裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)與施工研究

1 裝配式混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 疊合樓板設(shè)計(jì)

疊合樓板的設(shè)計(jì)思路是將建筑物樓板分為預(yù)制板和現(xiàn)澆鋼筋混凝土兩層， 最終建筑物的樓板是由預(yù)制板和現(xiàn)澆混凝土二者組成的疊合樓板， 疊合樓板也是較早出現(xiàn)的一種裝配式建筑構(gòu)件。 疊合樓板中預(yù)制板不但是樓板結(jié)構(gòu)的重要組成部分，還是現(xiàn)澆混凝土層的模板，預(yù)制板在下部構(gòu)件的支撐作用下，在其上部進(jìn)行現(xiàn)澆混凝土層的澆筑工作，省去了澆筑過(guò)程中水平模板和豎向支撐結(jié)構(gòu)的使用， 疊合樓板中現(xiàn)澆混凝土層的自身重量和施工所需要荷載全部由預(yù)制板承擔(dān)。 此外，疊合樓板在現(xiàn)澆鋼筋混凝土層澆筑前， 可以根據(jù)需要敷設(shè)各類水平設(shè)備預(yù)埋管線。 疊合樓板跨度的設(shè)計(jì)值通常在4~6 m，最大寬度允許設(shè)計(jì)值為9 m。疊合樓板可以設(shè)計(jì)成雙向板也可以設(shè)計(jì)成單向板， 當(dāng)沿著預(yù)制板兩邊對(duì)稱支撐的整體式樓板進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)按照單向板計(jì)算[1]。 當(dāng)沿著預(yù)制板四邊支撐的整體式樓板進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算時(shí)， 當(dāng)預(yù)制板長(zhǎng)邊與預(yù)制板短邊長(zhǎng)度比值超過(guò)3 時(shí)，應(yīng)按照預(yù)制板短邊方向的單向板計(jì)算；當(dāng)預(yù)制板長(zhǎng)邊與預(yù)制板短邊長(zhǎng)度比值小于或等于3 且大于或等于2 時(shí)，應(yīng)按照雙向板計(jì)算；當(dāng)預(yù)制板長(zhǎng)邊與預(yù)制板短邊長(zhǎng)度比值小于2 時(shí)，應(yīng)按照雙向板計(jì)算。 此外，疊合樓板中預(yù)制板之間的接縫形式為分離形式時(shí)，應(yīng)按照單向板設(shè)計(jì)；預(yù)制板之間的接縫形式為無(wú)接縫或者整體式接縫時(shí)， 應(yīng)按照雙向板設(shè)計(jì)。

1.2 疊合梁設(shè)計(jì)

混凝土結(jié)構(gòu)疊合梁截面接口形式主要有平面接口和下凹接口兩種形式。 如果疊合梁中預(yù)制板和現(xiàn)澆混凝土層的接口形式為平面接口，疊合梁主梁現(xiàn)澆混凝土層的厚度應(yīng)≥150 mm，疊合梁次梁厚度應(yīng)≥120 mm。 如果疊合梁中預(yù)制板和現(xiàn)澆混凝土層的接口形式為下凹接口， 疊合梁凹口深度應(yīng)≥50 mm且凹口邊緣處的現(xiàn)澆混凝土板厚度應(yīng)≥60 mm。

疊合梁抗剪敏感區(qū)域位于梁體根部， 對(duì)結(jié)構(gòu)抗剪能力的需求較大， 應(yīng)結(jié)合建筑抗震等級(jí)來(lái)設(shè)置疊合梁箍筋的設(shè)置形式。 當(dāng)建筑抗震等級(jí)設(shè)計(jì)值為一級(jí)或者二級(jí)時(shí)，應(yīng)將疊合框架梁梁端箍筋加密區(qū)進(jìn)行整體封閉，即箍筋采用整體封閉形式。此外， 設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意的是封閉形式箍筋在疊合梁預(yù)制區(qū)域開口箍筋正上方的箍筋應(yīng)設(shè)計(jì)成135°的彎鉤形式， 且彎鉤平直段長(zhǎng)度應(yīng)大于或等于鋼筋直徑的10 倍。 當(dāng)建筑物對(duì)抗震等級(jí)沒有要求時(shí)， 彎鉤平直段長(zhǎng)度可以大于或等于鋼筋直徑的5 倍，但是現(xiàn)階段建筑物對(duì)抗震等級(jí)均有一定要求，所以這種設(shè)計(jì)形式在實(shí)際應(yīng)用中并不多。 在建筑工程實(shí)際施工中，開口箍的封閉通常采用附加箍筋帽來(lái)控制， 箍筋帽的末端也要設(shè)置成135°的彎鉤形式， 箍筋帽彎鉤平直部分長(zhǎng)度設(shè)計(jì)值也應(yīng)按照抗震等級(jí)要求來(lái)設(shè)置。 在施工過(guò)程中的疊合梁對(duì)接時(shí)，應(yīng)留有兩端預(yù)制梁對(duì)接時(shí)足夠的操作空間，預(yù)制梁縱向鋼筋接頭的連接方式主要有焊接連接、 套筒灌漿連接以及機(jī)械連接3 種形式。

1.3 預(yù)制柱的設(shè)計(jì)

與疊合樓板和疊合梁設(shè)計(jì)相比，預(yù)制柱的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要考慮疊合問題， 只需要考慮預(yù)制柱上端和下端如何滿足裝配式施工要求即可。 預(yù)制柱設(shè)計(jì)除了滿足國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)之外，還應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)具體要求：（1）預(yù)制柱縱向受力鋼筋的直徑應(yīng)≥20 mm。 （2）預(yù)制柱截面如果為圓形，則圓柱的直徑應(yīng)大于或等于400 mm；預(yù)制柱截面如果為矩形，矩形柱截面寬度應(yīng)大于或等于400 mm。 此外，預(yù)制梁截面寬度或者圓柱直徑均應(yīng)大于同方向梁寬的1.5 倍。 （3）預(yù)制柱縱向受力鋼筋的連接形式如果使用套筒灌漿的連接形式， 預(yù)制柱箍筋加密區(qū)的長(zhǎng)度應(yīng)大于預(yù)制柱縱向受力鋼筋連接區(qū)域的長(zhǎng)度；灌漿套筒上端的第一個(gè)箍筋和灌漿套筒頂部之間的距離應(yīng)小于50 mm。

2 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑施工相關(guān)技術(shù)

2.1 構(gòu)配件的場(chǎng)外運(yùn)輸

考慮到裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的特殊性， 為保證構(gòu)件從預(yù)制廠運(yùn)輸?shù)绞┕?chǎng)地過(guò)程中的安全性， 在構(gòu)件運(yùn)輸過(guò)程中除了嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求執(zhí)行外， 為保證預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量，還應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：第一，應(yīng)根據(jù)建筑構(gòu)件尺寸和噸位等具體情況來(lái)選取運(yùn)輸車輛；第二，運(yùn)輸車輛的行進(jìn)路線應(yīng)根據(jù)建筑構(gòu)件對(duì)運(yùn)輸環(huán)境的影響和可選道路的情況綜合選擇； 第三， 建筑構(gòu)件裝車和卸車過(guò)程中應(yīng)采取謹(jǐn)慎的安全措施， 保證建筑構(gòu)件自身安全的同時(shí)也要保證構(gòu)件在裝卸過(guò)程中不出現(xiàn)運(yùn)輸車輛發(fā)生傾覆的危險(xiǎn)情況；第四，建筑構(gòu)件在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)設(shè)置緩沖層，做好固定，防止構(gòu)件在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生碰撞磨損， 特別是一些長(zhǎng)細(xì)比較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)設(shè)置水平支架來(lái)預(yù)防構(gòu)件碰撞和磨損；第五，運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)盡量避免車輛突然急剎車或者瞬間加速的情況，防止構(gòu)件內(nèi)部發(fā)生磨損。

2.2 裝配式構(gòu)件在施工場(chǎng)地內(nèi)的運(yùn)輸

裝配式構(gòu)件在施工場(chǎng)地內(nèi)運(yùn)輸應(yīng)注意的問題除了參考建筑構(gòu)件場(chǎng)外運(yùn)輸應(yīng)采取的措施之外，還應(yīng)采取以下幾項(xiàng)措施：第一點(diǎn)， 場(chǎng)地內(nèi)運(yùn)輸應(yīng)采取枕木等措施防止構(gòu)件損傷； 第二點(diǎn)，科學(xué)合理規(guī)劃場(chǎng)地內(nèi)建筑構(gòu)件的運(yùn)輸路線，保證構(gòu)件運(yùn)輸安全的同時(shí)提升構(gòu)件運(yùn)輸?shù)男?；第三點(diǎn)，場(chǎng)地內(nèi)運(yùn)輸應(yīng)選用專業(yè)技術(shù)過(guò)硬的技術(shù)工人來(lái)負(fù)責(zé)， 確保場(chǎng)地內(nèi)運(yùn)輸工作保質(zhì)保量完成；第四點(diǎn)，場(chǎng)地內(nèi)運(yùn)輸要積極搭建智能化構(gòu)件倉(cāng)儲(chǔ)、構(gòu)件運(yùn)輸以及構(gòu)件吊裝平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，繼而有效提升構(gòu)件在施工場(chǎng)地內(nèi)的運(yùn)輸效率。 場(chǎng)地內(nèi)運(yùn)輸追求的質(zhì)量和效率齊頭并進(jìn)， 因?yàn)閳?chǎng)地內(nèi)構(gòu)件的運(yùn)輸效率直接影響了施工進(jìn)度， 所以采用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)來(lái)提升構(gòu)件運(yùn)輸效率是十分必要的。 如果場(chǎng)地內(nèi)計(jì)算機(jī)智能運(yùn)輸管理系統(tǒng)可以和場(chǎng)外運(yùn)輸系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)， 那可以大幅度提升裝配式構(gòu)件的整體運(yùn)輸效率，這一點(diǎn)可以作為將來(lái)的研究方向。

2.3 裝配式混凝土構(gòu)件的吊裝

裝配式構(gòu)件吊裝方案的編寫不能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者相類似項(xiàng)目的吊裝方案直接套用， 應(yīng)在嚴(yán)密的驗(yàn)算數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行有針對(duì)性的吊裝方案編寫。 根據(jù)裝配式構(gòu)件吊裝規(guī)范要求，需要對(duì)構(gòu)件的吊點(diǎn)位置、 構(gòu)件抗剪強(qiáng)度以及構(gòu)件的抗裂強(qiáng)度等方面進(jìn)行驗(yàn)算， 其中規(guī)范要求裝配式混凝土構(gòu)件抗剪強(qiáng)度計(jì)算采用控制構(gòu)件邊緣混凝土壓力來(lái)進(jìn)行； 裝配式混凝土構(gòu)件抗裂強(qiáng)度計(jì)算采用控制構(gòu)件邊緣混凝土拉力進(jìn)行， 通過(guò)以上計(jì)算轉(zhuǎn)化，可以更加有效地確定混凝土構(gòu)件開裂的前提條件[2]。

裝配式構(gòu)件吊點(diǎn)位置的選擇對(duì)裝配式構(gòu)件的吊裝作業(yè)十分重要。 吊點(diǎn)的位置在建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)階段即應(yīng)作出考慮，為了便于構(gòu)件后續(xù)的吊裝， 可以在構(gòu)件相應(yīng)位置設(shè)置預(yù)埋件，預(yù)埋件的位置要根據(jù)計(jì)算后確定。 如果沒有針對(duì)構(gòu)配件吊裝過(guò)程吊點(diǎn)位置的設(shè)計(jì)要求，那么吊點(diǎn)位置也需要根據(jù)計(jì)算后才能確定。 受彎力的裝配式建筑構(gòu)件在吊裝的過(guò)程中所受到的荷載只有裝配式構(gòu)件本身，所以可以將此類型構(gòu)配件吊點(diǎn)位置看成鉸接形式。 為了確保裝配式構(gòu)件的性能安全，吊點(diǎn)位置設(shè)置在構(gòu)件彎矩的最小位置，即裝配式構(gòu)件正負(fù)彎矩相等的位置。

針對(duì)體積較小、重量較輕的裝配式構(gòu)造柱的吊裝，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過(guò)程中通常采用單點(diǎn)直接起吊。 單點(diǎn)起吊的吊點(diǎn)位置也是需要經(jīng)過(guò)計(jì)算確定，不是隨意選取，通常單點(diǎn)起吊的位置設(shè)置在正彎矩和負(fù)彎矩相同的位置上。 單點(diǎn)起吊最危險(xiǎn)的環(huán)節(jié)是裝配式構(gòu)造柱正在起吊但是沒有完全吊起的階段，這時(shí)結(jié)構(gòu)跨中受到正彎矩作用，結(jié)構(gòu)吊點(diǎn)位置受到負(fù)彎矩作用，只有當(dāng)正彎矩和負(fù)彎矩相等時(shí)，構(gòu)件受力才最合理。 此外，建筑構(gòu)件吊裝方式的選擇需要根據(jù)裝配式構(gòu)件自身的結(jié)構(gòu)特性、負(fù)責(zé)起吊的機(jī)械設(shè)備、起吊吊具的類型以及施工場(chǎng)地具體情況來(lái)綜合選擇。

3 裝配式混凝土構(gòu)件的安裝

裝配式混凝土構(gòu)件的運(yùn)輸、 裝配式混凝土構(gòu)件的吊裝等工序完畢后，進(jìn)入裝配式住宅建造的安裝階段。 裝配式混凝土構(gòu)件安裝之前應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

第一，對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)安裝設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行充分解讀，充分正確理解設(shè)計(jì)文件內(nèi)容， 在設(shè)計(jì)方面存在任何疑問要第一時(shí)間與設(shè)計(jì)人員溝通。

第二，施工人員要充分掌握裝配式混凝土構(gòu)件種類、裝配式混凝土構(gòu)件數(shù)量以及運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)的構(gòu)配件的質(zhì)量情況，在實(shí)際安裝過(guò)程中要做到有的放矢，保證構(gòu)配件保質(zhì)保量及時(shí)供應(yīng)。

第三，完成裝配式混凝土安裝前的人、機(jī)、料、法、環(huán)的準(zhǔn)備工作。

第四，做好三級(jí)安全技術(shù)交底工作，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員做好安全技術(shù)方面的培訓(xùn)工作， 確?，F(xiàn)場(chǎng)每一個(gè)施工人員要掌握自己所負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)的工作任務(wù)。

第五， 裝配式混凝土構(gòu)件安裝施工組織設(shè)計(jì)中的專項(xiàng)質(zhì)量管理、 環(huán)境保護(hù)措施以及信息化管理等專項(xiàng)工作應(yīng)積極落實(shí)到位。

以上所有準(zhǔn)備工作就緒后，進(jìn)入定位、放樣以及安裝環(huán)節(jié)直至施工完畢。 安裝的順序包括柱的吊裝校正、柱的定位以及柱的焊接；梁的吊裝校正、梁體主筋的焊接、梁柱核心節(jié)點(diǎn)的處理以及預(yù)制墻體的安裝等， 下面主要分析預(yù)制柱和預(yù)制梁的安裝。

3.1 裝配式混凝土預(yù)制柱的安裝

為更便捷地將預(yù)制柱端部的型鋼連接件與其他承臺(tái)和梁體連接，需要調(diào)節(jié)預(yù)制柱的垂直度。 預(yù)制柱垂直度調(diào)整可以通過(guò)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)制柱與承臺(tái)之間的底部螺栓組件進(jìn)行有效調(diào)整，繼而提高預(yù)制柱安裝施工的效率，保證安裝施工的質(zhì)量。

針對(duì)預(yù)制柱縱向鋼筋的連接方式主要有兩大類。 一類是機(jī)械連接，另一類是焊接連接。 無(wú)論是采用焊接連接還是機(jī)械連接，都應(yīng)該保證連接件和連接段縱筋的整體清潔度，確?？v向鋼筋連接的效果， 保證縱向鋼筋連接后的性能符合設(shè)計(jì)要求。 縱向鋼筋連接前要明確縱筋總體數(shù)量和明確預(yù)留孔洞的具體位置，如果在預(yù)制柱安裝過(guò)程中的傾斜度超過(guò)規(guī)范要求，應(yīng)立即采取措施進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后再次檢查平整度，符合要求后進(jìn)行下道工序。 如果采用的是焊接連接形式，除了以上應(yīng)注意的問題之外， 在實(shí)際施工中還應(yīng)該采取積極有效措施防止因連續(xù)施焊造成混凝土層開裂， 影響裝配式混凝土結(jié)構(gòu)后期強(qiáng)度和使用安全。

3.2 裝配式混凝土預(yù)制梁的安裝

裝配式混凝土預(yù)制梁安裝施工工序如圖1 所示。

圖1 裝配式混凝土預(yù)制梁安裝工序

為確保預(yù)制梁在整個(gè)吊裝過(guò)程中時(shí)刻保持均勻受力，不會(huì)在吊裝過(guò)程中出現(xiàn)局部開裂的現(xiàn)象， 在吊裝過(guò)程中應(yīng)采取型鋼輔助。 通過(guò)型鋼不但可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件之間的快速連接，還可以在型鋼良好的力學(xué)性能輔助下提升構(gòu)件的受力性能。 預(yù)制梁受力性能的改善有助于提升預(yù)制梁安裝效率和后續(xù)使用的耐久性， 常用的改善預(yù)制梁受力性能的措施通常做法是根據(jù)梁體具體的受力情況，在梁體兩端設(shè)置鋼筋或者鋼板，目的是通過(guò)增強(qiáng)梁體的抗彎或者抗剪能力， 繼而達(dá)到增加預(yù)制梁使用性能的目的。

4 結(jié)語(yǔ)