裝配式建筑剪力墻精確安裝控制措施分析

馬江平，張 偉

（華中科技大學土木與水利工程學院，湖北 武漢 430074）

0 引言

建筑業作為國家經濟發展的主要支柱性行業，其穩步持續發展對整個國家的進步至關重要［1］。根據《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和 2035 年遠景目標綱要》的內容，在十四五期間，基礎建設仍為重要建設內容之一。隨著“碳達峰”“碳中和”被首次寫入政府工作報告，“綠色”“生態”也成為“十四五”規劃的關鍵詞，建筑行業是全國碳排放量最高的行業，是實現低碳節能的關鍵領域。近些年，裝配式建筑以其綠色、節能、高效率等優點，開始在全國范圍內推廣，大力發展裝配式建筑逐漸成為我國建筑業轉型升級之路。與傳統現澆式施工方式相比，裝配式建筑的一大優勢在于進度快，如“三天一層樓”的建設速度，但較于裝配式建筑發展來說，仍存在一些問題，如裝配式剪力墻結構吊裝定位難、安裝精確度低等問題，不僅影響建設速度，質量也難以達標。因此須采用新型的施工方法，有效改進裝配式建筑施工存在問題，推動裝配式建筑質量、進度雙達標。

1 裝配式剪力墻結構及類型

“裝配式剪力墻結構”屬于“裝配式混凝土結構”的一種，其主要受力構件剪力墻、梁、板部分或全部都是預制混凝土構件，工廠預制，現場安裝。與傳統的現澆的剪力墻相比，預制裝配式剪力墻結構不僅滿足建筑業節能減排等發展要求，在縮短工期等方面也展示出極大的優勢。預制墻板主要類型如表 1 所示。

表1 預制墻板類型

由表 1 可知，預制墻板主要分為 4 類，全部或部分預制剪力墻、雙面疊合混凝土剪力墻、內澆外掛式剪力墻、非承重內墻隔板。其中全部或部分預制剪力墻通過豎縫后澆混凝土、水平縫套筒連接來實現結構的整體性；雙面疊合混凝土剪力墻，按厚度方向分為 3 層，內外兩側預制，并通過桁架鋼筋連接，中間層后澆混凝土；內澆外掛剪力墻由預制的混凝土外模板和現澆部分組成，其抗震性以及外墻防水較好。內隔墻板采用輕質材料制作而成，自重較輕且承載力好，同時其具有強度較高、隔熱、防水等性能，可鋸、可刨、可鉆，符合建筑的多樣性要求［2］。

2 裝配式剪力墻結構施工流程

對于裝配式剪力墻結構，剪力墻的安裝流程應有序地進行（見圖 1），首先準備好吊裝工具至相應的施工位置，如吊梁、斜支撐、鋼筋定位框、導向繩等；準備好吊裝工具后，應當基于建筑物軸線對要安裝的預制構件的控制線、水平高線與水平標高控制線等進行分析并測量彈出，同時在施工中需要選擇合理的直角坐標系，建立一套平面控制網，對控制網進行測控處理；測量放線結束后，檢查墻體預留鋼筋，看其是否存在偏差問題，檢查過程中并將殘留浮漿全部清理干凈；在墻板吊裝就位之前，還需要對預制墻板標高與找平位置進行調整，利用水準儀測量并放置標高控制塊；墻板吊裝就位，待墻板吊運過來時，施工人員通過牽引繩將墻板引至安裝位置上 500 mm 處，同時施工人員扶住墻體以減少墻體晃動，墻體緩慢下降，離預留鋼筋 50 mm 處，用反光鏡檢查鋼筋與鋼筋套筒的位置是否完全對應，確認預留鋼筋與鋼筋套筒的位置吻合后，放下墻體，至墻體著力于基座為止；預制剪力墻就位后安裝斜支撐，并通過斜支撐對預制剪力墻進行垂直度校正，達到設計要求后，固定斜支撐；在預制墻體吊裝到位后，進行套筒灌漿，之后對預制剪力墻豎向縫進行現澆，剪力墻吊裝完成。

圖1 裝配式剪力墻施工流程

3 節點連接方式

作為裝配式建筑的核心——節點連接技術將決定著裝配式建筑的進展程度，節點是建筑最重要的樞紐，是傳遞承載力，連接構件結構重要部分。節點類型的選擇與設計決定了建筑的最終成果，其中節點的傳遞作用尤為重要，不同的節點設計存在其優點但也存在其不足，因此需要針對不同的情況采用不同的節點連接方式，裝配式建筑的連接方式可分為濕式連接和干式連接。

3.1 濕式連接

濕式連接技術是指在工廠生產建筑構件運至施工現場安裝，并在建筑構件的節點部位現澆混凝土以完成構件之間的拼接，也將濕式連接技術劃分為灌漿連接技術、漿錨搭接技術以及現澆連接等。

1）套筒灌漿連接技術。套管灌漿連接技術是指先在套管里面插進一些帶肋的鋼筋，然后加入注漿物質并使其緊密填充套筒，在加入的注漿物質凝固之后，里面的鋼筋和套筒之間就通過注漿物質聯系在一起，形成一個整體，并能一起承受外界給予的力。

2）漿錨搭接技術。漿錨搭接技術即為在生產過程中，在預制構件中留設孔道，在拼裝過程中將所需搭接的鋼筋插入孔道中，進一步在孔道中灌注灌漿料以實現構件之間的連接。

3）現澆連接。現澆連接是指受力鋼筋通過先張法或后張法等施工工藝施工的預制構件運至施工現場再通過澆筑而成的連接方式［3］。

3.2 干式連接

1）螺栓連接技術現澆連接。在生產過程中，在預制構件邊沿位置留設螺栓孔以及安裝孔，在安裝過程中將螺桿穿束進入相鄰構件的螺栓孔中、安裝墊片并用螺帽擰緊。

2）焊接連接技術。焊接連接技術即為將相鄰預制構件中的預埋件予以焊接。該技術在施工過程基本避免了濕作業，無需養護即可完成連接，施工時間較短、成本較低。但是焊接連接技術在抗震性能方面存在較大不足。

3.3 預制剪力墻連接方式

1）水平縫連接。豎向連接技術能夠完成豎向裝配單元間的荷載傳遞，形成水平接縫。預制剪力墻水平接縫連接方式主要包括現澆帶連接技術、套筒灌漿連接技術、漿錨搭接技術等。目前多采用套筒灌漿技術，套筒灌漿連接是一種性能優良、成本低廉、施工便捷的新型鋼管結構的連接，彌補了傳統鋼結構節點多方面和領域的不足。

2）豎向縫連接。豎向縫即為兩片相鄰的墻板拼接在一起而形成的拼接縫，其在預制剪力墻結構具有很好的變形能力同時能夠傳遞剪力［4］。預制墻體豎向接縫多采用濕式連接的一種：后澆混凝土，預制剪力墻的預留鋼筋伸入豎直拼縫區域搭接，并增設豎向鋼筋和封閉箍筋，然后在豎直拼縫區域現澆混凝土。目前針對預制墻體豎向接縫采用干式連接的相關研究還較少，且已有研究多為構造形式的初期探索，而基于裝配式復合墻體的豎向接縫干式連接受力性能的研究更鮮見報道。如黃煒等［5］提出采用螺栓連接、盒式連接和 U 形鋼板連接 3 種干式連接方式，主要應用于低、多層裝配式復合墻體的豎向接縫連接，具有節約原材料、多道抗震防線的特點。

4 裝配式剪力墻安裝存在問題

4.1 測量放線精度不高

對于施工放線定位，借助 CAD 圖紙使用卷尺、水準儀、經緯儀等工具現場放樣的方式，存在較大的放樣誤差且無法保證施工精度。有些工程根據自身工程的實際情況，采用了專用模板進行現場檢查，其精度有所提高，但仍然存在一定的誤差。

4.2 吊裝精確度不高

裝配式建筑住宅施工工程中，預制墻板安裝時必須精確調整標高位置，并保證外墻與樓面板垂直，不得發生傾倒或后仰，然后才能完成墻板定位、塔吊取鉤。但在實際施工過程中往往由于標高精準測量困難及垂直度測量困難等的影響，導致預制墻板安裝時的精調工作進度緩慢、效率低下；與此同時預制剪力墻構件的灌漿套筒孔和下部構件的預留墻縱筋的尺寸都較小，將預制剪力墻構件的灌漿套筒孔套入預留墻縱筋的裝配精度要求較高，在吊裝進行裝配對接時常常遇到如下問題：

1）吊裝預制剪力墻構件進行初步定位對接的過程費時；

2）灌漿套筒孔對接套入預留墻縱筋的過程中，人工與塔吊的配合不便且費時；

3）一旦對接不到位會壓彎或損壞預留墻縱筋，造成返工，影響施工進度。

4.3 豎縫連接方式選擇不當

預制剪力墻板之間還需要通過豎向接縫連在一起，豎向縫要求有良好的變形能力，且能傳遞剪力墻之間的剪力，足夠的抗剪承載能力可以保證預制剪力墻構件之間協同工作更加有效，并保持剪力墻結構的整體性。豎向縫的連接方式決定了剪力墻的抗剪承載力、抗震性能以及外墻防水等指標。怎樣進行豎縫連接，需要針對不同預制剪力墻構件和該構件所處位置進行選擇。

5 裝配式剪力墻精確吊裝方法

5.1 墻板選擇及連接方式

1）外墻板。采用全部預制實心剪力墻，該剪力墻與傳統剪力墻構造有所不同，墻體外側豎縫伸出 50 mm 厚的懸挑板，用作豎縫模板，剪力墻體之間的豎縫，采用混凝土現澆。用懸挑板代替后澆帶模板，大大提高了后澆帶混凝土施工效率。

對于水平縫，則可采用目前最普遍的套筒灌漿連接技術，鋼筋插入套筒，注入高強度無收縮的灌漿料。合適的高強度、無收縮的灌漿料，可以增加鋼筋與筒壁間的摩擦力與粘結力，連接成的整體可以擁有抗震，滿足建筑日常使用及耐久性和抵抗傾覆等能力［6］。

2）內墻板。內墻板承重墻可采用全部預制式剪力墻板，連接方式采用螺栓連接，如圖 2 所示。螺栓連接為半剛性連接，螺栓連接剪力墻，剪力墻承載力好，符合抗震設計要求。對于非承重墻，則采用輕質內墻隔板，輕質內墻隔板質量輕、承載力好，與傳統的砌塊相比，施工效率更高。

圖2 內墻板螺栓連接（單位：mm）

5.2 測量放線精確

可采用 BIM 放樣機器人，利用其快速、精準、智能、操作簡便的優勢，將 BIM 模型中的數據直接轉化為現場的精準點位，通過對點位的拾取，放樣出指定的控制線和控制角點，實現構件的安裝定位［7］。依據構件深化圖紙建立三維 BIM 模型，將建立好的 BIM 模型導入到放樣機器人中，檢查并導出模型坐標，將模型坐標轉換成施工坐標，通過放樣機器人定位放樣出各個構件安裝的控制線和控制角點，預制構件按照放樣出的控制線和控制角點進行精準安裝，從而實現預制構件的精確定位，提高構件安裝精度與效率。

5.3 吊裝精確

為確保預制剪力墻體精確吊裝，采用相關構件精確定位輔助工具，滿足安裝要求同時提高施工效率。

1）激光定位裝置。預制剪力墻在吊裝過程中，需確保剪力墻垂直度達到要求，目前多采用的是儀器測量、斜支撐調節，這種調節的方式過于繁瑣，且人為測量，精確度不能保證。為此采用一種激光定位裝置［8］進行垂直度檢測，配合斜支撐對預制剪力墻進行調節，如圖 3 所示。該裝置通過預制構件上的預埋磁座與預制構件相連接，測量前先調節激光定位裝置所發出的激光束與該裝置所在預制剪力墻面保持平行，然后根據構件與該裝置之間的距離與激光束與剪力墻安裝控制線之間的距離進行對比判斷是否達到垂直度要求。更進一步，該激光定位裝置還可加入激光測距探頭、垂直度傳感器、無線傳輸模塊，將采集到的數據實時傳輸到數據接收裝置，通過與預設目標值對比，直接顯示正負差數值，便于精確調整。

圖3 激光定位裝置

2）豎直定位板。針對預制剪力墻吊裝配對困難、效率低的問題，采用一種定位輔助工具，快速吊裝定位并對接準確，提升安裝效率，如圖 4 所示。該裝置包括 2 個豎直板以及 1 個水平固定板，兩豎直板之間形成 90°的陽角與剪力墻相鄰的兩豎直面構成的陽角相對應，水平固定板固定于樓面預制構件安裝控制線處。該裝置可有效提升吊裝預制剪力墻構件的裝配效率，節省工期；吊裝定位裝置可循環使用，綠色節能，適用性強［9］。

圖4 豎直定位板

6 構件吊裝智能化探索

預制構件安裝過程中，主要目標是在確保質量的情況下，最大化地提高施工效率，裝配式建筑相較于傳統的現澆式混凝土施工，其一大優勢在于加快了施工效率。針對目前裝配式建筑的施工方法，采用新的技術及相關輔助工具，有利于提高安裝精確度，縮短施工進度，提高施工效率。

建筑機器人產業在過去的近 30 年間得到了長足發展，應用領域涵蓋噴涂、焊接、大型容器組裝、混凝土預制大板生產線、外墻飾面裝修及檢查、地面壓光及清掃等諸多領域，如大型玻璃構件的輔助機械設備、人機協作的安裝墻壁石膏板的輔助裝置、玻璃壁板安裝機器人等。對于裝配式剪力墻結構，研制一款預制剪力墻構件精確就位機器人，如同人機協作安裝石膏板的輔助機械設備，通過向其下達指令配合塔吊完成預制剪力墻的安裝，將大大提高構件安裝精確度以及施工效率。該構件安裝機器人采用帶有可調整吸附力的真空吸盤的機械臂、視覺調整機械臂以及激光雷達，可以實現在塔吊協助下對預制剪力墻構件的吸取并移到相應安裝位置，通過視覺調整機械臂完成對構件的精確就位，如圖 5 所示。

圖5 就位機器人

7 結語

對于裝配式剪力墻結構，質量問題主要包括構件自身質量問題以及安裝質量問題。對于構件自身質量問題，在驗收、起吊過程中對預制剪力墻構件的質量和完整度進行嚴格把關，確保安裝構件為合格產品；對于安裝質量問題，本文通過對裝配式剪力墻結構施工過程存在問題進行探究，相較于以往的裝配式剪力墻施工方法，提出了更精確、更高效的安裝方法，總結如下：

1）針對于預制剪力墻，分為外墻、內承重墻、內非承重墻，不同墻體對于水平縫、豎直縫采用不同的連接方式；

2）采用 BIM 放線機器人，通過測量放線精確確保施工效率以及質量；

3）通過構件安裝精確定位輔助工具的使用，確保墻體垂直度，簡化安裝過程中一些重復繁瑣的工作；

4）關于建筑業智能化思考，針對裝配式剪力墻結構，提出采用一種預制剪力墻構件精確就位機器人，提升預制構件吊裝精確度。 Q