裝配式大型清水混凝土預制構件在高層建筑中的應用研究

張寒松 孔令海

山東平安建設集團有限公司 山東 濟南 250306

現代大型公共建筑多以干掛大理石材料或玻璃幕墻為主要設計風格，但干掛石材造價高且隨著時間的推移，在自然外界的條件下易被污染，其維護成本較高；而玻璃幕墻不僅成本高，同時在高樓林立的城市群里由于玻璃聚光所產生的光污染也同樣被業界所詬病。清水混凝土則以凝重、自然、樸素厚重的風格逐漸受到設計師的青睞，可以肯定，在不久的將來這種設計產品將深入人心，被社會公眾所接納。

濟南金域國際工程成功地將大型清水掛板應用于高層建筑外立面并得到業界領導與專家的好評，為引領行業發展做出了應有的貢獻。本文詳細介紹了裝配式大型清水混凝土預制構件施工的整體過程，可為施工同行提供經驗借鑒。

1 工程概況

濟南萬科金域國際工程位于山東省濟南市高新區，工程總建筑面積為123 319 m2。地上為2棟高層公共建筑，西側為A樓，框架-核心筒結構，建筑高度126.10 m，地上31層，為超高層公共建筑，框架抗震等級為三級，核心筒抗震等級為二級。東側為B樓，框架-剪力墻結構，建筑高度61.40 m，地上16層，B樓為高層公共建筑，抗震等級為三級，其中地上1、2層為商業，地下3層，為地下車庫，框架結構，抗震等級為四級。

A、B樓和車庫抗震設防烈度均為6°，建筑設計使用年限為50年（圖1）。

圖1 濟南萬科金域國際工程

2 大型清水掛板（以下簡稱PC板）應用實例

2.1 清水混凝土掛板概況

A樓地上3～31層和女兒墻采用PC掛板，一個窗戶一塊，局部采用玻璃幕墻，全PC板時單層76塊，局部幕墻時單層56塊。除轉角位置，大多數為標準板（圖2），尺寸為2.08 m×3.78 m，質量為3.21 t，最重的板尺寸為2.39 m×3.78 m，質量為4.44 t，此種板每層有4塊。

B樓1、2層為玻璃幕墻，3～16層外墻采用外掛PC板，局部采用玻璃幕墻，全PC板時單層82塊板，局部玻璃幕墻時單層62塊板。標準板尺寸為2.08 m×3.77 m，質量為2.49 t。

2.2 清水混凝土掛板制作工藝

2.2.1 高精度模具技術的應用

外墻掛板產品要求掛板棱角清晰分明，誤差在2 mm之內，因而只有采用高精度模具設計和制作技術，才能確保模具支拆方便、構造合理，滿足掛板外形造型和高精度要求。為此，構件生產車間深入研究脫模劑配制和涂刷技術，并參考相關國家規范與標準，探索出模具質量檢驗標準和檢驗方法，為模具制作和安裝施工提供了技術理論依據[1-3]。

圖2 清水混凝土掛板標準板示意

1）模具材質特殊性：普通模具一般選用碳素結構鋼Q235和Q275鋼材制作加工，本工程掛板考慮建筑結構高度高、吊裝難度大、產品棱角分明、精度要求高等特點，故選用低合金結構鋼材質Q345作為模具加工用鋼材，模具平面、立面鋼板壁厚由6 mm改為8 mm，端部鋼板壁厚由8 mm改為10 mm，從而確保PC構件外觀幾何尺寸完全符合圖紙規范要求。模具委托專業廠家加工制作，由構件廠首先對模具加工工廠進行質量和技術交底；待出具模具圖紙后，由構件公司技術部門進行審核，確保模具加工質量的優良性。

2）模具的設計思路：模具在加工制作預制構件產品時，考慮反復利用的構件生產特點，要既便于精度控制，又要方便工人操作，以獲得優良的預制產品，在模具的長邊與短邊各設置2套絲杠，利用機械杠桿原理，巧妙解決了模具開閉合問題。該模具設計新穎，后期申請實用新型專利一項，專利號ZL201720076521.4。

3）模具的使用與維護：澆灌混凝土前，選用適合的脫模劑，均勻涂刷脫模劑，使構件接觸面在脫模時平整、表面光滑、不損壞，確保混凝土脫模效果，拆模后及時做好模具清理工作，保持鋼模板清潔，以保證后續構件的制作質量。

4）預制構件的生產工藝流程：模具清理→涂刷脫模劑→加工完畢的鋼筋固定→預埋件安裝→質檢驗收→混凝土澆筑→蒸汽養護12 h→脫模→成品檢查→構件細部處理→運輸存放。

2.2.2 高性能混凝土配制技術的應用

構件生產車間重點對外墻掛板用C40混凝土配合比進行研究，通過精心選擇原材料、合理設計和調整配合比，經過20余種不同材料配比的試驗研究，擇優選擇出一組最優配合比，該配比級配合理，有效減少了孔隙率，表面氣孔近乎于零。實踐表明：砂率為45%時，混凝土的坍落度和坍落擴展度能同時達到最大值，而后再增大砂率時，坍落度和坍落擴展度將減小。

在水泥漿一定的前提下，砂率越大則需要包裹的水泥漿越多，起到潤滑的水泥漿越少，從而使流動性降低，所以必須確定一組最優配合比（表1）。

表1 清水混凝土外掛板配合比（單位：kg/m3）

采用表1所示的配合比，配制出的混凝土流動性、黏聚性和保水性良好，不僅使混凝土高性能化得到了保證，而且均勻飽滿、富有光澤、觀感良好，滿足清水外墻掛板混凝土施工技術要求。

3 大型清水掛板吊裝施工技術研究

3.1 吊裝方案的選擇

項目部、公司技術部相關技術人員綜合工期、成本、作業人員的技術水平及施工現場場地狹小等因素，經多次研討論證和集團技術負責人批準，并組織專家進行論證，最終決定采用“汽車吊＋抱柱式旋臂起重機＋塔吊＋屋面吊”結合的吊裝方式，以滿足不同部位的安裝需求（圖3、圖4）。

圖3 A樓掛板平面

3.1.1 A樓吊裝方案

A樓設置4個吊裝過程。3、4層PC板采用汽車吊吊裝；5～14層、15～24層PC板采用抱柱式懸臂吊機（分別在15層和25層設置2臺）；25～31層及女兒墻PC板采用塔吊吊裝；塔吊和施工電梯部位PC板，待二者拆除完畢后，通過在屋面安裝小型屋面吊機進行吊裝。

3.1.2 B樓吊裝方案

B樓只有16層，設置3個吊裝區段。3～8層PC板采用汽車吊的方式吊裝；9～16層PC板采用塔吊吊裝；塔吊和施工電梯部位PC板，待二者拆除后，通過在屋面安裝小型屋面吊機進行吊裝。

圖4 B樓掛板平面

3.2 吊裝機械的選擇

3.2.1 汽車吊

A樓3、4層外墻PC掛板需提前安裝，采用汽車吊進行試吊裝。通過試吊裝確定預埋件、螺栓是否滿足安裝要求，確定構件就位、拼縫質量是否符合規范要求，最終確定整套的施工工藝，以滿足后續全面開工的需要。4層PC板的頂部標高為15.90 m，最重構件為4.44 t，故擬采用20 t汽車吊。

B樓只有16層，且四周有支設汽車吊作業空間，故計劃3～8層外墻PC掛板采用汽車吊進行吊裝，8層PC板頂部標高為30.75 m，最重構件為4.79 t，選用30 t汽車吊。

3.2.2 抱柱式懸臂起重機

本工程選購2臺江蘇靖江市起重設備廠制造的5 t級懸臂起重機，臂長8 m，高度2.6 m。該設備由安裝座、懸臂梁、起升機構和電氣部分等機構組成，安裝座通過12根高強螺栓和鋼板壓板固定于框架柱上，懸臂梁與安裝座連接，起升機構安裝于懸臂梁上，采用卷揚機構，起升高度達100 m。

抱柱式懸臂起重機（又稱壁柱式）是將起重機懸臂安裝在墻體或柱子上，和卷揚機或電動葫蘆配套使用，能在180°范圍內實現起吊重物的一種機械。該機械機構獨特，安全可靠，具有高效、省時、省力、靈活等特點，A樓外墻PC的安裝主要以此方式進行。

抱柱式懸臂起重機分別安裝在A樓結構15層和25層的混凝土柱上，在樓的2個對邊對稱安裝（圖5），安裝時2臺吊機同時起吊，防止因建筑物一側PC板安裝過多，使整棟樓出現偏心受力的情況。

15層柱子截面尺寸為1 300 mm×1 300 mm，為勁性鋼骨混凝土柱，25層框柱截面為1 000 mm×1 000 mm，為鋼筋混凝土柱。

懸臂吊機在樓內的位置移動，利用塔吊或電動葫蘆輔助，將懸臂吊機拆卸成部件，質量小的部件由人工搬運，質量大的部件由塔吊或電動葫蘆吊運。

圖5 懸臂吊在樓內布置示意

3.3 吊裝掛板施工方案的優化

3.3.1 外墻PC板的吊裝技術

1）進行PC板吊裝前，提前將待吊裝部位的連接角板與樓層預埋件焊接連接，焊接前做好精確定位，每個位置PC掛板豎向拉通線定位，保證豎向線條順直，上下2塊板之間不出現錯位現象；連接角板焊接完成，保證上下4個角板在同一個豎向平面內。為了能夠調節PC板的高低，連接角板上的孔為長圓孔。

2）外墻PC板起吊前，先將要吊裝的PC板轉運至建筑物正下方，仔細核對PC板型號是否正確，待無問題后將吊環用卡環連接專用吊具后即可起吊。立起時，PC板根部應放置厚橡膠墊或硬泡沫材料保護，PC板慢慢提升至距地面500 mm處，略作停頓，再次檢查吊掛是否牢固，板面有無污染和破損，若有問題立即處理。

3）起吊時速度應保持均勻，靠近就位高度時放慢提升速度，使PC板慢慢靠近作業面，安裝工人采用2根溜繩與板背吊環綁牢，使之慢慢就位。就位時，慢慢調整PC板的位置，讓PC板上的連接螺栓穿入埋件上角板的孔內，用螺帽固定，暫時不擰緊，4個連接點均用螺帽固定后，進行卸載，吊機吊鉤緩緩下落，摘掉吊具與PC板的連接卡環，然后進行下一塊板的吊裝[4-8]。

3.3.2 吊裝節點埋件精度控制

1）埋件材質采用Q345B鋼材，表面均做鍍鋅處理，鋼板的垂直度偏差不應大于1 mm，外形尺寸偏差不應大于3 mm，孔徑偏差不應大于1 mm。每塊PC掛板均為獨立承重構件，每塊板有6個埋件，埋件位置的精確性直接關系到PC板安裝的精度。

2）邊梁綁扎時將預埋件臨時綁扎固定在鋼筋上，質檢人員、監理人員根據預埋件圖紙對預埋件的型號進行確認，精確調整預埋件在x、y軸方向上的位置，調整完成后將預埋件進行點焊固定，精度控制在2 mm以內。

3）對照預埋件圖紙進行逐個檢查，核實預埋件位置和規格是否正確，直接在梁底模板上彈出梁底埋件位置線，然后將埋件固定在梁底上，可以有效防止因澆筑混凝土而造成的埋件移位，并將檢查數據記錄在專用檢查表上。

3.4 對重點及難點部位采取的技術措施

1）玻璃幕墻挑板處做法： A樓東南角部位從9層開始外立面是玻璃幕墻，長度為41.6 m，9層外挑寬700 mm挑板；該部位8層的外墻PC板頂部與9層挑板只有80 mm的空隙，為了能夠順利安裝PC掛板，9層位置挑板只能先預留鋼筋，待8層PC板安裝完成后，再進行混凝土二次澆筑。

2）B樓7～13層東南角處有玻璃幕墻，長度為40 m，有外挑梁和板，最大外挑尺寸為1 500 mm，為保證6層該部位外墻PC的安裝，該部位挑梁和挑板也需要二次澆筑；預留梁板鋼筋，待6層外墻板吊裝就位后，再澆筑混凝土。

3）外墻接縫處理：板縫防水施工前應將板縫內側清理干凈，破損部位用專用修補劑修理硬化后，在板縫中填塞適當直徑的背襯圓棒，嚴格控制背襯塞入板縫的深度，防止水的毛細管滲透，不得過深，也不得過淺。

4 結語

本工程清水掛板施工技術的成功應用，不但解決了結構支撐、掛板提升、角度轉換、安全吊運等技術難題，同時也縮短了工期，節約了費用，從而為企業創造了顯著的社會和經濟效益。