2,主要建設(shè)內(nèi)容包括地上市場區(qū)32.8萬m2、地下市場區(qū)8.1萬m2和商業(yè)廣場1.4萬m2等。白溝國際箱包交易中心項目的地下采用現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu),而地上則采用新型整體裝配式框架結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)組合形式。

本工程抗震設(shè)防類別為乙類,抗震設(shè)防烈度為7度,結(jié)構(gòu)安全等級為一級,地基基礎(chǔ)安全等級為二級,框架抗震等級為二級。工程框架結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 新型抗震裝配整體式混合框架結(jié)構(gòu)的組成和特點

在新型抗震裝配整體式結(jié)構(gòu)施工過程中,將預(yù)先經(jīng)過組裝的各式配件,如梁、板、柱、墻以及樓梯、陽臺等搬運至施工現(xiàn)場,按照施工設(shè)計要求進行施工。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工作業(yè)相比,新型抗震裝配整體式混合框架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點主要體現(xiàn)在如下五個方面:

2.1 建筑質(zhì)量、功能化提升

新型抗震裝配整體式混合框架結(jié)構(gòu)涵蓋全家居解決方案,提高了建筑的隔聲、保溫、防火等性能,便于結(jié)構(gòu)維護、耐久性好。

2.2 抗震性能提高

該混合框架結(jié)構(gòu)體系中使用了高頻熱處理鋼筋(具有高強塑性、低屈強比等性能)、復(fù)合灌漿料、高性能混凝土等新材料,提高了建筑結(jié)構(gòu)的安全儲備能力。

2.3 縮短施工周期

該混合框架結(jié)構(gòu)體系減少了施工工序,縮短了工期,而且受季節(jié)性影響較小。就白溝箱包廣場50萬 m2工程量而言,采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)僅結(jié)構(gòu)主體需施工1年以上,而采用裝配式結(jié)構(gòu)后則只需4個多月,可節(jié)約工期半年以上。

2.4 節(jié)約勞動成本

現(xiàn)場基本取消濕作業(yè)和高空作業(yè),大幅度減少現(xiàn)場施工及管理人員數(shù)量,降低勞動強度,節(jié)約勞動成本,提高現(xiàn)場文明施工質(zhì)量。以白溝箱包交易中心施工項目為例,要在4個月內(nèi)完成主體工程,傳統(tǒng)現(xiàn)澆作業(yè)大約需要10000人,而新興裝配式結(jié)構(gòu)作業(yè)僅需要約1000人,大量減少了人員投入。

2.5 節(jié)能減排

在施工過程中減少木材、砂、石等天然資源的用量,生產(chǎn)用水能夠循環(huán)利用,節(jié)省了大量能源和資源。由于鋼筋、水泥用量下降,與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)建筑相比大量減少了CO2的排放。

3 項目施工

3.1 設(shè)計理念及實施

裝配整體式混合框架結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)計雖然采用了新型設(shè)計方案,且具有與傳統(tǒng)工藝明顯不同的施工特性,但是都是在既有建筑規(guī)范和標(biāo)準的基礎(chǔ)上進行的,也充分調(diào)研了國內(nèi)外相關(guān)文件的既有經(jīng)驗。除參照《預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配整體式框架結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ224-2010)、 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB/T 50009-2012)、 《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB/T 50204-2015)等標(biāo)準或者規(guī)范要求進行設(shè)計與施工[3-4]外,工業(yè)化、標(biāo)準化、模數(shù)化的配件以及施工安裝成套設(shè)計文件也在考慮范圍內(nèi)。

圖2 預(yù)留孔插筋 (1-基礎(chǔ)梁;2-基礎(chǔ);3-箍筋;4-插筋;5-預(yù)留孔)Fig.2 Reserved hole reinforcement(1-foundation beam; 2-foundation; 3-stirrup; 4-inserted steel; 5-reserved hole)

3.2 構(gòu)件預(yù)制

預(yù)制裝配整體式框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要包括預(yù)制混凝土柱、預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土疊合梁和板、節(jié)點鍵槽及以外部分等。所有框架的混凝土強度等級都使用C30及以上,鋼筋采用高強熱處理鋼筋、鋼絞線、HRB400級鋼筋等。

預(yù)制鋼筋混凝土柱采用矩形截面,截面邊長大于400 mm。預(yù)制梁端設(shè)有鍵槽,鍵槽中放置U型鋼筋,通過后澆混凝土實現(xiàn)下部縱筋的搭接。預(yù)制板的厚度大于50 mm,但是小于樓板總厚度的一半,預(yù)制板的寬度在600 mm～2 500 mm之間。

預(yù)制柱與基礎(chǔ)的連接采用預(yù)留孔插筋法進行,預(yù)留孔插筋示意圖如圖2所示。其中,預(yù)留孔長度大于柱主筋搭接長度,灌漿材料為無縮灌漿料,1 d齡期的強度大于25 MPa,28 d齡期的強度大于60 MPa。同時,預(yù)制柱之間采用預(yù)留孔插筋連接時,主筋搭接長度應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)的有關(guān)規(guī)定。柱與梁的連接采用鍵槽節(jié)點方式,鍵槽的U型鋼筋直徑在12 mm～20 mm之間。次梁采用吊筋形式的缺口梁方式與主梁連接,并符合《預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配整體式框架結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ224-2010)相關(guān)規(guī)定。在對預(yù)制板進行連接時,預(yù)制板相鄰處板面統(tǒng)一鋪有鋼筋網(wǎng)片,網(wǎng)片鋼筋直徑大于5 mm,間距小于200 mm。預(yù)制梁底角設(shè)置有鋼筋,兩側(cè)設(shè)置腰筋如圖3所示,預(yù)制梁端部設(shè)置有帶孔模板,各鋼絞線之間的凈距應(yīng)大于25 mm和鋼絞線的直徑,跨度較大的梁配置有高強熱處理鋼筋。

圖3 預(yù)制梁構(gòu)造圖(1-預(yù)制梁;2-鋼筋;3-腰筋;4-鋼絞線;5-鋼筋)Fig.3 Precast girder structure map(1-precast beams;2-steel;3-waist muscle;4-steel strand;5-steel)

在構(gòu)件生產(chǎn)過程中,為了保證對設(shè)計意圖理解正確,規(guī)定當(dāng)需要作鋼筋代換時,應(yīng)辦理設(shè)計變更文件。由于構(gòu)件生產(chǎn)線長度較長,最大張拉控制應(yīng)力放寬到0.80fptk。采用先張法進行預(yù)應(yīng)力構(gòu)件施工過程中,鋼筋斷裂或者滑脫的現(xiàn)象不允許發(fā)生,如果出現(xiàn),應(yīng)當(dāng)予以更換。構(gòu)件生產(chǎn)過程中,按照相關(guān)規(guī)定以生產(chǎn)線為批次留置標(biāo)準條件養(yǎng)護試塊和同條件養(yǎng)護試塊。

預(yù)制構(gòu)件制作完成后,為了避免構(gòu)件在廠內(nèi)起吊與運輸時開裂,混凝土強度必須符合設(shè)計要求,堆放構(gòu)件的場地應(yīng)做良好的排水系統(tǒng),并保持構(gòu)件與地面的間隙;重復(fù)堆放的構(gòu)件,吊環(huán)都朝上,構(gòu)件的標(biāo)號向外,采用靠放架的構(gòu)件應(yīng)對稱靠放和吊運。構(gòu)件裝運時應(yīng)綁扎牢固,防止移動或者傾倒,對于邊部與繩索接觸處,應(yīng)采用襯墊加以保護,在運輸過程中采取臨時固定措施對構(gòu)件進行固定,并保持平穩(wěn)、順利運達施工現(xiàn)場。

3.3 現(xiàn)場施工安裝

新型抗震裝配整體式混合框架結(jié)構(gòu)體系通俗來講,就是按照統(tǒng)一、標(biāo)準的建筑部品規(guī)格制作成房屋單元或構(gòu)件,然后運至工地現(xiàn)場再進行裝配就位后建造的住宅,就像搭積木一樣造房子。

施工前,把預(yù)制構(gòu)件根據(jù)施工組織設(shè)計和安裝專項方案確定堆放區(qū)域和順序。在進行預(yù)制混凝土構(gòu)件安裝時,按照不同部件的代碼依次進行安裝,保證整個安裝工程準確無誤[5]。此外,施工人員在進行施工作業(yè)前,需要進行人員培訓(xùn),培訓(xùn)內(nèi)容包括安全和技術(shù)兩個方面。工藝流程為預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)—柱基礎(chǔ)處理—預(yù)制柱吊裝—架設(shè)柱支撐和梁板支架—預(yù)制梁吊裝—梁端節(jié)點施工—預(yù)制板吊裝等步驟,主要施工過程如下:

3.3.1柱就位前的基礎(chǔ)處理

當(dāng)采用杯形基礎(chǔ)施工時,可以采用與一般裝配式結(jié)構(gòu)施工要求相同的方案;當(dāng)采用預(yù)留孔插筋法施工時,多次檢驗以確定預(yù)留孔位置的準確性,其平面誤差應(yīng)為5 mm,孔深允許誤差應(yīng)為10 mm。

3.3.2柱吊裝

采用預(yù)留孔插筋法進行柱的吊裝、調(diào)整和固定。起吊期間,采用柱靴對從柱底伸出的鋼筋進行保護;起吊階段柱扶正過程中,柱靴不得離開地面,然后在孔內(nèi)注入流動性良好的無收縮灌漿料,厚度約為10 mm,柱就位后進行校正并固定。

3.3.3預(yù)制梁吊裝

吊裝前按照施工方案搭設(shè)支架，并進行標(biāo)高校正,梁應(yīng)放置在支架上，并進行臨時固定,每根柱周圍的梁就位后采取固定措施。吊裝就位后應(yīng)確保U型鋼筋位置準確,安裝結(jié)束后應(yīng)封堵節(jié)點模板。澆筑混凝土前,應(yīng)對梁截面、定位以及U型鋼筋的數(shù)量、規(guī)格等進行安裝質(zhì)量檢查。此外,鍵槽節(jié)點處的混凝土應(yīng)采用比預(yù)制混凝土強度高一等級且不低于C45的無收縮細石混凝土,混凝土應(yīng)澆搗密室,并應(yīng)澆筑至板底標(biāo)高處。

3.3.4板吊裝

當(dāng)梁柱節(jié)點處混凝土強度達到15 MPa后,進行吊裝預(yù)制板的操作。同時,應(yīng)注意預(yù)制板的兩端擱置在預(yù)制梁上,板的下部設(shè)置臨時支撐措施。當(dāng)梁板上部鋼筋安裝完成后,就可以進行混凝土的澆筑工作,同時注意在澆筑過程中,不得對節(jié)點處的混凝土造成破壞。

4 經(jīng)濟效益與社會效益

50萬 m2的單體項目,如果采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)進行施工,僅完成結(jié)構(gòu)主體就需1年以上。而本項目采用新型抗震裝配整體式混合框架結(jié)構(gòu)體系施工,從2011年7月開始吊裝,主體結(jié)構(gòu)完成后,二次結(jié)構(gòu)、水電設(shè)備安裝采取交叉施工的方式進行,2012年7月就進行了驗收交付工作,實現(xiàn)了節(jié)約工期半年以上的既定目標(biāo)。該項目交付使用后,至今狀態(tài)良好。

2012年1月,科技部所屬中國技術(shù)市場協(xié)會在北京組織國內(nèi)一流專家團隊,對該項目所使用的“新型抗震裝配整體式混合框架結(jié)構(gòu)體系”科技項目成果進行了評審。新型抗震裝配整體式混合框架結(jié)構(gòu)體系使用了國內(nèi)裝配整體式工程領(lǐng)域多項最先進的技術(shù)和新型節(jié)能材料,共涉及五項國家專利技術(shù):高頻熱處理高強鋼筋、鋼筋錨固板技術(shù)、屈曲約束支撐技術(shù)、新型裝配整體式預(yù)制預(yù)應(yīng)力空心樓板、高強灌漿料。新型抗震裝配整體式混合框架結(jié)構(gòu)體系在施工過程中減少木材、砂、石等天然資源的用量,生產(chǎn)用水能夠循環(huán)利用,節(jié)省了大量能源和資源。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)建筑相比,每平米可減少CO2排放量為96.994 kg。此項技術(shù)將使現(xiàn)代化建筑真正地實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,實現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)的建筑工業(yè)化,打造節(jié)能環(huán)保、低碳降耗的綠色人居環(huán)境。

5 小結(jié)

50萬m2的單體項目的施工與應(yīng)用在國內(nèi)尚屬罕見,新技術(shù)、新體系的應(yīng)用取得的經(jīng)濟與環(huán)境效益非常明顯。一項新技術(shù)從理論走向?qū)嵺`,從實驗室走向施工現(xiàn)場,面臨著很多實驗過程中沒有遇到的問題。為了更好地解決施工中出現(xiàn)的技術(shù)問題,本項目采用分區(qū)施工的形式,通過研發(fā)人員、工程技術(shù)人員和施工單位的共同努力,基本上解決了實際施工過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題。