輕型裝配式房屋構(gòu)配件開發(fā)及快速組裝關(guān)鍵技術(shù)

1 引言

裝配式建筑最主要的特點是將大量的現(xiàn)場施工和質(zhì)量控制流程轉(zhuǎn)移到標準化的工廠中完成[1]，既有利于建筑整體質(zhì)量的提高又促進建設(shè)效率的提升。 新型輕質(zhì)高強材料的應(yīng)用，相對于傳統(tǒng)材料具有一定優(yōu)勢， 彌補了傳統(tǒng)材料性能方面的不足，對于裝配式建筑質(zhì)量的提升具有推動意義。 我國竹材資源豐富，利用可再生竹材資源以及竹子本身強度高、韌性好的特性，開發(fā)性能穩(wěn)定、耐久性好的新型竹質(zhì)復(fù)合材料、構(gòu)件及其部品，并通過模塊化裝配連接技術(shù)應(yīng)用于綠色、健康和節(jié)能建筑是未來竹質(zhì)工程材料和建筑產(chǎn)業(yè)重要的發(fā)展方向之一[2]。本項目通過型鋼結(jié)構(gòu)與竹質(zhì)復(fù)合板式墻體的結(jié)合， 開發(fā)配套標準化構(gòu)配件，解決此類小型建筑快速組裝關(guān)鍵技術(shù)，可實現(xiàn)方便運輸、簡便拆裝、重復(fù)使用功能。

2 標準化設(shè)計

2.1 整體設(shè)計

裝配式房屋結(jié)構(gòu)類型通常有型板式、框式與箱式3 種。 其中框式結(jié)構(gòu)具有承載能力均衡、組裝靈活、不易變形等特點，適用于可重復(fù)使用的臨用房搭建。 為達到輕質(zhì)高強、 運輸方便、快速組裝以及可重復(fù)拆裝的目的，同時使房屋具備保溫隔熱，防水防滲，隔音吸聲的使用功能，結(jié)構(gòu)安全可靠，可經(jīng)受余震、暴風(fēng)雨等自然環(huán)境災(zāi)害的影響，設(shè)計采用輕鋼結(jié)構(gòu)體系和以輕質(zhì)竹材為基材的復(fù)合墻板、頂板和地板圍護體系。

對原始的建筑類型進行功能分解開發(fā)系列標準化功能單元。 為實現(xiàn)構(gòu)件標準化目標，減少構(gòu)件類型，在滿足使用要求的前提下，遵循平面布置以簡潔、開間與進深盡可能一致的原則，減少不同平面設(shè)計的開發(fā)，通過標準單元與變體模塊的靈活組合，在保證模塊通用性組合的前提下，實現(xiàn)不同功能的使用需求[3]。

2.2 模塊單元標準化

輕型裝配式房屋總體分為鋼框架模塊和板件類模塊。 兩大模塊分別進行單元化拆分， 其中鋼框架模塊可細分為地框構(gòu)件、柱體構(gòu)件和梁體構(gòu)件；板件類模塊則分為地板、墻板、頂板3 類構(gòu)件。 如圖1 所示。

圖1 單元化模塊組成圖

由于墻體模數(shù)化及預(yù)制構(gòu)件標準化受戶型整面墻體尺寸的影響，實際應(yīng)用時會形成標準構(gòu)件與非標準構(gòu)件。 墻體模數(shù)也受到材料產(chǎn)品的制約，設(shè)計墻體的長、寬尺寸以100 mm 作為基本模數(shù)，因目前市場供應(yīng)板材大部分規(guī)格為1 220 mm×2 440 mm，考慮最大利用材料，減少浪費因素，將標準化墻體長寬設(shè)計為1 200 mm×2 400 mm，厚度則以實際使用場景，兼具性能要求來決定。

3 模塊單元

3.1 鋼框架模塊

鋼框架模塊由柱、梁、地框等剛性部件組成，其中，柱、梁是核心。鋼材Q235B，各部件成型需焊接的部位根據(jù)實際施工條件可采用手工焊、自動焊或半自動焊，其材料和施工質(zhì)量均應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準的規(guī)定。

3.1.1 柱

作為鋼框架模塊的豎向承重構(gòu)件，柱既要滿足承載力、穩(wěn)定性要求，又要符合方便運輸、快速裝拆、重復(fù)使用的需要。 為利于生產(chǎn)、組裝，構(gòu)件相對統(tǒng)一，經(jīng)反復(fù)計算比選，標準件中將柱分為單柱與組合柱兩種， 組合柱皆以兩根單柱通過焊接連接件組合而成。如圖2 所示，單柱選用壁厚3 mm 截面100 mm×100 mm 方管，預(yù)留適合各標高處各向連接孔位，即下端部分孔位與地框固定連接，中部孔位與梁通過連接件連接，頂部孔位通過連接件與屋頂鋼框連接。

圖2 單柱尺寸孔位圖

3.1.2 梁

橫梁位于兩柱之間， 如圖3 所示。 為實現(xiàn)與柱身快速連接，通過設(shè)置梁端連接件與桿件焊接而成，在端部連接件上下設(shè)有45°角的加勁肋加強，端頭鋼板上預(yù)留螺孔在現(xiàn)場安裝對位后與柱身通過螺栓緊固。

圖3 橫梁組合件

3.2 板件類模塊

利用竹束單層板積材及復(fù)合板制造的輕質(zhì)墻體， 不僅具有輕質(zhì)、高強、保溫性能良好的優(yōu)點，還可以通過對其進行合理的設(shè)計與加工，使其結(jié)構(gòu)體系、物理性能滿足不同使用功能的要求[4]。板件類模塊主材均采用國際竹藤中心研發(fā)并取得國家科技成果的竹質(zhì)工程復(fù)合材料，具有竹紋清晰、板面美觀、色澤自然，質(zhì)感高雅的外觀。 抗拉強度約為木材的2.0~2.5 倍，抗壓強度為木材的1.2~2.0 倍，具有良好的彈性、韌性和順紋抗壓、抗拉能力，為裝配式結(jié)構(gòu)用竹質(zhì)工程材料的可靠性設(shè)計提供技術(shù)保障[5]。

板件類模塊復(fù)合結(jié)構(gòu)由木框架、填充芯層、封閉層、面層等構(gòu)造合成。 對板件模塊進行模數(shù)化設(shè)計，把各個板塊劃分為不同的單元板件。 優(yōu)先采用標準化部件，當(dāng)建筑空間不滿足裝配化模數(shù)要求時， 可通過在模數(shù)中斷區(qū)設(shè)置異形構(gòu)件調(diào)節(jié)措施達到布設(shè)要求，異形構(gòu)件單獨標記設(shè)計即可。

3.2.1 頂板

為具備保溫、隔熱、防水、隔音等功能，頂板采用如圖4 所示構(gòu)造。 木框架層是墻板主受力框架，采用CCA 防腐劑浸泡處理的75 mm×50 mm 俄羅斯樟子松， 填充芯層選用PVC 膜包裹的50 mm 厚玻璃纖維棉， 封閉層使用3 mm 硬質(zhì)納米氣凝膠填充材料，內(nèi)面層采用18 mm 竹質(zhì)裝飾面板，外面層則采用10 mm 厚水泥纖維板；封邊口條處理用阻燃橡膠；屋頂上部覆蓋ABA 合成樹脂瓦，在工廠生產(chǎn)完成后即可運輸?shù)焦さ匾淮伟惭b，無須二次施工。

圖4 頂板復(fù)合材料構(gòu)造

3.2.2 墻板

集成墻板構(gòu)造采用與頂板類似的模塊化復(fù)合型結(jié)構(gòu)。 內(nèi)部面層采用18 mm 厚竹質(zhì)裝飾面板，外部面層改用10 mm 厚竹質(zhì)裝飾面板，保留竹材的裝飾紋理，并做防水處理；其余包括木框架、填充芯層、封閉層、內(nèi)面層及邊部封口條等構(gòu)造與頂板相同。

任意抽取3 組墻板材料進行保溫性能指標測試， 熱惰性指標為0.97~1.4，導(dǎo)熱系數(shù)不高于0.08 W/（m·K），表明此集成墻板具備良好的保溫性能。

3.2.3 地板

根據(jù)地板所需的防水防潮、吸音緩沖、抗振動以及耐磨功能，在保持板材模塊材料相對一致性的基礎(chǔ)上進行改進。 地板木框架層仍采用CCA 防腐劑浸泡處理的60 mm×50 mm 俄羅斯樟子松， 填充芯層選用PVC 膜包裹的30 mm 厚玻璃纖維棉，起隔音吸聲，隔濕隔熱的效果，封閉層仍使用3 mm 硬質(zhì)納米氣凝膠填充材料。 內(nèi)面層采用5 mm 竹質(zhì)裝飾面板或者9 mm厚OSB 板，外層采用9 mm 厚的水泥纖維板，作防水處理。 用阻燃橡膠條進行封邊。

4 連接節(jié)點

4.1 鋼框架連接節(jié)點

連接構(gòu)造是裝配式建筑的關(guān)鍵， 尤其是要開發(fā)這種適于重復(fù)裝拆的鋼框架，對連接節(jié)點提出了更高的要求。為滿足既要連接穩(wěn)固又要便于現(xiàn)場裝拆的雙重要求， 標準設(shè)計將輕鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場連接構(gòu)件均采用連接片或連接插件過渡并通過螺栓連接，螺栓采用4.6 級與4.8 級普通螺栓（C 級螺栓）及5.6 級與8.8 級普通螺栓（A 級或B 級螺栓），其質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準的規(guī)定。

4.1.1 柱的接長

柱縱向采用如圖5 所示的連接套管接長， 套管鋼板背面點焊螺母，套管上下設(shè)置鋼肋板以支撐立柱內(nèi)壁，保護在螺栓擰緊過程中不致造成柱壁變形， 中部設(shè)置限位鋼肋板實現(xiàn)螺孔準確對位目的。 安裝時將上下兩根柱段分別套在連接套管外部，端部頂住限位肋板完成定位后，通過相互預(yù)留的雙排孔位用螺栓緊固完成柱子縱向接長。

圖5 柱縱向接長連接件

4.1.2 梁的接長

梁的接長與柱的縱向接長類似。 如圖6 所示，設(shè)置長度為800 mm 的接長管， 其管外邊尺寸與接長梁內(nèi)腔尺寸吻合，在接長管中部設(shè)限位肋條， 安裝時先將接長管兩端分別套入待接長梁內(nèi)，再通過預(yù)留孔位螺栓連接固定，實現(xiàn)準確快速安裝。

圖6 梁接長連接件

4.1.3 梁與柱的連接

梁與柱的連接也是通過連接件加螺栓連接的思路實現(xiàn)。如圖7 所示，在梁端設(shè)方形連接件。 預(yù)先將該連接件與梁桿件焊接成一體， 待梁吊裝就位后在端部與柱身通過預(yù)留螺孔位螺栓連接緊固。

圖7 梁與柱連接節(jié)點

4.1.4 柱腳固定

柱腳固定也是這類快速裝配式建筑的關(guān)鍵技術(shù)之一。 為實現(xiàn)快速準確對位，吊裝合一，本標準設(shè)計在柱腳設(shè)置了如圖8 所示腳座卡套，將腳座卡套底板上預(yù)留孔位通過螺栓與基頂固定，吊裝時將柱腳套入腳座卡套內(nèi)，就位后將卡套側(cè)板上預(yù)留的孔位用螺栓與柱身緊固即完成連接。

圖8 腳座卡套（單側(cè)）

4.2 板塊間的連接

本設(shè)計的板塊連接重點是墻板。 同樣，為實現(xiàn)穩(wěn)定且快速裝拆目標，基本件的設(shè)計構(gòu)造采用類似榫卯結(jié)構(gòu)連接，外加連接卡片或角件固定，并在連接端口均包覆一層橡膠層，起緩沖及防水作用。 為適應(yīng)不同部位的連接需要，墻板設(shè)置成如圖9所示的3 種型號。 墻板與墻板間采用在側(cè)端部設(shè)置特定凹凸的型號1，在墻板與柱子連接一側(cè)則按型號2、型號3 所示做缺角處理。

圖9 墻板連接

5 結(jié)語