PC構(gòu)件吊裝技術(shù)分析研究

羅獻(xiàn)金 滕尚永 韓大象 馬鼎然 李靜文 蘇 陽(yáng)

(徐州新盛彭寓置業(yè)有限公司，江蘇 徐州 221116)

1 概述

隨著國(guó)家發(fā)展的需要和建筑行業(yè)的變革使得傳統(tǒng)建筑逐漸向工業(yè)化生產(chǎn)方向過(guò)渡，因此裝配式建筑成為中國(guó)未來(lái)建筑行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)成熟，施工經(jīng)驗(yàn)豐富，然而存在資源浪費(fèi)、污染環(huán)境、耗費(fèi)勞動(dòng)力、機(jī)械化水平低等問(wèn)題。裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑在施工工序、工藝上存在著較大的差異，施工現(xiàn)場(chǎng)所使用的PC構(gòu)件均采用工廠機(jī)械化生產(chǎn)，在節(jié)能環(huán)保的同時(shí)提高了施工效率，節(jié)約了勞動(dòng)力。國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)建筑行業(yè)發(fā)展至今取得了豐碩的成果，但是面對(duì)國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力短缺、環(huán)境污染等現(xiàn)狀其發(fā)展受到制約，而裝配式建筑將現(xiàn)澆與PC構(gòu)件相結(jié)合，在一定程度上很好的解決了傳統(tǒng)建筑施工過(guò)程中出現(xiàn)的短板。

本文以徐州新盛彭寓置業(yè)有限公司負(fù)責(zé)建造的淮海科技城項(xiàng)目?jī)蓷澭b配式辦公樓的施工與現(xiàn)場(chǎng)情況為研究背景(如圖1所示)。淮海科技城項(xiàng)目?jī)蓷澭b配式辦公樓所采用的PC構(gòu)件主要為預(yù)制柱、預(yù)制板、預(yù)制梁、預(yù)制樓梯板、預(yù)制雙T板，現(xiàn)場(chǎng)施工將裝配式建筑新興工藝引進(jìn)的同時(shí)也涵括了傳統(tǒng)施工技藝。對(duì)于裝配式建筑施工而言PC構(gòu)件的吊裝是施工的關(guān)鍵性工序，也是控制要點(diǎn)之一。

晏金洲[1]結(jié)合工程實(shí)例對(duì)PC構(gòu)件的運(yùn)輸及吊裝給出相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)。王從峰[1]根據(jù)理論公式推導(dǎo)及計(jì)算對(duì)PC構(gòu)件吊裝位置的選取給出了依據(jù)。梁燕[3]針對(duì)PC構(gòu)件吊裝過(guò)程中的吊具、吊點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了相應(yīng)的研究與分析。丁羽明[4]將實(shí)際工程與理論相結(jié)合，分析了裝配式建筑中PC構(gòu)件吊裝的技術(shù)難點(diǎn)以及吊裝旋轉(zhuǎn)問(wèn)題。丁曉欣等[8]通過(guò)理論計(jì)算與分析得出PC構(gòu)件吊裝最佳吊點(diǎn)位置，從而避免了吊裝過(guò)程中由于構(gòu)件受力不均而出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷問(wèn)題。裝配式建筑施工過(guò)程中由于構(gòu)件的尺寸、形狀、質(zhì)量都不相同，因此施工過(guò)程中PC構(gòu)件的吊裝問(wèn)題對(duì)工程的施工進(jìn)度、質(zhì)量有著十分重要的意義，而對(duì)于PC構(gòu)件吊裝技術(shù)的研究更加可以保證施工現(xiàn)場(chǎng)的安全，并且提高施工質(zhì)量。

2 PC構(gòu)件吊裝吊點(diǎn)位置的確定

裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)所使用的PC構(gòu)件規(guī)格不一，構(gòu)件的尺寸、幾何外形有所差異，不同構(gòu)件的重心位置有所差異，吊裝過(guò)程中吊點(diǎn)的選取將直接導(dǎo)致整個(gè)吊裝的平穩(wěn)與安全，因此吊裝吊點(diǎn)的確定對(duì)于PC構(gòu)件的吊裝而言十分重要。

2.1 構(gòu)件重心位置確定

在對(duì)PC構(gòu)件吊裝過(guò)程中吊點(diǎn)位置依據(jù)于構(gòu)件的重心，否則可能因?yàn)闃?gòu)件荷載偏向某一方向?qū)е掳踩鹿剩鳳C構(gòu)件并非全部是規(guī)則的幾何形狀，非規(guī)則形狀的構(gòu)件需要進(jìn)行重心位置的確定。一般對(duì)于重心位置的確定采用稱重法、懸掛法、理論計(jì)算法，而由于PC構(gòu)件的尺寸相對(duì)較大，稱重法與懸掛法操作不便，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的吊裝難以實(shí)施，因此需采用理論計(jì)算的方式進(jìn)行確定。

1)規(guī)則的平面板D。

(1)

(2)

2)對(duì)于不規(guī)則的組合板V。

(3)

(4)

隨著裝配式建筑施工技術(shù)的成熟與不斷發(fā)展PC構(gòu)件的類型不斷增多，涉及到精裝部分的衛(wèi)生間、廚房等均可以采用裝配式構(gòu)件進(jìn)行完成。而對(duì)于精裝部分的PC構(gòu)件大多為不規(guī)則的，對(duì)于其重心位置的確定同樣可以采用理論計(jì)算的方法進(jìn)行確定，計(jì)算公式如下：

(5)

2.2 PC構(gòu)件吊點(diǎn)位置確定

PC構(gòu)件尺寸與幾何形狀不一，吊裝過(guò)程中構(gòu)件容易出現(xiàn)碰撞或者由于吊點(diǎn)位置選取不當(dāng)從而導(dǎo)致破損、斷裂，因此在吊裝過(guò)程中吊點(diǎn)位置的確定尤為重要。

淮海科技城項(xiàng)目?jī)蓷澽k公樓采用裝配整體式框架—現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)形式，工程在采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上對(duì)于部分豎向與水平結(jié)構(gòu)采用PC構(gòu)件。

PC構(gòu)件主要涉及到預(yù)制柱、預(yù)制樓梯、疊合梁、疊合板、挑板、女兒墻(見(jiàn)圖2)，施工現(xiàn)場(chǎng)所采用的PC構(gòu)件幾何形狀不一，自重有所差異，因此在吊點(diǎn)的選取上也有所區(qū)別。

對(duì)于裝配式建筑而言PC構(gòu)件在施工過(guò)程中的吊裝不僅僅要通過(guò)理論計(jì)算與分析規(guī)避不合理的吊裝方式，同時(shí)要結(jié)合不同構(gòu)件的安裝工序與要求進(jìn)行吊點(diǎn)的確定，從而在保證構(gòu)件的完整性的同時(shí)能夠更好的保證施工過(guò)程中的安裝。淮海科技城項(xiàng)目所使用的PC構(gòu)件中僅預(yù)制柱為豎向構(gòu)件，考慮到預(yù)制柱的安裝過(guò)程較為復(fù)雜和構(gòu)件自重較大，為方便后續(xù)的安裝施工采用豎向兩點(diǎn)起吊的方式進(jìn)行吊裝(如圖3所示)，由于預(yù)制柱自重較大，采用單點(diǎn)起吊鋼絞線所受到的拉力較大，且吊裝過(guò)程中容易造成構(gòu)件的擺動(dòng)，兩點(diǎn)起吊通過(guò)力學(xué)知識(shí)進(jìn)行理論分析塔吊在豎向所受的力均為預(yù)制柱自重，但是鋼絞線所受到的拉應(yīng)力為單點(diǎn)起吊的1/2，且吊裝過(guò)程中構(gòu)件搖擺幅度減小，從而降低吊裝風(fēng)險(xiǎn)。而采用豎向吊裝方式預(yù)制柱內(nèi)部主要受到自重引起的剪力影響，受彎矩影響較小，與水平吊裝方式相比構(gòu)件受到破壞的可能性較小。

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(7)

(8)

其中，F(xiàn)A,FB為支點(diǎn)A,B兩點(diǎn)的支反力，kN；m為PC構(gòu)件的質(zhì)量，kg；g為重力加速度，m/s2；q為單位長(zhǎng)度構(gòu)件荷載，kN/m；MA，MB均為吊點(diǎn)A,B兩點(diǎn)的彎矩，MPa；Mmax為跨中最大彎矩，MPa。

由于疊合梁、挑板、女兒墻截面尺寸較為均勻，基本上未涉及變截面問(wèn)題，且吊點(diǎn)位置處與跨中配筋情況相同，吊點(diǎn)位置處與跨中位置處構(gòu)件截面抗矩相近，通過(guò)理論分析得出當(dāng)?shù)觞c(diǎn)位置處與跨中彎矩相等時(shí)此時(shí)的吊點(diǎn)位置最為合理，從而求得最佳吊點(diǎn)，保證構(gòu)件吊裝的平衡與減小彎矩過(guò)大造成構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力損傷。

而對(duì)于疊合板、樓梯而言由于構(gòu)件的尺寸較大，按照同一軸線布置吊點(diǎn)無(wú)法保證吊裝過(guò)程的平衡與穩(wěn)定，需要對(duì)吊點(diǎn)進(jìn)行平面布置，結(jié)合施工安裝要求選取四點(diǎn)平面吊裝方式進(jìn)行吊裝(如圖6所示)。對(duì)于疊合板、樓梯構(gòu)件而言由于構(gòu)件的寬度相對(duì)較大，在同一平面上選取四個(gè)吊點(diǎn)能夠確保吊裝的平穩(wěn)，與疊合板相比預(yù)制樓梯構(gòu)件的厚度相對(duì)較大，尺寸較大，吊裝過(guò)程中不易出現(xiàn)破損，而疊合板由于長(zhǎng)度較大，板厚偏小，截面的抗矩較小，吊裝過(guò)程中容易出現(xiàn)斷裂、破損等情況，因此對(duì)于吊點(diǎn)的選取十分重要。

疊合板、預(yù)制樓梯吊點(diǎn)的確定需要在平面上進(jìn)行兩個(gè)方向上的彎矩驗(yàn)算從而確定吊點(diǎn)的最佳位置，如圖7所示，將疊合板或者預(yù)制樓梯簡(jiǎn)化成平面，分別按照x,y方向進(jìn)行驗(yàn)算[10]。結(jié)合圖5的荷載分布及彎矩較大位置處的分析與計(jì)算書(shū)從而確定吊點(diǎn)的具體位置。

3 吊裝過(guò)程中吊具的選取

裝配式建筑施工過(guò)程中PC構(gòu)件的吊裝對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度、質(zhì)量有著重要的影響。吊裝過(guò)程中不僅僅要考慮施工的要求，同時(shí)還要保證吊裝的平穩(wěn)，避免構(gòu)件出現(xiàn)碰撞，由于構(gòu)件的幾何外形、質(zhì)量差異，從而導(dǎo)致其吊裝方式、吊點(diǎn)和吊具的選擇有所不同。

對(duì)于采用單點(diǎn)、兩點(diǎn)吊裝的PC構(gòu)件吊裝方式相對(duì)簡(jiǎn)單，直接采用鋼絞線進(jìn)行吊裝即可。選用鋼絞線直接吊裝時(shí)根據(jù)構(gòu)件自重與力學(xué)知識(shí)對(duì)吊裝過(guò)程中鋼絞線所承受的拉應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果同表1進(jìn)行對(duì)照，選取合適吊裝的鋼絞線進(jìn)行構(gòu)件的吊裝，從而確保吊裝過(guò)程中安全。

表1 鋼絞線強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

若構(gòu)件長(zhǎng)度較大，需要沿著構(gòu)件長(zhǎng)度方向選取多個(gè)吊點(diǎn)來(lái)保證吊裝的平穩(wěn)，僅僅依靠鋼絞線來(lái)進(jìn)行構(gòu)件的吊裝無(wú)法保證吊裝要求，需要采用橫梁吊具配合鋼絞線進(jìn)行構(gòu)件的吊裝(如圖8a)所示)，橫梁吊具將鋼梁與鋼絞線進(jìn)行結(jié)合，能夠滿足多點(diǎn)吊裝的要求。而對(duì)于疊合板等長(zhǎng)度與寬度均較大的PC構(gòu)件吊點(diǎn)需要進(jìn)行平面布置，在長(zhǎng)度與寬度方向上均需要布置吊點(diǎn)，為保證吊裝過(guò)程中構(gòu)件的平衡與穩(wěn)定，減小碰撞與損壞采用平面吊裝吊具(如圖8b)所示)，該吊具在縱向與橫向均設(shè)置吊鉤，能滿足多點(diǎn)起吊的要求。

4 結(jié)論

本文結(jié)合淮海科技城項(xiàng)目裝配式辦公樓的施工過(guò)程與裝配式建筑相關(guān)知識(shí)對(duì)PC構(gòu)件吊裝技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的分析與研究，得到如下結(jié)論：1)PC構(gòu)件幾何外形與質(zhì)量不一，吊裝前通過(guò)相應(yīng)的分析與計(jì)算確定構(gòu)件重心位置，從而為吊裝位置的選取做好準(zhǔn)備。2)吊點(diǎn)位置的選取對(duì)于構(gòu)件的吊裝而言具有十分重要的意義，合理選取吊點(diǎn)能夠減小構(gòu)件的破損和應(yīng)力損傷。3)根據(jù)吊點(diǎn)數(shù)量與布置方式合理選取吊裝方式與吊具，從而確保吊裝過(guò)程的穩(wěn)定與安全。