預制混凝土構件在二次結構中的應用

肖 杰

湖南省沙坪建設有限公司 湖南 長沙 411008

在工廠或現場預先生產制作的混凝土構件稱為預制混凝土構件，將預制混凝土構件通過可靠的連接方式裝配而成的混凝土結構稱為裝配式混凝土結構。裝配式混凝土結構具有經濟、綠色、環保等特點，以裝配式混凝土結構為代表的建筑業進入了一個快速發展的新時期，使我國住宅產業得到了全面提升，工業化進程快速增長，但與發達國家相比還有一定差距[1]。目前，國內裝配式混凝土結構工程以預制外墻板、疊合樓板、預制樓梯和陽臺為主，預制混凝土構件種類較少，預制率相對較低[2]。二次結構需在主體結構承重構件完工后、裝飾裝修施工前完成，施工成本高、耗時長、工程量大，施工質量直接關系到人們的人身安全[3]。鑒于此，將二次結構中的砌體或現澆結構優化為預制混凝土構件，以實現二次結構的標準化設計、工廠化生產和裝配化施工，在提升生產效率的同時，豐富預制混凝土構件種類，提高建筑的預制率，實現經濟、節能和環保的目標。

1 工程概況

某醫院新建住院大樓項目地處中心城區，總建筑面積75 210.47 m2，框架剪力墻結構，地下2層，附樓為6層，主樓26層，建筑高度98.95 m。為優化二次結構施工技術，在屋面煙道、窗臺洞口等部位開展預制混凝土構件的應用，以期在滿足二次結構使用性能的同時，節約資源、降低環境污染，優化施工成本。

2 預制屋面煙道

2.1 常規做法

高層建筑屋面煙道常規采用磚砌做法，傳統磚砌煙道的砌筑加抹灰施工周期較長，工序較復雜，勞動力投入大，其成形質量受作業人員的技能水平和責任心等人為因素影響較大，且磚砌煙道成形后整體性較差，在后期使用過程中易發生漏水、漏煙等質量問題。

2.2 構件形式

將傳統屋面煙道優化為屋面煙道筒體、蓋板等預制混凝土構件（圖1），各構件采用廢棄礦渣等原材料工廠化生產，外觀質量達免抹灰標準。各預制屋面煙道構件按煙道的設計尺寸參數和結構特點，并參考屋面結構板和女兒墻進行配筋設計，以確定筒體和蓋板配筋的型號、位置、間距和數量等內容，深化設計圖紙應經設計單位審核批準。

圖1 預制屋面煙道構件

煙道筒體為薄壁空腔矩形結構，筒體底部設20 mm深防水壓槽，筒體頂部四角預留4根φ12 mm鋼筋與煙道蓋板現澆混凝土連接，并預埋40 mmh 4 mm鍍鋅扁鋼作防雷用。煙道筒體內置2個螺紋吊耳，運輸至現場后利用塔吊等已有起重機械配合專用吊具吊裝就位。

煙道筒體預留洞口處設置不少于400 mm的企口型防水翻邊（圖2），防水翻邊兼作煙道筒體基礎，防水翻邊同屋面結構板配筋并與屋面板同步吊模施工。

圖2 煙道筒體基礎

煙道筒體位置與女兒墻相連接時，筒體側壁兼作女兒墻模板，煙道筒體上預留有植筋孔，采用φ12 mm鋼筋植入筒體不小于120 mm，所植鋼筋外露長度不小于700 mm，在筒體垂直方向間隔約300 mm布置（圖3），將煙道筒體與女兒墻連接形成整體結構。

圖3 煙道與屋面女兒墻連接

煙道蓋板為中心向四周放坡結構，中心洞口邊緣設置50 mm（寬）h 20 mm（高）凹槽用于成品風帽安裝，蓋板下緣滴水線在工廠成形，蓋板對角線上設4個預留澆筑孔與筒體4根φ12 mm鋼筋現澆混凝土連接（圖4）。

圖4 煙道蓋板結構

2.3 施工方法

煙道筒體和蓋板等預制混凝土構件運輸至施工現場后，利用塔吊等已有起重機械吊裝安裝，構件間通過企口坐漿或灌縫連接，實現了屋面煙道的裝配化施工。

首先用防水卷材對防水翻邊進行泛水處理，為防止陰角堆料和卷材開裂，卷材鋪設前用水泥砂漿處理成圓弧形狀。防水翻邊上設置約30 mm厚的1∶3防水砂漿，用于煙道筒體的坐漿（圖5），坐漿前先清理坐漿區域雜物，沿防水翻邊四周刷涂一圈同配比水泥漿，然后在企口上坐漿，坐漿必須足量、飽滿、密實，坐漿后10 min內必須完成煙道筒體的安裝。

圖5 防水翻邊坐漿

坐漿后利用現場已有起重機械將筒體由臥式狀態緩慢轉換成直立狀態后安裝就位（圖6），吊裝過程中在筒體底部鋪墊方木以保護筒體邊角不受損壞。吊裝就位后依靠煙道筒體自重荷載實現固定，成形后采用防水砂漿找平，在筒體壓槽處施作防水砂漿層（圖7）。

圖6 筒體吊裝就位

圖7 筒體壓槽處防水砂漿層

2.4 實施效果

預制屋面煙道優化了磚砌煙道的抹灰工序，實現了屋面煙道的裝配化施工，現場施工速率達8個/d，降低了施工成本，使用至今未發生漏煙、漏水等缺陷，滿足使用功能要求。

3 窗臺單元件

3.1 常規做法

高層建筑在完成施工物料的運送后，需將垂直運輸機械（施工電梯、物料提升機等）出入室內的預留窗臺洞口封閉，常規的做法為磚砌墻體后進行內、外抹灰，現場每層均需進行砌筑和抹灰等濕作業，現場作業周期長，生產效率較低，且易發生開裂漏水等質量通病。

3.2 構件形式

依據預留洞口尺寸將窗臺結構優化為多個規格模數統一的標準化單元件（圖8），單元件內配鋼筋骨架，泡沫混凝土在工廠生產，形成輕質高強的預制構件，外墻裝飾線條同單元件一次成形，窗臺洞口通過多個外形尺寸一致的單元件相互組合來實現洞口封閉（圖9）。

圖8 窗臺單元件

圖9 預留洞口封閉

單位件為板式結構，單元件的尺寸根據建筑墻體尺寸、洞口大小和抗震設防烈度等因素確定。單元件頂部設120 mm高倒梯形壓頂凹槽，單元件底部設30 mm高梯形坐底凹槽（圖10）。壓頂凹槽內澆筑混凝土形成壓頂梁，壓頂梁向外側找坡，坡度不小于5%，形成內側高于外側20 mm的企口型窗臺。坐底凹槽安裝部位采用30 mm厚的1∶3防水砂漿坐底，安裝過程中設置墊塊保持坐漿厚度。

圖10 壓頂凹槽及坐底凹槽

單元件側向設90 mmh 30 mm的接縫凹槽，單元件內等間距布置φ50 mm通孔（圖11），安裝過程中在接縫凹槽和通孔內布設鋼筋，各單元件間以及單元件和建筑墻體間通過在接縫凹槽和通孔內澆筑混凝土形成現澆構造芯柱，各單元件通過現澆壓頂梁和構造芯柱實現窗臺的封閉（圖12），在滿足構造要求的同時，保證了窗臺安裝的整體性。

圖11 接縫凹槽及通孔

圖12 構造芯柱和壓頂梁現澆混凝土

為便于吊運和安裝過程中操作的便利性，在單元件頂部采用未經冷拉的熱軋φ10 mm光圓鋼筋制作吊環，吊環鋼筋通過裝飾線配筋和單元件網片筋連接（圖13）。

圖13 單元件吊環

3.3 施工方法

窗臺單元件在完成室內施工材料的垂直運輸后，利用施工電梯等已有垂直運輸機械運送至各樓層安裝位置，由2名作業人員協同進行單元件的裝配化安裝。

首先按設計圖紙在預留洞口的接縫凹槽、通孔等需植筋部位彈線定位，鉆孔并清孔后注入強力膠，而后植設垂直定位鋼筋，強力膠固化達到設計強度要求后進行單元件底部坐漿。

坐漿前將預留洞口清理干凈，采用30 mm厚的1∶3防水砂漿坐底，并設置墊塊保持坐漿厚度，將單元件從上往下安裝，確保垂直定位鋼筋套入單元件接縫凹槽和通孔內，坐漿后采用角鋼等臨時支撐穩固單元件，防止單元件在后續施工過程中碰撞移位。

單元件就位后首先在壓頂凹槽內植設錨入兩側墻體的壓頂梁鋼筋，靜置達到設計強度后在接縫凹槽和通孔內中綁扎構造芯柱鋼筋（圖14），之后澆筑C20細石混凝土，將單元件與建筑墻體連成整體，混凝土振搗密實后在單元件上口找不小于5%的坡，養護至設計強度。

圖14 單元件構造芯柱鋼筋

最后在單元件間以及單元件和建筑墻體間的橫豎接縫進行抗裂塞縫處理，橫豎接縫表面抹不少于2道抗裂防水砂漿，以確保結構的密封性，避免滲漏現象。

3.4 實施效果

新型預制件窗臺單元件質量僅為80 kg/個，通過現場已有垂直運輸機械將單元件運送就位，只需2名作業人員進行安裝作業，施工效率是傳統磚砌結構的3倍以上。

4 預制混凝土構件應用技術要求

預制混凝土構件不能僅是砌體結構的整合或是現澆結構的拆分，要結合擬應用構造的結構特點和連接方式深化設計預制混凝土構件[4]。預制混凝土構件應能滿足建筑物的使用功能要求，在技術可行的前提下，提高施工生產效率，降低工程建造成本。

4.1 標準化設計

1）預制混凝土構件應與主體結構的設計使用年限一致，并最大限度地簡化其結構形式，優先選用平板型構件以便于工業化生產，并實現構件規格的模數統一。

2）不同樓層、部位的構件做到通用，在節約工廠開模費用的同時，簡化現場施工工序。

3）構件尺寸應滿足市場運輸車輛裝載及道路通行的要求，構件質量應輕量化，在滿足施工操作便利的同時，盡量利用現場已有的起重機械進行安裝，吊點處須錨固鋼筋加強。

4）構件應具有足夠的強度和耐久性，避免在運輸、安裝和使用過程中出現非正常破損。

4.2 工廠化生產

1）預制混凝土構件依據經設計單位審批確認的深化設計圖紙，由具備相應資質的專業預制構件廠生產制作。

2）模板是保證預制構件加工尺寸和外觀質量的關鍵，預制構件宜優先采用定制鋼模以實現批量化生產，內模側刷涂脫模劑以便于脫模，最終達到清水混凝土免抹灰裝飾效果。

3）嚴格按深化設計確定的鋼筋品種、規格和尺寸進行鋼筋綁扎，預埋件同步安裝就位。

4）振搗頻率和時間應根據構件的體積、質量經試驗確定，混凝土蒸汽養護過程中應嚴控溫度變化，構件達到設計強度后方可用專用吊具吊裝。

5）脫模成形后，按項目名稱、樓棟和軸線位置編號，制作涵蓋構件尺寸、質量、吊點數量和位置等內容的產品信息二維碼，作為構件唯一性標識編碼，以便于現場按需取用。

4.3 裝配化施工

1）有效可靠的連接是實現預制混凝構件使用功能的重要保障，預制混凝土構件可通過灌漿或者后澆混凝土等方式濕連接，連接節點常采用企口、平口等方式。

2）重點做好新舊混凝土交接處的節點處理，結合面疏松部分混凝土應剔除并清理干凈。

3）構件的吊裝是保證施工質量與安全的關鍵工序，施工平面布置中的起重機械選型應滿足預制混凝土構件的吊裝需求。

4）吊具根據構件形狀、尺寸及質量等參數配置，現場吊裝前復核圖紙，確認各構件安裝位置，并檢查鋼絲繩等吊裝用具的完整性。吊裝時先將預制構件提升300 mm左右試吊，確認吊具安全且構件平穩后，方可緩慢提升構件。

5）轉運、吊裝過程中避免磕碰損壞構件邊角，施工物料不得支撐、壓放或斜靠在構件上，當現場交叉施工現澆混凝土時，應防止預制構件表面被污染。

5 結語

預制屋面煙道、窗臺單元件等新型預制混凝土構件在二次結構中的應用，解決了傳統砌筑或現澆結構勞動力需求高、施工周期長、經濟性不佳等問題，降低了工程施工成本，符合國家節能環保要求。此外，在二次結構中應用標準化的預制混凝土構件，可大大擴展預制混凝土構件的應用范圍，提升裝配式建筑的預制率，供類似工程參考。