基于BIM技術(shù)的鋼框架+PC構(gòu)件復(fù)合裝配式節(jié)點施工技術(shù)研究

□ 黃喜華 孔祥剛

以廣西第一批采用裝配式建筑體系的公共建筑示范項目為工程背景，從鋼結(jié)構(gòu)主體與PC預(yù)制構(gòu)件的連接節(jié)點深化設(shè)計和施工層面運用BIM技術(shù)分析了鋼框架+PC構(gòu)件復(fù)合裝配式高層公共建筑的關(guān)鍵施工技術(shù)。

1 工程概況

廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院新校區(qū)二期教學(xué)樓和學(xué)生宿舍項目采用鋼框架+PC預(yù)制構(gòu)件混合建造的方式進行設(shè)計和施工，采用EPC工程總承包模式建設(shè)。項目總建筑面積48536.87m2，地下1層，地上建筑呈“U”形布置。場地西側(cè)布置為教學(xué)樓，共12層；場地東側(cè)布置為學(xué)生宿舍，共17層，兩棟建筑通過連廊相通，項目建筑平面位置如圖1所示。

圖1 項目建筑效果圖

工程抗震設(shè)防類別為甲類，抗震設(shè)防烈度為7度，耐火等級一級。

本工程采用預(yù)制鋼框架結(jié)構(gòu)，所有承重結(jié)構(gòu)柱采用預(yù)制鋼柱，承重結(jié)構(gòu)梁采用預(yù)制工字鋼梁，樓板采用預(yù)制鋼筋桁架樓承板[1]，樓梯采用預(yù)制鋼筋混凝土板式樓梯，外墻采用預(yù)制混凝土外掛墻板。其中外掛墻板采用墻體與裝飾一體化、墻體與保溫一體化（隔熱一體化）技術(shù)，內(nèi)墻采用預(yù)制輕質(zhì)內(nèi)隔墻[2]，衛(wèi)生間采用預(yù)制混凝土防水樓板，局部采用預(yù)制集成整體衛(wèi)浴，陽臺、空調(diào)挑板采用預(yù)制混凝土挑板。現(xiàn)場裝配率達到75.5%以上，鋼結(jié)構(gòu)與PC預(yù)制構(gòu)件之間的節(jié)點施工技術(shù)控制是關(guān)系整個工程施工質(zhì)量的關(guān)鍵[3-4]。本工程運用BIM技術(shù)重點從鋼結(jié)構(gòu)主體與PC預(yù)制構(gòu)件的連接節(jié)點深化設(shè)計、預(yù)制構(gòu)件施工安裝等方面，對預(yù)制混凝土構(gòu)件安裝進行全過程施工模擬達到施工可視化目的，分析了鋼框架+PC構(gòu)件復(fù)合裝配式高層公共建筑在設(shè)計及施工安裝過程中的創(chuàng)新做法和工藝。

2 預(yù)制外墻構(gòu)件

本工程的教學(xué)樓外立面山墻采用裝配式混凝土預(yù)制外墻掛板，預(yù)制外墻掛板作為圍護結(jié)構(gòu)，不作為結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件。深化設(shè)計時，根據(jù)平面尺寸和特點將墻體構(gòu)件拆分成標(biāo)準(zhǔn)尺寸構(gòu)件，構(gòu)件配筋按設(shè)計要求進行，最大墻板規(guī)格尺寸為2.66m×4.115m×0.18m，重量約4.5t。

2.1 安裝施工工藝

預(yù)制外墻PC構(gòu)件安裝施工工藝流程是：抄平放線→墻下標(biāo)高找平控制塊（調(diào)整調(diào)高墊塊、粘貼發(fā)泡聚乙烯棒、預(yù)埋連接件位置復(fù)核校正）→安裝外墻→外墻構(gòu)件臨時固定→安裝斜撐→校核墻體軸線及垂直度→預(yù)埋連接件螺栓安裝固定→墻底水平拼縫處理→墻體豎向拼縫處理。

本工程預(yù)制墻體吊裝時，采用吊裝梁輔助施工，如圖2所示，吊裝梁材質(zhì)為Q235B，吊裝梁上的吊孔為直徑40mm的圓孔。被吊構(gòu)件的重量最大按G=5.0t計算，吊裝梁上鋼絲2根，鋼絲繩與水平方向夾角最小為45°，規(guī)格選用6×19，直徑為28.0mm，卡環(huán)采用的最小型號為3.5號。吊裝梁下鋼絲4根，鋼絲繩與水平方向夾角最小為60°，規(guī)格選用6×19，直徑為20mm，卡環(huán)采用的最小型號為1.2號。

墻下縫分為兩種：第一種是墻體位置鋼梁處，采用砂漿等填充材料填充封堵，封堵前，先用空壓機將底部縫隙處的建筑渣土清理干凈，并用水清洗后，再用砂漿（勾縫劑）將墻下縫隙封堵密實；第二種是墻體采用預(yù)埋連接件與鋼梁連接固定，墻體構(gòu)架位于鋼梁立面外，墻體安裝完成后，墻體與鋼梁、樓板交接處縫隙采用防火隔熱材料封堵，如圖3、圖4所示。

圖2 PC外掛墻板起吊

圖3 PC外掛墻板上部連接節(jié)點

圖4 PC外掛墻板下部連接節(jié)點

2.2 板縫防水施工工藝

板縫防水采用“構(gòu)造防水+防水材料復(fù)合”的方式進行防水處理[5]，外墻掛板預(yù)制構(gòu)件拆分深化時，采用磧口形式，延長水的滲流路徑，降低明水滲入的可能性。墻板內(nèi)部設(shè)置豎向?qū)ǖ溃词褂兴疂B入，也可定向引導(dǎo)，排出室外。預(yù)制墻體安裝時，側(cè)面預(yù)先粘貼發(fā)泡聚乙烯棒，墻體安裝就位后，外部采用密封膠封口。應(yīng)選用與混凝土結(jié)構(gòu)黏結(jié)良好的硅酮結(jié)構(gòu)膠，詳細(xì)的橫、豎向拼縫做法，如圖5所示。

圖5 外掛板橫向、豎向拼縫構(gòu)造圖

3 預(yù)制樓梯構(gòu)件

3.1 連接構(gòu)造

本工程所有樓梯均為預(yù)制樓梯，結(jié)構(gòu)形式為板式樓梯，其中樓梯平臺與踏步段一起預(yù)制，現(xiàn)場安裝與主體鋼結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆段連接，相關(guān)節(jié)點構(gòu)造如圖6所示。

圖6 預(yù)制樓梯構(gòu)件節(jié)點構(gòu)造圖

施工前，利用BIM技術(shù)對原預(yù)制混凝土樓梯進行深化，深化的內(nèi)容包括鋼筋的排布、穿線套管的排布、預(yù)制混凝土樓梯的大小尺寸、預(yù)埋件吊點及預(yù)留洞布置圖和細(xì)部構(gòu)造詳圖等。由設(shè)計單位及構(gòu)件廠出具深化設(shè)計圖紙，并經(jīng)設(shè)計單位、業(yè)主單位、監(jiān)理單位、總包單位及構(gòu)件廠共同聯(lián)簽確認(rèn)，方可使用該版圖紙進行施工，如圖7—圖10所示。

圖7 BIM技術(shù)下的預(yù)制混凝土樓梯

圖8 利用BIM技術(shù)優(yōu)化預(yù)制混凝土樓梯鋼筋

圖9 利用BIM技術(shù)模擬預(yù)制混凝土樓梯吊裝

圖10 預(yù)制混凝土樓梯位置調(diào)整

3.2 安裝施工工藝

預(yù)制樓梯構(gòu)件安裝施工工藝流程是：測量、放線→灰餅制作→坐漿→吊具安裝→起吊、調(diào)平→吊運→埋件對位→就位調(diào)整→連接處鋼筋綁扎→樓板及現(xiàn)澆段混凝土澆筑。

預(yù)制樓梯構(gòu)件吊裝時，采用吊裝梁輔助施工，鋼絲繩和卡環(huán)的選用規(guī)格與預(yù)制外墻板的吊裝要求一致。

在吊裝施工時，應(yīng)根據(jù)樓梯控制線，在水平兩個方向控制線的交點上架設(shè)墨線儀，并對準(zhǔn)地面上放置的控制線延長線最遠(yuǎn)點，在實施吊裝二次調(diào)整時，開啟V向光線，通過墨線儀豎向光線在懸空狀態(tài)下測量、調(diào)整樓梯位置，將樓梯平穩(wěn)吊至樓梯間結(jié)構(gòu)鋼梁上并使預(yù)制樓梯構(gòu)件與結(jié)構(gòu)鋼梁通過做漿壓擠密實。

預(yù)制樓梯安裝固定后，將預(yù)制樓梯預(yù)埋角鋼與鋼梁焊接，并對現(xiàn)澆段鋼筋進行綁扎、接槎面清理，然后澆筑樓板及現(xiàn)澆段混凝土，樓梯中間平臺處預(yù)留栓釘孔采用高強灌漿料灌實，兩個梯段間的樓梯平臺接縫應(yīng)采用比梯段混凝土強度高一等級的膨脹混凝土進行灌漿搗實并進行14d的澆水養(yǎng)護。

4 預(yù)制衛(wèi)生間沉箱

4.1 連接構(gòu)造

依據(jù)《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（G/T 51231—2016），及《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 1—2014）對裝配式構(gòu)件拆分設(shè)計的要求，按照預(yù)制構(gòu)件等同于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的大原則進行等同于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的整體拆分設(shè)計成全預(yù)制式衛(wèi)生間體系，并將每個衛(wèi)生間沉箱進行拆分，形成15種規(guī)格尺寸類型的構(gòu)件，構(gòu)件重量平均為1.75t。預(yù)制衛(wèi)生間與陽臺板、樓板及鋼結(jié)構(gòu)連接均采用混凝土現(xiàn)澆段連接，連接設(shè)計節(jié)點，如圖11所示。

圖11 預(yù)制衛(wèi)生間連接構(gòu)造圖

4.2 安裝施工工藝

預(yù)制衛(wèi)生間構(gòu)件安裝施工工藝流程是：放線、安裝支撐系統(tǒng)→調(diào)節(jié)龍骨標(biāo)高→放預(yù)制衛(wèi)生間定位線→預(yù)制構(gòu)件吊裝→就位、調(diào)整→現(xiàn)澆段模板支設(shè)及鋼筋綁扎→檢查驗收→樓板及現(xiàn)澆段混凝土，如圖12—圖15所示。

圖12 BIM技術(shù)下的預(yù)制混凝土衛(wèi)生間降板

圖13 利用BIM技術(shù)優(yōu)化預(yù)制混凝土降板鋼筋

圖14 BIM技術(shù)模擬預(yù)制混凝土衛(wèi)生間降板吊裝

圖15 裝配式預(yù)制衛(wèi)生間降板吊裝

（1）安裝時，水平預(yù)制構(gòu)件底標(biāo)高應(yīng)與水平龍骨頂標(biāo)高持平，且立面應(yīng)與結(jié)構(gòu)鋼梁、樓承板無縫搭接，保證現(xiàn)澆段均在鋼梁上，保證樓板及現(xiàn)澆段混凝土澆筑時不會漏漿或其他質(zhì)量問題。

（2）抄平、放線，在剪力墻面上彈出+1m水平線、梁側(cè)面彈出降板的安放位置線，并做出明顯標(biāo)志，以控制水平預(yù)制構(gòu)件安裝標(biāo)高和平面位置，避免二次起吊調(diào)整位置。

（3）對支撐架體頂面標(biāo)高進行認(rèn)真檢查，必要時進行修整，超高部分架體必須采取措施降低，預(yù)制構(gòu)件留出的搭接鋼筋不正不直時，要進行修整，以免影響預(yù)制板就位。

（4）沉箱安裝盡量先于樓承板面筋安裝，防止沉箱鋼筋與樓承板面筋無法順暢搭接，并保證足夠的鋼筋保護層厚度。

4.3 防水施工工藝

（1）在預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆混凝土連接處，對預(yù)制構(gòu)件的連接面做好鑿毛處理，并在混凝土澆筑前將表面浮塵清理干凈。

（2）衛(wèi)生間防水施工時，考慮此部位的薄弱性，采用厚1.5mmCPS-CL卷材防水，并在防水施工前，在接縫處鋪設(shè)寬200mm、厚1.5mmCPS-CL防水卷材加強層，然后再按設(shè)計和規(guī)范要求對衛(wèi)生間防水進行大面積施工，如圖16所示。

圖16 預(yù)制衛(wèi)生間防水構(gòu)造

5 預(yù)制陽臺

5.1 連接構(gòu)造

本工程所有陽臺挑板，均采用裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件，分學(xué)生宿舍和教學(xué)樓兩棟單體分別進行拆分編號，其中預(yù)制陽臺與樓板的連接設(shè)計，如圖17所示。

圖17 預(yù)制陽臺板連接構(gòu)造

5.2 安裝施工工藝

預(yù)制陽臺構(gòu)件安裝施工工藝流程是：放線、安裝支撐系統(tǒng)→調(diào)節(jié)龍骨標(biāo)高→放預(yù)制陽臺板定位線→預(yù)制構(gòu)件吊裝→就位、調(diào)整→現(xiàn)澆段模板支設(shè)及鋼筋綁扎→檢查驗收→樓板及現(xiàn)澆段混凝土澆筑。

本工程進行預(yù)制陽臺構(gòu)件吊裝時，也采用吊裝梁輔助施工，被吊構(gòu)件的重量最大按G=2.0t計算，吊裝梁上鋼絲采用2支鋼絲繩吊裝，規(guī)格選用6×19，直徑為28.0mm，卡環(huán)采用的最小型號為1.7號。吊裝梁下鋼絲采用4支鋼絲繩吊裝，規(guī)格選用6×19，直徑為12.5mm，卡環(huán)的最小型號為0.6號。

預(yù)制陽臺構(gòu)件起吊時先試吊，先吊起距地50cm時停止，檢查吊具，確保預(yù)制構(gòu)件保持水平，然后吊至作業(yè)層上空，就位后，水平預(yù)制構(gòu)件要從上垂直向下安裝，在作業(yè)層上空200mm處略做停頓，施工人員手扶構(gòu)件調(diào)整方向，將板的邊線與墻上的安放位置線對準(zhǔn)，避免預(yù)制陽臺構(gòu)件上的預(yù)留鋼筋與鋼梁、桁架樓承板打架，放下時停穩(wěn)、慢放，以避免沖擊力過大造成板面震折裂縫[6]。

6 結(jié)語

（1）本工程通過運用BIM技術(shù)對鋼結(jié)構(gòu)+PC構(gòu)件的復(fù)合裝配式建筑體系的深化設(shè)計、優(yōu)化，縮短了工期，整個建筑含裝修在一年內(nèi)全部完成，機械租賃費、外架租賃費、管理費用大大降低。

（2）現(xiàn)場工業(yè)化吊裝作業(yè)，場地內(nèi)建筑材料、周轉(zhuǎn)材料大幅減少，樓面結(jié)構(gòu)板采用鋼筋桁架樓承板，樓板無須支底模，施工現(xiàn)場的建筑垃圾減少，利于環(huán)保。

（3）將施工現(xiàn)場從施工安裝場地變?yōu)榭傃b場地，塔吊使用頻率大為增加，高峰期全天24h連續(xù)使用，受天氣影響小。

（4）外掛墻板集成保溫、裝飾面基層、預(yù)埋線管和線盒，取消了室內(nèi)、外墻抹灰工序，免外架施工，平整度良好，無滲漏水現(xiàn)象。