预制装配式建筑高效率建造工艺

点击:    日期:2019-7-10 16:52:55

1、概述


近几年政府主管部门大力推展装配式建筑以逐步取代现浇建筑,装配式建筑指的是将在预制工厂生产的预制部品部件在工地吊装装配而成的建筑。2017年3月,住建部出台《“十三五”装配式建筑行动方案》后,各地政府紧跟国家步伐,陆续颁发推广装配式建筑的相关文件,越来越多的企业开始加入到装配式建筑的建设大军中,很多企业往往只是去国内外考察几个月回来,认为只要找好的设计院,买合格的预制部品部件,再找有经验的施工总承包就可以做好装配式建筑,结果开始做了之后才发现没有想象的那么容易。从建造正确观念、到高效建造设计、生产、施工的关键都要做好把控才能真正高效率建造装配式建筑,并由此获利。


2、预制装配式建造正确观念及高效率建造的设计关键


2.1 预制装配式建造正确观念


国内学者常言“装配式(混凝土)建筑等同现浇”,严格意义上说,只是在结构分析上,装配式建筑结构可采用与现浇混凝土结构相同的方法进行结构分析,而不是指装配式建造也必须等同现浇方式,国内许多企业不了解其中的区别,因此完全用现浇建造的方法来设计及施工装配式建筑,导致建造过程中痛苦不堪,从而错误的认为装配式建筑工期长、成本高、效率低,其实完全是不了解预制装配式建造的正确观念而导致。那么到底要如何正确的建造呢?笔者从台湾润泰二十五年约150个项目的实践经验中总结认为,应回到装配式建造的本质,即采用建造装配化的理念来施工,其可参照等同或类比钢结构的施工方式(钢结构装配式施工已有一百多年,施工方式成熟高效)来说明,图1为框架体系装配式建筑的3D示意图,图2为剪力墙体系装配式建筑的3D示意图,在部品部件吊装上与钢结构高度相似,水平构件上钢结构是以简支次梁、无支撑压型钢板及干式连接施工为主而达到高效建造,装配式(混凝土)建筑建造完全可以借鉴此理念施工。


图 1   框架体系装配式建筑的3D示意图


图 2   剪力墙体系装配式建筑的3D示意图


2.2 高效率建造设计关键


(1)主次梁简支(铰接)接头设计:有些设计院用现浇建造的方法来设计主次梁间接头,图3为某工地的主次梁间接头设计为现浇接头,导致支撑需满堂架,且预制吊装及现浇施工也困难,图4~图6为润泰常用的简支(铰接)接头牛担板设计,可大幅减少支撑且现场施工高效,还可以一次吊装两支次梁。


图 3   主次梁间接头采用现浇接头设计


图 4   润泰常用的简支(铰接)接头牛担板设计


图 5   牛担板次梁构件


图 6   一次吊装二支次梁等同钢构吊装方式


(2)主梁避免四肢箍设计:国内规范规定,现浇梁的宽超过300mm,必须采用四肢箍设计,在现浇时可以采用现场穿梁主筋的方式施工,如图7所示,但在四肢箍预制梁时,现场穿主筋的空间只剩叠合部分的高度,导致现场钢筋施工非常困难,如图8所示,如果采用工厂预背梁主筋的方式,则必须从设计到生产管理都正确,否则现场仍然会发生错误,从而导致需先切开箍筋,放入主筋后再电焊箍筋的修改方式,既费事又费工。


图 7   四肢箍现场穿筋施工过程


图 8   四肢箍穿筋施工的空间只剩叠合部分的高度


(3)1/2梁跨组合闭口箍梁设计:组合闭口箍由预制梁中的U型开口箍筋与现场安装的帽盖箍筋组成。关于梁箍筋设计在GB/T 51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》的5.6.2叠合梁的箍筋配置规定:“抗震等级为一、二级的叠合框架梁的梁端箍筋加密区宜采用整体封闭箍筋;当叠合梁受扭时宜采用整体封闭箍筋,且整体封闭箍筋的搭接部分宜设置在预制部分”。因此在符合规范要求下,润泰常采用1/2梁跨组合闭口箍梁设计,在梁非加密区采用组合封闭箍筋,而在梁加密区采用整体封闭箍筋,并可简化为1/2跨中长度范围内采用组合闭口箍梁设计,既可符合规范要求,又可以减少帽盖箍的成本,现场施工时,在一根梁的距离内穿放上层钢筋,施工极为简单。图9为工厂中正在脱模的预制梁,1/2跨中部分为组合闭口箍中的U型开口箍。当梁截面过小,同时还要符合框架梁弯钩平直段长度不应小于l0d(d为箍筋直径)的规定,制作时,其中一边的梁箍筋往上135度,等在工地放入后再用电动弯箍机施工,图10为做好的1/2跨中U型开口箍主、次梁。


图 9   1/2梁跨U型开口箍梁


图 10   1/2梁跨U型开口箍主、次梁


(4)楼承板单向板设计:图11为国内楼承板中的KT叠合板常采双向板四向出筋设计,可明显看出施工困难,且在施工楼承板前需穿插施作现浇整体式接缝模板,导致施工工序需穿插等待模板工施作,导致施工漫长。图12为润泰常用的单向板设计,可看出由于不需先弯折二向出筋再弯回及斜向插入出筋才能吊装定位,因此施工快速简洁。


图 12   叠合板采用单向板设计


(5)无支撑或支撑极小化设计:国内许多企业用现浇建造的方法,把预制构件用现浇方式组装起来,结果常常可见满堂架的支撑方式,如图13所示,可明显看出不易快速施工。而润泰常用无支撑设计或支撑极少化,如图14及图15所示,不仅可节省支撑成本,更可快速施工。


图 13   国内常见的预制梁板满堂架支撑设计


图 14   润泰无支撑设计


图 15   润泰支撑极少化设计


(6)同步工程:同步工程指的是土建与机电同时施工的方式,若装配式建筑的设计为支撑极少化,且预制构件精度高表面光滑不需抹灰作业,再加上机电设计由同步工程的概念提早确认并配合,那么就有极大的机会可以做到土建及机电同时施工,这就是装配式建筑与传统现浇最大的不同。图16为台湾内湖大润发同一天各楼层施工的状况,图17为同步施工结构、机电及装饰工程,每一层每个空间都在施工作业,如此就可以进行高效率建造,大幅缩短施工总工期了。


图 16   台湾内湖大润发同一天各楼层施工


图 17   同步施工结构、机电及装饰工程


3、体现工地高效率装配式建造


3.1 BIM与施工计量模拟


BIM技术不仅可以模拟构件的碰撞检查或土建施工,更可以做到事先在BIM(建筑数位模型)中将包含土建及机电的所有施工工项在电脑上事先模拟施工,从各个方向及位置去检查实际施工后会遇到的问题,进而在设计阶段就将问题解决,模拟的项目越多,经验越丰富,则3D模拟与实际施作的误差就会越小。如图18为润泰在事先就用BIM模拟的土建及机电整合模型,等到施工后再实际比对是否与事前模拟的一致,还可以如图19用BIM模拟施工机具与动线,得到高效率的最佳建造方式。


图 18   事先用BIM模拟的土建及机电整合模型与实际比对


图 19   BIM模拟施工机具与最佳动线


3.2 无脚手架施工


装配式建筑工地要高效率装配式建造的其中一个关键是不能照办传统的现浇外围全部包覆脚手架的做法,图20为台湾润泰38层全装配式建筑,从施工组织计划就设定外围无脚手架施工,于是在检核深化设计图时,就要求预制梁要有预埋件,预制梁与阳台临时支撑一起吊装上去,图21为润泰在上海施作的上海城建2号试点楼,从施工组织设计方案就要求,也可做到外围无脚手架施工。


图 20   台湾润泰38层无脚手架施工


图 21   上海城建2号试点楼无脚手架施工


3.3 结构装修一体化


要高效率建造,不止设计,生产上也要尽可能将结构装修一体化生产。图22为预制柱在工厂生产时,连同装修石材一起反打。图23为预制阳台在工厂生产时,连同金属装修线条一体化生产,在工地不需另外施作装修,就可高效率建造。


图 22   预制柱反打石材一体化


图 23   预制阳台带装修线条一体化


3.4 外墙装饰工厂先行


外墙生产上也是如此,尽可能将后续外墙装饰及栏杆和玻璃在工厂先行施作,减少后期在工地施工,要尽可能在工厂生产,而不是等到了工地再进行高空装饰作业或其他施工作业,这样自然可以加快施工速度,图24及图25为外墙装饰工厂先行的实例照片。


图 24   外墙装饰工厂先行(包括瓷砖、石材、栏杆、窗户、玻璃)


图 25   外墙装饰工厂先行(包括窗框及玻璃)


3.5 机电垂直干管先行


在施工时若能将机电垂直干管先预埋一段,与楼板同步灌浆完成,则当施作机电干管时就只需要接管,而不需要再施作固定及填补孔洞等相关湿作业了。如图26所示,如此可大幅减少机电施工时间、缩短交给装饰工程所需时间,进而缩短总工期,达到高效率建造的目标。


图 26   机电垂直干管先行,在工地先预埋


结语


国内以往用现浇建造的方法来设计、生产及施工装配式建筑,导致建造过程低效且成本高,从而错误的认为装配式建筑不好,其实完全是不了解预制装配式要如何高效率建造的正确做法。仅借本文分享笔者多年在台湾润泰及国内百余个项目实践中得到的关于高效率建造的经验总结和心得体会,期许能抛砖引玉,对促进国内装配式建筑建造尽一己之力。