《装配式建筑基础》讲义

发布时间:2021-05-17文章来源: 浏览次数:

焦作大学

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第一部分       

1、预制装配式建筑技术

  主要有:叠合剪力墙(PCF)体系、现浇外挂体系、装配整体式剪力墙体系、装配整体式框架体系、装配整体式框架-现浇剪力墙(核心筒)体系、全工业化轻钢结构体系等6项技术。

  1.1 叠合剪力墙(PCF)体系

  预制率在20%左右,主要案例有上海万科浦东金色里程、上海万科浦东金色城市和上海上坤松江红树湾等项目。其中万科金色里程是国内首个将工业化预制装配式技术大规模应用到商品住宅的项目(见图1),采用预制楼梯、阳台、空调板、面砖反打、窗框预埋、接缝多道防水技术措施,18层住宅,采用PCF叠合剪力墙体系,预制率16%。

 

  ▲ 上海万科金色里程

  1.2 现浇外挂体系

  外挂墙板与主体连接简单,施工速度快,效率较高。主要案例有浙江杭州万科北辰之光、上海保利浦东艾庐、上海阳光城浦东丽景湾、上海旭辉虹桥恒基中心、上海远洋惠南镇东城区G-C2-2地块、上海金地松江区新桥镇陈春路一号A-1地块、上海当代闵行区江川社区01、02单元52-03地块、上海方兴大宁金茂府等,其中上海方兴大宁金茂府项目预制率25%,是上海市顶级科技智能工业化建筑(见图2)。

 

  ▲ 上海方兴大宁金茂府

 1.3 装配整体式剪力墙体系

  适用于高层建筑,抗震性能好,户型设计灵活,住户接受度高。主要案例有上海万科浦东海上传奇(该项目是上海市第一个装配整体式剪力墙高层住宅小区,预制率25%,获得浦东新区2013年度建设工程设计质量结构专业优秀奖,如图3所示)、上海万科浦东地杰A街坊地块(上海市第一个暗柱预制装配整体式剪力墙住宅小区)、江苏常州新城帝景北地块(预制率80%,建筑高度99.62m,百年住宅,绿色三星,江苏省首批建筑产业现代化示范项目,装配整体式剪力墙体系中预制率最高、高度最高的国内在建高层项目,如图4所示)、上海泰禾青浦红桥(预制率45%,绿色三星、上海市最高预制率的剪力墙结构商品住宅小区)、上海保利置业杨浦平凉街道18街坊(24~25层住宅,预制率25%)、上海金辉南桥天鹅湾(18层住宅,预制率25%)、上海大名城唐镇D-03-05a地块(16~18层住宅,预制率30%)。

 

  ▲ 上海万科浦东海上传奇

 

  ▲ 江苏常州新城帝景北地块

 1.4 装配整体式框架体系

  平面布置灵活,抗震性能好,技术成熟,施工效率高,单体预制率范围广(15%~80%),适用于大开间、大柱网办公、商业、公寓等建筑。主要案例为上海绿地虹口商办楼,共9层,建筑高度44m,预制率25%,该项目也是上海市第一个装配式商业办公综合体。

  1.5 装配整体式框架-剪力墙(核心筒)体系

  通过可靠的连接方式进行装配,形成装配整体式的框架-剪力墙(核心筒)结构,主要适用于高层,抗震性能较好,适用于办公商业类建筑。主要案例为上海绿地杨浦96街坊,该项目为18层办公楼,建筑高度78m,预制率40%,是上海市第一个装配整体式高层办公楼(见图5)。

 

  ▲ 上海绿地杨浦96街坊

1.6 全工业化轻钢结构体系

  以镀锌轻钢龙骨作为承重体系,引进日本技术及生产工艺生产的ALC板,构件尺寸小,可隐藏于墙体内部,结构自重轻,省去了现场焊接及高强螺栓的费用,施工速度快,易于装卸,主要适用于1~3层的低层住宅。主要案例:江苏苏州积水姑苏裕沁庭(低层住宅,预制率100%),如图6所示。

 

  ▲ 江苏苏州积水姑苏裕沁庭

 2、聚力百年住宅技术研发

  在江苏常州新城帝景北区百年住宅示范项目实践中,设计将住宅分为结构支撑体和功能填充体两部分,百年住宅理念在结构支撑体部分主要体现为实现100年的安全耐久性,在功能填充体部分主要体现为实现100年的可变与品质保障。百年住宅技术框架如图7所示。

 

  ▲  百年住宅技术框架

 2.1 建筑工业化

  外立面及主体采用预制装配体系及标准构配件等技术手段,内装采用干式工法、工厂化通用部品部件等技术手段,大大缩短了生产工期,提高了生产效率。建筑工业化模式打破了传统建造方式受工程作业面和气候的影响,在工厂即可成批次地重复制造,使高寒地区施工告别“半年闲”。这其中主要体现了十二类技术体系中的结构耐久,SI体系、设备集成这3项内容。

  2.2 建筑长寿化

  建筑长寿化的基础是结构支撑体的高耐久性和长寿化,但不可否认,建筑内填充体的寿命无法与结构主体同步,传统住宅随着时间的累积,内填充的装饰、管线部分逐渐老化,必然面临更新检修的要求。因此百年住宅强调采用SI住宅体系,实现支撑体与填充体完全分离、共用部分与私有部分区分明确,有利于使用中的更新和维护,实现100年的安全、可变、耐用。这其中主要体现十二类技术体系中的BIM信息化、预制装配化、空间可变这3项内容。

  2.3 品质优良化

  强调对综合性玄关、全屋收纳、阳台家政区等进行人性化设计,同时采用环保内装、新风系统、地暖、整体卫浴等工业化新技术,有效提高住宅性能质量,提升住宅品质。这其中主要体现十二类技术体系中的功能家居空间、全屋收纳、人性化部品这3项内容。

  2.4 绿色低碳化

  在增加外墙的保温及门窗的气密性外,考虑增加外遮阳设施,节约空调能耗。同时采用干式工法,主体结构及外墙采用装配式,减少工地扬尘、噪声污染;内装采用架空地板、轻质隔墙、整体卫浴,减少现场湿作业。综合实现节水、节地、节能、节材,达到绿色低碳化。这其中主要体现十二类技术体系中的社区智能、节能与资源利用、室内环境质量这3项内容。

 3、推动工业化家装

 

  ▲ 一体化设计

 

  ▲ 9 SI工法五大系统

 从我国住宅工业的发展现状来看,传统的住宅装修方式对住宅工业化的制约和影响日益凸显。不仅浪费人工、材料,带来空气污染、噪声污染等,且没有可持续发展的理念,与绿色节能、低碳环保理念背道而驰。

  目前,我国建筑工业化的发展尚处在起步阶段,相对于日本和欧美发达国家而言,我国的建筑工业化发展水平还很低,无论是在设计理念、科技研发、工厂化制作、现场管理等方面,还是在建筑管理体制、建筑建材业联动发展方面,与日本相比还有较大的差距。上海中森工业化精装案例如图10所示。

 

江苏昌州新城公馆

 

江苏太仓积水裕沁庭

 

 

上海万科浦东金色里程

 10 工业化精装案例

 

第二部分  基本概念

 

1.什么是装配式建筑?

    装配式建筑是用预制部品部件在工地装配而成的建筑。《装配式混凝土建筑技术标准》GB/T 51231-2016对装配式建筑的定义如下: 结构系统、外围护系统、设备与管线系统、内装系统的主要部分采用预制部品部件集成的建筑。装配式建筑主要包括装配式混凝土建筑、装配式钢结构建筑及装配式木结构建筑。

 

2.装配式建筑的结构系统主要包括哪些?

    装配式建筑的结构系统主要包括梁、板、柱、剪力墙、支撑等承受或传递荷载作用的结构构件。

 

3.装配式建筑的外围护系统主要包括哪些?

    装配式建筑的外围护系统主要包括建筑外墙、屋面、外门窗及其它与外部环境直接接触的部品部件等,主要用于分隔建筑室内外环境。

 

4.装配式建筑的设备与管线系统包括哪些?

    装配式建筑的设备与管线系统主要包括给排水设备及管线系统、供暖通风空调设备及管线系统,电气和智能化设备及管线系统、燃气设备及管线系统等,主要用于满足建筑使用功能。

 

5 装配式建筑的内装系统包括哪些?

    装配式建筑的内装系统主要包括楼地面、墙面、轻质隔墙、吊顶、内门窗、厨房和卫生间等,主要用于满足建筑空间使用要求。

 

6.什么是部件?

    在工厂或现场预先生产制作完成,构成建筑结构系统的结构构件及其它构件的统称。

 

7.什么是部品?

    由工厂生产,构成外围护系统、设备与管线系统、内装系统的建筑单一产品或复合产品组装而成的功能单元的统称。

 

8.什么是装配式混凝土建筑?

建筑的结构系统由混凝土部件(预制构件) 构成的装配式建筑。

 

9.什么是装配式钢结构建筑?

    建筑的结构系统由钢部(构) 件构成的装配式建筑。

 

10.什么是装配式木结构建筑?

    建筑的结构系统由木结构承重构件组成的装配式建筑。

 

11.装配式混凝土建筑主要包括哪几种结构体系?

    装配式混凝土建筑主要包括装配整体式框架结构体系、装配整体式剪力墙结构体系、装配整体式框架--现浇剪力墙结构体系、装配整体式框架--现浇核心筒结构体系、装配整体式部分框支剪力墙结构体系等。除此之外,还包括部分高校和企业研发的叠合板式剪力墙结构体系、内浇外挂剪力墙结构体系、水泥聚苯模壳装配式建筑体系、预制圆孔板剪力墙结构体系等。  

 

12.什么是装配整体式混凝土框架结构体系?

    梁、柱等主要受力构件部分或全部由预制混凝土构件(预制柱、预制梁) 组成的装配整体式混凝土结构。

 

13.什么是装配整体式混凝土剪力墙结构体系?

    剪力墙、梁等主要受力构件部分或全部由预制混凝土构件(预制的力墙、预制梁)组成的装配整体式混凝结构。

 

14.什么是装配整体式混凝土框架--现浇剪力墙结构体系?

    由装配整体式框架与现浇混凝土剪力墙组成的装配整体式混凝土结构。

 

15.什么是叠合板式剪力墙结构体系?

    由叠合式墙板和叠合式楼板,辅以必要的现浇混凝土剪力墙、边缘构件、梁、板等构件共同组成的剪力墙结构体系。叠合式墙板由两层预制板与格构钢筋制作而成,现场安装就位后,在两层板中间浇筑混凝土,并采取规定的构造措施提高墙体的整体性,共同承受竖向及水平荷载或作用。

 

16.什么是内浇外挂结构体系?

    结构主体采用现场浇筑混凝土,外墙采用预制混凝土外挂墙板的结构体系。

 

17.什么是水泥聚苯模壳装配式建筑体系?

    采用工厂预制生产的水泥聚苯模壳通过现场组装形成承重墙体或围护结构,并配合预制叠合梁板、预制楼梯、预制阳台等预制构件,通过装配式施工工艺建造的建筑体系,简称水泥聚苯模壳装配式建筑体系。其中,水泥聚苯模壳是由水泥、膨胀聚苯颗粒、粉煤灰、改性添加剂及水等材料组成,经工厂生产线拌合,按标准化规格尺寸模压成型,自身具有保温、隔热、防火的特性。模壳种类可分为标准型模壳、端部槽型模壳及平板型模壳三种。

 

18.什么是预制圆孔板剪力墙结构体系?

    竖向承重墙体是由预制钢筋混凝土圆孔板组成,预制圆孔板的每个圆孔内配置连续的竖向钢筋网,并现浇微膨胀混凝土。同一楼层内相邻预制圆孔墙板之间设置现浇段。

 

19.装配式钢结构建筑主要包括哪几种结构体系?

    装配式钢结构建筑主要包括钢框架结构体系、钢框架--支撑结构体系、钢框架--延性墙板结构体系、筒体结构体系、巨型结构体系、交错桁架结构体系、门式刚架结构体系、低层冷弯薄壁型钢结构体系等。除此之外,还包括部分高校和企业研发的钢管束混凝土剪力墙结构体系、方钢管组合异形柱结构体系、约束混凝土柱组合梁框架--钢支撑结构体系、自复位装配式钢结构体系等。

 

20.什么是钢框架结构体系?

    以钢梁和钢柱或钢管混凝土柱刚接连接,具有抗剪和抗弯能力的结构。

 

21.什么是钢框架--支撑结构体系?

    由钢框架和钢支撑构件组成,能共同承受竖向、水平作用的结构。钢支撑分中心支撑、偏心支撑和屈曲约束支撑等。

 

22.什么是钢框架--延性墙板结构?

    由钢框架和延性墙板构件组成,能共同承受竖向、水平作用的结构。延性墙板有带加劲肋的钢板剪力墙、带竖缝混凝土剪力墙等。

 

23.什么是交错桁架结构体系?

    在建筑物横向的每个轴线上,平面桁架各层设置,而在相邻轴线上交错布置的结构。

 

24.什么是门式刚架结构体系?

承重结构采用变截面或等截面实腹刚架的单层房屋结构。

 

25.什么是低层冷弯薄壁型钢结构体系?

    以冷弯薄壁型钢为主要承重构件,不大于3层,檐口高度不大于12m 的低层房屋结构。

 

26.什么是钢管束混凝土剪力墙结构体系?

    由钢梁和钢管束混凝土剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构体系。其中钢管束混凝土剪力墙是由钢管束与内填混凝土组合形成共同受力的构件。钢管束是由若干U 形钢、方矩形钢管、钢板拼装组成的具有多个竖向空腔的结构单元。钢管壁厚为4~6mm,强度等级宜采用Q235、Q345。钢管束内填充自密实混凝土,其强度等级不应低于C30。

 

27.什么是方钢管混凝土组合异形柱结构体系?

    由方钢管混凝土组合异形柱构成竖向承重构件,配合钢梁、钢筋桁架楼承板等水平承重构件组成的结构体系。其中方钢管混凝土组合异形柱是由多根方钢管混凝土柱通过缀件连接组合而成,截面形式主要包括L 形、T 形和十字形。

 

28.什么是约束混凝土柱组合梁框架一钢支撑结构体系?

    由约束混凝土柱组合梁框架和钢支撑共同组成抗侧力体系的结构。其中约束混凝土柱是通过单片复合螺旋箍筋、连续复合螺旋箍筋对混凝土形成有效径向约束,组合梁是由预制板、后浇带与钢梁通过抗剪连接件组合而成的梁。

 

29.什么是自复位装配式钢结构体系?

    木的很来中国在地震作用下具备良好的耗能能力,且可以完全恢复变形的钢结构体系。自复位装配式钢结构的滞回曲线饱满,呈现旗帜形。

 

30.什么是屈曲约束支撑?

    由核心受力构件及外约束单元组成,通过核心受力构件的弹塑性滞回变形耗散地震能量的减震装置。由于核心受力构件的受压行为受到约束,因此屈曲约束支撑不会发生受压屈曲现象。

 

31.什么是自复位支撑?

自复位支撑是指具备耗能能力且可以完全恢复塑性变形的支撑。自复位支撑在风、地震等水平作用后能回复到初始位置,减小结构的残余变形。

 

32.装配式木结构建筑主要包括哪几种结构体系?

    装配式木结构建筑主要包括装配式纯木结构体系和装配式木混合结构体系。

 

33.什么是装配式木混合结构体系?

    由木结构件与钢结构构件、混凝土结构构件组合而成的混合承重的结构形式,包括上下混合装配式木结构、水平混合装配式木结构、平改坡的屋面系统装配式以及混凝土结构中采用的木骨架组合墙体系统。

 

34.什么是预制木骨架组合墙体?

    由规格材制作的木骨架外部覆盖墙板并在木骨架构件之间的空隙内填充保温隔热及隔声材料而构成的非承重墙体。

 

35.什么是模块化集成房屋体系?

    采用具有一定建筑使用功能的标准化建筑单元模块组合构成的房屋,包括预制混凝土集成房屋、预制轻钢结构集成房屋和集装箱模块化组合房屋等。模块化集成房屋体系具有环保、易于组合、快速组装、易于搬迁、多次循环使用等特点。

 

36.装配式混凝土建筑用预制构件的种类主要包括哪些?

    装配式混凝土建筑用预制构件主要包括: 预制混凝土剪力墙外墙板、预制混凝土剪力墙内墙板、预制混凝土柱、预制混凝土叠合梁、预制混凝土节点、预制混凝土叠合板、预制混凝土外挂墙板、预制混凝土楼梯板、预制混凝土阳台板、预制混凝土空调板、预制混凝土女儿墙、整体厨卫等。

 

37.什么是叠合受弯构件?

    在预制梁、板顶部现场后浇混凝土而形成的整体受弯构件,简称叠合板、叠合梁。

 

38.叠合板的类型及优点?

    按照预制底板及其上部桁架或肋的种类不同,叠合板主要包括钢筋桁架混凝土叠合板、钢筋桁架楼承板、预应力混凝土平板叠合板、PK预应力混凝土叠合板、钢股板预应力混凝土叠合板、钢析架预应力混凝土叠合板等。与传统整体现浇楼板相比,叠合板避免了施工现场支模、下部钢筋绑扎等施工工序,节约建材、缩短工期、绿色环保,符合国家对建筑工业化的发展要求; 与传统整体预制楼板相比,叠合板的整体性好,抗震性能优越,不存在渗漏及裂缝等问题,满足建筑安全性及使用性要求。

 

39.什么是钢筋桁架混凝土叠合板?

    将钢筋桁架与混凝土底板浇筑一体形成预制部分,现场安装完成后,再浇筑叠合层混凝土形成整体受力的叠合楼板。

 

40.什么是钢筋桁架楼承板?

    将钢筋桁架与底板通过电阻点焊连接成整体,现场安装完成后,再浇筑混凝土形成整体受力的组合承重楼板。钢筋桁架楼承板现场施工时,需要先将底板用栓钉固定在钢梁上,再绑扎钢筋和浇筑混凝土。底板通常采用Q235 冷轧钢板或不低于S250GD+Z牌号镀锌钢板制作,既可作为浇筑混凝土时的永久模板,又可代替楼板底部的受拉钢筋。钢筋桁架楼承板的特点是节省模板和脚手架,可多层同时施工,缩短工期,楼板整体性好,刚度较大; 但传统钢筋桁架楼承板的底板需要涂刷防火、防锈涂料,增加工程造价,底板下部需要增设吊顶,装修费用增加,并且降低楼层净高。随着钢筋桁架楼承板的应用,技术人员对钢筋桁架楼承板进行了改进,目前已经研发出了混凝土成型质量更好、底板易于拆卸并重复利用的装配式钢筋桁架楼承板,免除了底板涂刷涂料和下部增设吊顶,应用效果很好。

 

41.什么是预应力混凝土平板叠合板?

    认受有动色由预制预应力混凝土薄板与上部混凝土叠合层形成整体受力的叠合楼板。预应力混凝土平板叠合板的主要特点是采用预应力钢筋,能减少成本,但抗弯及抗折刚度较低,反拱较大,运输及吊装过程中容易折断; 跨度较大时需要设置临时支撑,且新旧混凝土之间的粘结力较低,楼面荷载较大时叠合面易开裂。

 

42.什么是PK 预应力混凝土叠合板?

采用预制预应力混凝土带肋薄板为底板,并在板肋预留孔中布置横向穿孔钢筋,再浇筑混凝土叠合层形成的整体单跨或多跨连续叠合板。PK板的主要特点是预制底板上部存在倒T形板肋,能够有效提高整体刚度,控制底板的反拱值; 混凝土肋上预留椭圆形孔,便于穿插横向钢筋和管线,且能够形成销栓作用;预制底板刚度较大,有效减少临时支撑,施工简便。

 

43.什么是钢腹板预应力混凝土叠合板?

    由混凝土上翼缘板、钢腹板肋和预应力混凝土底板组成,预制底板中直接铺设预应力钢筋和横向钢筋,再浇筑混凝土叠合层形成的整体单跨或多跨单向连续板。钢腹板预应力混凝土叠合板是基于PK板提出的一种新型钢肋预应力混凝土叠合板,通过利用波纹钢腹板优良的平面外刚度、抗屈曲承载能力、抗剪切承载能力,提高叠合板的整体受力性能。

 

44.什么是钢桁架预应力混凝土叠合板?

    在预制预应力混凝土底板上部设置钢桁架,现场安装完成后,再浇筑叠合层混凝土形成整体受力的叠合楼板,其中钢桁架由一道上弦钢板或钢管、两根腹杆弯折钢筋及两根下弦钢筋焊接构成。钢桁架预应力混凝土叠合板是在PK 板的基础上改进提出的一种新型预应力混凝土叠合板,与PK板不同之处在于采用钢桁架代替T 形混凝土肋。钢桁架预应力混凝土叠合板的特点如下:

(1) 钢桁架能显著提高预制底板的平面外刚度和承载力,减小预应力引起的反拱,避免在吊装、运输及安装过程中板面混凝土发生开裂,同时施工阶段能够减少或避免下部临时支撑,提高预制底板的安装速度和施工效率。

(2) 钢桁架增加了预制底板与上部叠合层混凝土之间的粘结力,有效的避免叠合板新旧混凝土之间发生开裂。

(3) 桁架腹杆采用波浪形弯折钢筋,便于穿插下部横向钢筋和设备管线。

(4) 预制底板的加工模具简单,钢桁架能够实现机器自动加工焊接。钢桁架与底板混凝土可以一次浇筑成型,彻底实现工厂流水线生产,生产效率高。

 

45.什么是预制混凝土外挂墙板?

    安装在主体结构上,起围护、装饰作用的非承重预制混凝土外墙板,简称外挂墙板。

 

46.什么是预制混凝土夹芯保温外墙板?

    内外两层混凝土板采用拉结件可靠连接,中间夹有保温材料的预制混凝土外墙板,简称夹芯保温外墙板。预制混凝土夹芯保温外叶墙板又称“三明治”墙板,根据受力情况分承重和非承重墙板; 根据内外叶墙板共同工作的情况,又可分为组合墙板和非组合墙板。

 

47.装配式钢结构建筑的“三板”及特点是什么?

    装配式钢结构建筑的“三板”是指屋面板、楼板和墙板。“三板”的特点是工厂预制、现场装配,工业化建造程度高,承载着钢结构建筑的安全、美观、实用等性能。“三板”是装配式钢结构建筑的重要组成部分,尤其是墙板,应满足安全性(抗震、抗风、耐撞击、防火等)、功能性(气密性、水密性、隔热、隔声等) 及耐久性(抗冻、耐热、耐干湿等) 的要求,除此之外,还要满足与主体结构的协调配合。

 

48.什么是装配率?

    装配式建筑中,±0.000标高以上预制构件、部品部件数量占同类构件、部品部件数量的比例。其中,预制构件、部品部件数量比例适用于体积比、面积比、长度比和个数比。

 

49.装配式建筑评价应符合哪些要求?

    根据《装配式建筑评价标准》(征求意见稿),装配式建筑评价应以单体建筑作为评价对象。申请评价的建筑项目应具备标准化设计、工厂化制作、装配化施工、一体化装修、信息化管理的装配式建筑基本特征。装配式建筑评价分为预评价和项目评价。预评价宜在设计阶段进行,项目评价应在项目通过竣工验收后进行。

 

50.装配式建筑的评价应如何实施?

    根据《装配式建筑评价标准》(征求意见稿),装配式建筑评价应包括基础项和评分项两类指标。基础项是装配式建筑评价的基本要求,申请评价项目应符合基础项的全部规定。评分项包括四类指标:一类指标应包括主体结构及围护结构构件等,二类指标应包括装饰装修及设备管线等,三类指标应包括标准化与信息化,四类指标为创新项指标。评分项的总分值为110 分,计算下式如下:

Q=Q1+Q2+Q3+Q4

式中: 

Q--装配式建筑评价的总得分值;

Q1一一类指标评价的得分值;

Q2一二类指标评价的得分值;

Q3 三类指标评价的得分值;

Q4一四类指标评价的得分值。


第三部分  装配式混凝土结构施工

 

    上图建筑名为Yardhouse,其基础是利用临时场地进行模块化建设,具有经济实惠的土地来源。考虑到这些场地的寿命短,建筑系统的设计使其可在其他地方拆卸和重新组装。

    预制装配式建筑因生产效率高、节约劳动力、符合“四节一环保”等优点被国家大力提倡。但预制装配式建筑在我国发展仍不完善、施工工艺还不成熟、施工质量管理体系尚未完善。

    根据多年来预制装配式钢筋混凝土结构建筑工程施工现场调研结果,阐述其施工工艺流程,对施工过程中常见的质量问题进行分类整理,系统剖析这些质量问题产生的原因,并提出相应的防范措施。

           

                  装配式结构施工工艺流程

    预制装配式建筑的施工流程主要分成基础工程、主体结构工程、装饰工程3个部分。基础工程部分与装饰装修部分与现浇式建筑大体相同,主要对主体结构部分进行描述。

主体结构部分的工艺流程包括:构配件工厂化预制、运输、吊装;构件支撑固定;钢筋连接、套筒灌浆;后浇部位钢筋绑扎、支模、预埋件安装;后浇部位混凝土浇筑、养护;直至顶层。施工流程如下图所示。

 

装配整体式建筑施工流程

装配式结构安装施工一般要求

1、预制构件应按施工方案要求的顺序进行吊装,吊装就位后,应及时在预制构件和已施工现浇结构间设置临时支撑及临时固定措施。

2、预制构件应经测量校准定位后再安装与其相邻的构件,需要传递荷载的构件其连接部位承载应达到设计要求才能拆除支撑结构。

3、预制构件的装配节点处应根据设计或施工方案要求的顺序进行,节点处混凝土或灌浆材料的强度及收缩性能等应满足设计要求:

(1) 对于结合部使用的模板,在混凝土浇筑时不会产生较大变形,宜采用可周转次数较多的模板;(2) 在浇筑混凝土前,应对结合部进行清扫,对模板和结合部应进行洒水湿润;(3)浇筑混凝土时应确保构件的结合部间的混凝土密实,混凝土的每个接合部都应做到一次性浇筑,模板的缝隙间不应发生漏浆。

4、装配式结构构件连接或构件与现浇结构连接采用焊接或螺栓连接时应按设计要求或钢结构有关规范要求进行施工检查和质量控制,并做好露明铁件的防腐和防火处理。

5、装配式结构采用套筒灌浆连接或钢筋间接搭接时应制订专项施工技术质量保证措施和操作工艺规程,灌浆应由经培训合格的专业人员按要求操作和制作试件。必要时应进行检测验证。当采用灌浆式套管进行施工时应满足以下要求:

(1)在灌浆施工前,应对填充部分进行清扫,清除异物,并保证其湿润后,在充填过程中,内部不能发生堵塞;(2)对灌浆施工,应确保所应填充部分都被密实填充,不得遗漏;(3) 灌浆试验的方法和检查应按规范要求进行。

6、装配施工中后浇接头处的钢筋连接或锚固应满足设计和规范的有关规定。采用焊接连接时应避免由于连续施焊引起预制构件及连接部位开裂。

7、预制楼板的装配施工应符合下列规定:

(1)预制楼板,叠合板等板类的支撑应根据设计要求或施工方案设置。支撑处标高除应符合设计规定外,尚应考虑支承系统本身在施工荷载作用下的变形;(2)施工荷载应符合设计规定,并应避免单个预制楼板承受较大的集中荷载;未经设计允许,施工单位不得对预制楼板进行切割、开洞;(3)叠合构件后浇混凝土层施工前,应按设计要求检查结合面粗糙度,检查并扶正预制构件外露抗剪钢筋;(4)叠合构件中后浇混凝土强度达到设计要求后方可才拆除支撑或承受施工荷载。

8、外墙挂板均为独立自承重构件,为避免造成挂板的受力方式改变,安装时应确保板缝空腔为弹性防水构造,严禁在墙板四周的接缝内放置硬质刚性垫块。

9、外墙板接缝防水施工材料应按设计要求的性能经试验验证合格后,方可由具备专业打胶资格的人员按要求施工。

 

装配式结构施工常见质量问题

1.平板制作安装问题

转角板折断

转角板在运输、吊装过程中转角位置易折断;加工过程中板间角度产生偏差;与现浇部位连接时产生裂缝。转角板是维护预制装配式建筑整体框架稳定性的重要构件,因其具有厚度薄、体积大、转角处易折断的特点,所以在构件运输、现场吊装过程中都可能造成转角板的破坏。造成其破坏的原因主要有吊装时转角板两边内折发生破坏;生产时养护不当易产生转角处角度的变化;施工时需要部分现浇以增加预制装配式建筑整体性,预支模板不能很好地与预制部位连接,经常出现胀模与振捣不彻底现象。

 

转角板示意

叠合板断裂

叠合板在运输、吊装过程中板面经常发生龟裂甚至断裂现象;生产加工时板面经常翘曲、缺角断角、桁架筋外露或预埋件脱落。主要是由于部分叠合板跨度过大,运输过程中板间挤压,或者吊装时因挠度过大产生裂纹,裂缝延伸至整块板,导致构件破坏;生产时构件养护不当产生叠合板板面翘曲,脱模时脱模剂粉刷不均匀、少刷漏刷等情况造成叠合板板边粘模;加工时操作漏洞导致叠合板面桁架筋外露或者预埋件脱落,影响后续工作的进行。

 

叠合板示意

外墙板保温层断裂

预制外墙板的保温层经常脱落或断裂。一般加工厂预制外墙板均为“三明治”构件,“三明治”构件由“外装饰面+保温层+结构层”3层组成,中间的保温材料不统一经常造成保温材料的外墙板脱落。

 

预制外墙板示意

2.预制构件连接问题

灌浆不饱满

预制墙板在纵向连接时灌浆饱满程度难以确定;预制构件灌浆孔堵塞。一般认为,从下部灌注的混凝土从上部孔洞流出即为灌浆完成,但实际上灌浆管内部情况难以检验,灌浆饱满度难以把握,目前在技术上还难以攻克这一难题。另外,由于构件厂进行构件生产时操作不细心,现场的工人对灌浆孔的清洗不干净等原因都会造成灌浆孔堵塞。

套筒连接错位

构件套筒连接时钢筋与预制套筒位置经常产生错位偏移。这种偏移分2种:第一种,部分偏移,这种情况下钢筋勉强可以插进孔洞;第二种,完全偏移,只能重新加工构件。产生这种现象的原因主要是套筒孔径本身较小,在生产构件时由于机器或者人为因素造成加工位置或尺寸不精密。施工现场面对这种情况经常切断或弯折位置有偏差的钢筋,亦或者在钢筋的对应孔洞现场钻孔,将钢筋插入。但无论是采取哪种方式,都与原设计不符,工程的质量都会下降,都会为预制装配式建筑的工程质量埋下安全隐患。

3.管线及构件埋设的问题

构件预埋管线堵塞、脱落,预埋构件位置偏移;施工现场穿线时遇障碍。这主要是由于构件生产时预埋管线没有很好地连接,在振捣台振捣时使部分混凝土进入预埋管造成管线堵塞;管线及构件没有很好地固定,在振捣过程中发生脱落或偏移等现象,影响后续使用。另外,由于水电管线均在加工厂预埋完成后在现场对应位置组装,在组装过程中没有很好地考虑转角等弧度问题,在现场预埋电线管经常出现90°角,造成现场穿线困难。

4.预制构件成品保护的问题

施工现场预制构件存放不当造成构件的损坏。这主要是由于现场缺乏专门对构件进行管理的人员和制度,并且在很多预制装配式施工现场,预制构件生产厂的生产速度不能很好地和现场施工的流水作业时间搭接,工程经常短时间停工,有一些预制构件生产厂为了满足施工现场流水作业过早的大批量生产预制构件,造成构件堆放时间过长,长时间暴露在空气中氧化,钢筋锈蚀,影响工程质量。

装配式结构安装常见问题预防措施

1.平板制作安装问题预防措施

采用相关辅助工具

(1)转角板L形吊具。预制装配式建筑转角板在运输以及吊装过程中经常容易折断。针对这一问题,建议在吊装时,可以采用L形吊具,在吊装时将转角板受到的拉力转移到L形吊具上,从而降低转角板的损坏率。

 

 

                   L形吊具示意

(2)平板护角。平板运输过程中四角易损坏,建议可以根据构件薄厚尺寸规格,制作塑料或者橡胶材质的护角,护角可在构件厂保护或者运输的时候套入构件中,安装之前可卸下来重复使用,这样可以大大减少平板的损坏。另外,在平板运输过程中可以采用“增大间距,少量多次”的方法;平板在运输时增大平板之间的距离,尽量选择平坦的运输道路,增加运输次数,以保证平板不被折断。

 

平板护角示意

减小叠合板制作跨度

叠合板在吊装过程中经常会因为跨度过大而断裂。为了解决这一问题,可以事先与设计单位沟通,建议设计单位在进行构件设计时充分考虑这一问题,尽量将叠合板跨度控制在板的挠度范围内,以减少现场吊装过程中叠合板的损坏。

吊装桁架筋

叠合板吊装预埋件经常脱落也是在现场施工中经常遇到的问题,建议可以在吊装预埋件周围加固或者直接吊装叠合板桁架筋,这样不仅可以节省吊装预埋件,对叠合板的吊装安全有了保障,也可以根据现场情况灵活改变吊装点的位置。

2.预制构件连接问题预防措施

适当增大对位孔径

预制钢筋与现场钢筋孔洞对位问题一直是预制装配式建筑现场施工的重点难点。建议可以在满足规范要求的前提下,适当增大钢筋对位孔洞,这样可以使对位钢筋的入孔率增多,从而使钢筋的纵向整体性增强,有效连接增加;或者,可以增加现场施工与构件加工厂的沟通,增加构件加工厂生产准确性以及现场钢筋绑扎的规范性,减少错误构件的产生。

振捣前固定预埋构件

接线盒在墙板混凝土振捣过程中的错位问题也是经常发生的。针对这一问题,我们可以在混凝土振捣前将接线盒焊接在对应部位上,这样可以使接线盒很好的固定,或者生产一种专门用在预制装配式建筑工程中的接线盒,可以在接线盒后增加铁丝,振捣前事先绑扎在对应位置上,都可以很好地解决接线盒在振捣时移位的问题。对于预埋水电管线脱落的问题,可以增加“振捣前检查,振捣中观察,振捣后复查”的环节,这样可以大幅减少水电预埋管线脱落的问题,提高成品合格率。

浇筑过程中的质量控制措施

1.模板的安装与拆除

预应力混凝土框架梁由于梁的高度大、自重大、层高也较大,因此,支模时,支架的承载力应能承受施工过程中可能出现的最大施工荷载,而且稳定性好,特别是框架梁底层梁模板支撑的地基必须稳定可靠,要做好地基处理,防止不均匀沉陷。 

支撑方式有扣件式钢管排架、门式脚手架和可调独立支撑等3种支撑方案,施工时可结合施工顺序、荷载的大小和支撑供应条件等进行选用。 

预应力框架梁模板的起拱值,考虑到梁张拉后产生的反拱可以抵销部分自重产生的挠度。因此,预应力框架梁模板的起拱值比普通钢筋混凝土框架要小,其起拱高度宜为全跨长度的0.5‰~1‰。 

预应力框架梁侧模板的安装宜采用与下道工序交叉进行的方法,即在支架上安装好梁底模板后,选安装梁一侧模板,并在其上按曲线坐标弹出波纹管的位置线,然后绑扎梁的钢筋骨架并安装波纹管,经检查无误后再安装另一侧模板。预应力框架梁的侧模板和现浇楼板的底模板,应在预应力筋张拉前全部拆除,以避免施工预应力时模板束缚梁的混凝土自由变形,影响混凝土预应力的建立。框架梁底模及支撑应在预应力筋张拉结束、孔道灌浆强度达到15MPa后方可拆除。 

2.波纹管安装及预应力筋穿束质量控制

波纹管安装时应事先按设计图中预应力筋的曲线坐标在侧模板上弹线,以波纹管底为准,定出波纹管曲线位置,或以梁底模板为基准,按预应力筋曲线坐标,直接量出相应点的高度,标在箍筋上,定出波纹管曲线位置。 

波纹管的固定,可采用钢筋托架、间距为600mm。钢筋托架应焊在箍筋上,箍筋下面用垫块垫实,垫块必须保证强度和厚度,并且固定牢靠。波纹管安装就位后,必须用铁丝将波纹管与钢筋托架绑在一起或在波纹管顶部绑一根钢筋,以防止浇筑混凝土时波纹管上浮而引起严重的质量事故。波纹管安装就位过程中应尽量避免反复弯曲,以防管壁开裂。同时,还应防止电焊火花烧伤管壁。波纹管安装后应检查波纹管的位置、曲线形状是否符合设计要求,波纹管的固定是否牢靠,接头是否完好,管壁有无破损等。如有破损,应及时用粘胶带修补。波纹管控制点的安装偏差:垂直方向和水平方向都必须符合设计和验收规范要求,其竖向位置偏差合格率须达到90%以上,不得越过允许偏差的1.5倍。 

预应力穿束可分先穿束和后穿束2种。一般工程项目上先穿束应用较多,主要是利用已穿束的预应力筋束来回抽动以保证孔道不被堵塞。穿束过程中要防止预应力筋损伤波纹管和由于预应力筋的重量引起波纹管及支架的变形。因此,预应力筋穿束后必须复查波纹管曲线位置和波纹管壁有无损伤,杜绝质量隐患。穿束后的预应力筋在张拉前必须做好防锈、防污染措施。

3.预应力梁的混凝土浇筑

预应力混凝土框架结构部分的混凝土强度等级宜为C40以上。预应力混凝土框架梁的高度较大,混凝土应分层浇筑,并用插入式振动器振实,混凝土振捣过程中,应特别注意振动器不得触及波纹管,以防止损坏波纹管而引起漏浆,堵塞孔道。同时,在框架梁端部、梁柱节点处等关键部位,因钢筋密集,浇捣困难,宜用小直径(φ30)的振动棒或振动片,仔细振捣密实,切勿漏振,以免张拉时因梁端混凝土不密实使预埋件凹陷,造成质量安全事故。浇筑过程中应利用牵引通孔器或已穿束的预应力筋来回抽动,保证孔道畅通。 

当大面积框架与楼面混凝土浇筑采用泵送混凝土时,应采取减少混凝土收缩的措施。 

梁柱混凝土应分开浇筑,特别是梁柱混凝土强度不一致时,施工缝应留在20~50cm处和梁上200~400cm处,后者应考虑到梁端预应力张拉时局部承压需要,预应力框架梁一般不允许留设施工缝。

4.预应力筋张拉及灌浆

选择科学合理的张拉方式和张拉顺序

预应力筋的张拉方式很多,常用的张拉方式有一端张拉、两端张拉、对称张拉、超张拉等。施工方案应根据工程具体情况,选择科学合理的张拉方法。

预应力梁张拉顺序

在单向预应力混凝土框架结构中,其张拉顺序一般宜对称于整个楼层进行。当现浇预应力框架结构梁的断面尺寸较大,楼面整体性好时,框架梁的张拉顺序也可按轴线顺序从一边向另一边推进,使张拉设备移动线路最短。 

对于每榀框架梁中预应力梁的张拉顺序,可自上而下或自下而上进行,应根据受力特点和安全施工因素确定。对于楼面整体刚度较小的框架梁,预应力筋张拉前,必须在施工方案中经过科学验算张拉应力控制和张拉顺序,报设计人员审核,防止预应力梁张拉时应力不对称,梁侧面出现裂缝或其他质量问题。对于楼面整体刚度较大、梁断面尺寸较大、混凝土预应力较小、张拉端又在框架柱上时,为便于施工,可采取不对称一次张拉。 

当框架结构的主次梁均采用预应力时,双向预应力框架梁的张拉顺序应先张拉次梁,后张拉主梁。如果张拉顺序相反,先张拉主梁时,往往会由于主梁反拱较大,使位于主梁跨中的次梁被抬起,造成次梁与模板支撑脱开,这时次梁尚未张拉,很可能产生裂缝。

曲线孔道灌浆主要控制好水泥原材料、泌水率和灌浆工艺

在预应力混凝土验收规范中并未对原材料强度提出具体要求,也未对配合比提出试验要求。因此,现场施工企业应加强质量控制。首先水泥宜用强度等级不低于32.5级的普通硅酸盐水泥,水泥浆的水灰比为0.4~0.45。搅拌后3h的泌水率控制在2%,最大不得超过3‰灌浆孔的位置,其间距一般不大于15m,对于波纹管孔道可放宽至24m。曲线孔道的高差大于50cm时,应在孔道的每个峰顶处设置泌水管,也可兼作灌浆孔。 

灌浆口宜选在低处,灌浆时可使孔道内的空气或水从泌水管顺利排出后在泌水管内也充满了水泥浆,有利于保证曲线孔道灌浆质量。但是,灌浆口设在曲线孔道低点处,往往会由于预应力筋张拉后向上贴近灌浆口,使水泥浆较难灌入。这时,可将灌浆口设置在偏离孔道的正上方,避开张拉后的预应力筋阻塞灌浆口,使灌浆工作顺序进行。对多跨曲线预应力筋孔道,还应考虑到灌浆时水泥浆向两边流动的距离大致相等,灌浆口宜设置在中支座处孔道的顶部。此外,灌浆口也可设置在锚具处,从一端灌浆。 

冬季灌浆时,孔道灌浆后水泥浆内的游离水在低温下结冰,会将混凝土胀裂。因此,在冬天灌浆前,孔道周边的温度应在5℃以上,灌浆时水泥浆的温度宜为10~25℃。

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