張金樹

（中鐵廣州工程局集團有限公司，廣東 廣州 511458）

0 引言

濟南市作為全國第三個住宅（建筑）產(chǎn)業(yè)化試點城市，通過一系列建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展目標和鼓勵政策的引領，催生出大批以生產(chǎn)預制混凝土（Precast Concrete，簡稱 PC）為主的建筑產(chǎn)業(yè)化基地。其中濟南軌道中鐵管片有限責任公司全裝配式辦公樓就位于章丘明水經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的中鐵建筑產(chǎn)業(yè)化基地內(nèi)。

現(xiàn)以此棟樓的設計深化成果為基礎，運行 BIM 和有限元，進行工藝設計部分研究分析。

1 概述

1.1 軟件選擇

核心建模軟件采用歐特克 Rev it［1-2］，圖紙?zhí)幚聿捎?AutoCAD。安裝工藝的模擬和碰撞檢查采用 Navisworks Manage，有限元計算軟件采用邁達斯 Midas Civil。

1.2 技術資料

《濟南中鐵管片辦公樓設計圖和深化圖》、JGJ 1－2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》、DB37/T 5020－2014《裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)工程預制構(gòu)件制作與驗收規(guī)程》和 DB 37/T 5019《裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)程》［3］，濟南市關于裝配式建筑的有關規(guī)定及其他相關資料［4］。

1.3 構(gòu)件類型

本棟辦公樓有內(nèi)外剪力墻板、單雙向疊合樓板、疊合梁、外墻轉(zhuǎn)角板、樓梯、填充墻板等，共有663 塊 PC 構(gòu)件（見表 1）。

1.4 生產(chǎn)設備

兩條PC環(huán)形平模流水生產(chǎn)線（簡稱流水線）、10 張 4 m×9 m 固定模臺、一座 2×120 強制式拌合站、四臺桁吊、一臺PC構(gòu)件運輸車、兩臺龍門吊、裝載機、叉車、蒸汽鍋爐等機械設備。

表1 PC構(gòu)件匯總表

2 工藝設計

2.1 工藝設計詳述

裝配式建筑需要針對 PC 構(gòu)件和約束構(gòu)件，設計一系列與 PC 構(gòu)件生產(chǎn)、運輸、安裝、連接有關的新工藝。并要有針對性的模具設計、預埋件安裝、運輸和吊裝新器具、連接技術等，才能滿足裝配式建筑的全方位要求。

2.1.1 預制生產(chǎn)工藝

因施工現(xiàn)場與 PC 車間較近，不存在游牧式現(xiàn)場預制的必要。

1）板式構(gòu)件：采用二條流水生產(chǎn)線進行預制生產(chǎn)，其中一條流水線預制生產(chǎn)外墻板和內(nèi)墻板，另一條流水線預制生產(chǎn)單向和雙向疊合樓板。

進行具體生產(chǎn)工藝設計時，本著適用、經(jīng)濟的原則，根據(jù)模臺和 PC 構(gòu)件尺寸，采用一塊模臺之上的雙塊、多塊式模具生產(chǎn)工藝，如圖 1 所示。

其中在預制生產(chǎn)三明治復合外墻板（簡稱三明治板）時，采用北方通行的反打法進行預制生產(chǎn)［5］，即先安裝 50 mm 厚的外墻板模板，澆筑墻板混凝土。再安裝 80 mm 厚聚苯保溫板，再按照拉結(jié)件布置圖逐個插入拉結(jié)件，最后安裝內(nèi)墻板模板，澆筑 200 mm 厚的內(nèi)墻板混凝土，如圖 2 所示。

2）異型構(gòu)件：采用固定模位法中的豎向法，進行樓梯預制生產(chǎn)。

圖1 雙塊、多塊式模具布置圖

圖2 三明治板反打法示意圖（單位：mm）

2.1.2 塔吊選取

根據(jù)最重 PC 構(gòu)件力矩（4.96×L）與最遠安裝距離力矩的比較（Tmax×Lmax）情況，選取最大的值，確定塔吊型號。

2.1.3 運輸與安裝工藝

1）運輸：選擇用構(gòu)件運輸車進行墻板豎向（往內(nèi)側(cè)傾斜）、疊合板水平疊放運輸。

2）安裝：分為構(gòu)件安裝支撐、外墻板外掛架、構(gòu)件連接等內(nèi)容。

安裝支撐工藝設計主要有內(nèi)外墻板斜支撐、疊合板單柱支撐二部分內(nèi)容。經(jīng)比選，墻板采用單層兩根斜支撐工藝，疊合板采用兩排獨立支撐工藝。

斜支撐工藝：采用 Revit 模擬安裝內(nèi)外墻板、節(jié)點處墻板，根據(jù)斜撐上部（墻板預埋點）和下部現(xiàn)澆疊合層預埋點的位置，初步確定斜支撐桿傾斜角度，如圖 3 所示。

圖3 斜撐設計圖（單位：mm）

單柱支撐工藝：模擬疊合板安裝前獨立支撐和工字梁布設，初步確定獨立支撐與墻板支座間距和單柱支撐個數(shù)。

在 Navisworks Manage 中將單柱支撐與斜撐進行組合碰撞，逐根修整后確定二者各自位置坐標，消除碰撞與錯誤。最后生成斜撐位置預埋圖（同時修正 PC 構(gòu)件生產(chǎn)加工圖中預埋件位置）、獨立支撐布設位置圖。

2.1.4 工藝設計匯總

此棟全裝配式辦公樓采用預制生產(chǎn)和運輸工藝（見表 2）和連接工藝如表 3 所示。

表2 預制生產(chǎn)與運輸工藝設計匯總

表3 連接工藝設計匯總

2.2 工藝設計中相關計算

以墻板斜支撐、外掛架為例，進行工藝設計的計算說明。

2.2.1 墻板斜支撐設計

墻寬度為 5 4 0 0 m m，高度 H=2 8 8 0 m m，墻厚 3 0 0 m m，BH=1 9 6 0 m m，計算底部距離為 1 470 mm，斜撐長度為 2 450 mm，如圖 3 所示。擬初選 Φ102×4 鋼管作斜撐桿。

采用 Midas Civil 建模計算：斜撐最大內(nèi)應力為 4.07 MPa，支座水平剪切力為 4.1 kN，如圖 4、圖 5 所示。斜撐桿選擇 Φ102×4 鋼管可行，安全系數(shù)充足。

圖4 應力圖

圖5 反力圖

2.2.2 墻板外掛架設計

圖6 外掛架側(cè)面圖

2）采用 Mid as Civ il 進行建模計算，三角架水平橫桿最大內(nèi)應力 38.91 M Pa，外側(cè)斜撐最大內(nèi)應力 7.78 M Pa，如圖 8 所示。掛點處最大剪切力 5.78 kN，最大拉拔力 2.79 kN，如圖 9 所示。

3）主要焊縫檢算，見式（1）。

式中：T 為剪切力 5.78 kN；hf為焊角高度 4 mm；f 為焊縫金屬許擁剪切應力 160 MPa。

L=5.78/（0.7×4×160）=12.9 mm，即當焊縫有效長度達 13 mm 以上，可滿足要求。

圖7 外掛架模型圖（單位：mm）

4）螺栓抗剪計算，見式（2）。

式中：T 為剪切力 5.78k N；A 為 M16 螺栓凈截面積 156.67 mm2。

б=（5.78×103）/156.67=36.89MPa＜［б］=115 MPa，滿足要求。

圖8 應力圖

圖9 反力圖

5）選用 6850-16-70 型預埋件，查表進行安全系數(shù)計算，安全系數(shù)為 2.6，滿足要求。

根據(jù)上述計算結(jié)果，掛架平臺設計方案可行。

3 結(jié)語

在前期深化設計基礎上，PC 構(gòu)件預制生產(chǎn)過程順利。構(gòu)件質(zhì)量，經(jīng)驗收檢驗，達到規(guī)范要求。進入施工安裝階段后，工程進度從最初半個月施工 1 層，到 10 d 施工 1 層，再到 7 d 施工 1 層，實現(xiàn)了最初預想的工期目標。說明結(jié)合 BIM 技術，所采取的預制生產(chǎn)和安裝施工工藝得當，使 PC 構(gòu)件裝配精度和效率得到了提高，滿足當前裝配式建筑的工程質(zhì)量需求，為以后此類工程的施工積累了經(jīng)驗。