可逆安裝裝配式水平支撐系統設計與研究*

韓 超,江志晟,周雨嫣,張偉方,雙晨晨,車志巖,劉永多,朱 融

(1.中國建筑裝飾集團有限公司,北京 100037; 2.中國建筑上海設計研究院有限公司,上海 200062; 3.中建深圳裝飾有限公司,廣東 深圳 518021)

0 引言

隨著我國相繼出臺關于推動綠色建筑發展的政策,建筑行業結合我國近年來的政策措施,從裝配式建筑技術、綠色低碳技術、BIM技術、數字化運維技術等多方面開展工作,以推動建筑行業的轉型升級。在此背景下,建筑裝飾裝修工程也在不斷改進和突破,通過采用新型施工技術,簡化現場工藝流程,提高施工管理和質量水平。但裝飾基層骨架的施工仍以傳統的粗放型施工方式為主,存在諸多問題。

1)二次加工問題多 裝飾基層骨架做法多以焊接和切割為主,過于依賴臨電的使用,且存在動火作業,危險源難以控制、固廢堆放占空間、安全施工有隱患、文明施工把控難、綠色管理難度大。同時,產生的氣體和粉塵均對現場人員的身體有危害。

2)安裝拆卸不方便 當遇到變更拆除或尺寸不符合現場情況時,多采用破壞性拆除或更換,廢材費工,工期把控難。

3)質量效率難控制 現場二次加工、安裝及拆卸都依賴于人工,工藝及安裝質量難以控制,效率低,人工成本較高。

為更好地解決以上問題,應不斷探索新型施工技術,加大裝飾骨架裝配式技術的應用深度。例如,以裝配式施工為管理思路的模塊化骨架基層。首先對現場數據進行定量和變量分析,統一骨架模塊,在現場設置小型加工間,將骨架的二次加工作業集中至同一區域,方便管理,也可提高加工效率,最后再進行裝配化安裝。目前,此類方法已有項目應用,但裝配化程度并不高,現場安裝靈活性較低,材料拆除無法利用,且前期設計數據分析量太大,對工期把控存在隱患。本文結合某醫院項目,以工業化建造為整體理念,采用裝配式構造研究一種可拆卸、可調節、可周轉的可逆安裝裝配式水平支撐系統,解決裝飾工程中裝配式基層骨架施工難點。

1 工程概況

九江學院第二附屬醫院門診醫技綜合樓位于江西省九江市濂溪區十里大道與學府二路交會處,項目總建筑面積為77 436m2,裝修面積約59 000m2, 醫院效果如圖1所示。裝飾施工范圍為門診醫技綜合樓所有區域裝飾作業(醫療區除外)。其施工段分為南、北區段的內外科樓和地下室3大區域。

圖1 某醫院項目效果Fig.1 Effect of a hospital project

2 項目重難點分析

1)工期緊張,質量要求高 該項目精裝修工程的工期約為200d,且施工周期經歷春節等重大節日。該工程質量目標為江西省優質工程,配合項目總承包單位爭創魯班獎。須在既定工期內高質量、高標準地完成本工程施工范圍內的所有專業工程施工。

2)材料運輸、現場管理是難點 現場施工區域大、分布廣,勞動作業人員多,現場管理人員較少,管理壓力大;與其他單位交叉作業施工多,垂直運輸能力不足。

3)衛生間施工是重點 本工程病房衛生間、公區衛生間較多,如何合理安排該區域各工序的實施是保證關鍵線路按期完成的關鍵之一。

衛生間區域作為項目的施工重難點部位,洗手臺基層鋼骨架的制作安裝尤為突出,涉及區域集中在內外科樓的衛生間,共計341套。由于結構施工誤差導致洗手臺處的墻體存在較大偏差,進一步增大了該區域的施工難度。根據項目對結構的反尺得到骨架基層的寬度為650～840mm,長度850～1 100mm。 若按常規做法,需制作21種規格,通過焊接后再運至現場安裝。存在以下幾個問題:①二次加工耗時耗工,存在大量的施工問題;②安裝難度大,骨架不可調節且規格多;③增加了前期設計的工作量;④骨架預組裝成框后,增大了運輸難度;⑤耗費的作業人員更多。

3 可逆安裝的裝配式水平支撐系統

根據項目實際情況,研發一種可逆安裝裝配式水平支撐系統,主要應用于裝飾工程中水平裝飾面內部的鋼骨架基層系統,如臺面石、柜面等。該系統適用于新建和既有建筑改造項目,以“少規格、多組合”為設計理念,通過不同構件搭配連接滿足固定、調節的功能,同時也滿足現場安全、節能、節材、降噪等方面的要求,屬于“小而美”的裝配式快速建造基層系統。

3.1 主要構件設計

該系統由轉接件(4個)、波紋板(2塊)、連接件(2個)、底托(1套)共4個主要構件組成(以臺盆為例),如圖2所示。4個轉接件為一組,搭配其他構件形成框架,分別布置在4個角,起支撐作用;2個連接件和1塊波紋板組成“工”字結構,一端與結構連接為主受力點,一端與角鋼連接后形成一個整體框架,通過波紋板上“凹槽”可增強整體的抗擾性能,防止其受力扭曲變形;角鋼連接件主要箍緊角鋼和轉接件,使兩段波紋板和角鋼形成一個整體;底托主要為臺盆托底而設計,作為臺盆的保險裝置。

圖2 系統構件組成Fig.2 Composition of system components

3.2 系統力學計算

根據該系統承受的荷載情況,為確保該系統的安全、可靠、適用,采用有限元軟件SPA2000對各構件及整體受力情況進行力學計算分析。以受力情況最不利的單墻受力作為計算方案,該方案的骨架系統一側固定于結構墻上,后排的2個轉接件承受主要荷載,單側受力系統如圖3所示。

圖3 單側受力系統Fig.3 Single-side force system

3.2.1系統所承受荷載計算

1)臺盆面板荷載為1 100N/m2,即Gk=1.1kN/m2。臺盆所受均布面荷載為:標準值Pk1=1.1kN/m2;設計值P=rGP1k=1.43kN/m2。

2)上人情況按GB 50009—2012《建筑結構荷載規范》規定取值1kN考慮,即標準值Pk2=1.0kN;設計值P2=1.5kN。

3.2.2水平支撐系統結構計算

采用有限元軟件SAP2000進行整體建模計算分析。主要分析轉接件根部受力、波紋板的強度和撓度。經過計算分析,該系統主要受力構件均滿足規范要求。

1)波紋板強度校核 在極限荷載下,σ=110.84MPa<215MPa,強度校核滿足要求。

2)轉接件強度校核 在極限荷載下,σ=59.90MPa<215MPa,強度校核滿足要求。

3.3 系統安裝

3.3.1系統安裝設計

洗手臺區域三側均有結構墻體,因此采用系統三墻受力的安裝形式,除此之外,為使該系統能滿足不同情況的安裝需求,通過巧妙的設計,使其既能滿足單墻、兩墻、三墻受力的情況,也可滿足單盆和多盆的安裝形式,如圖4所示。

圖4 兩墻和三墻受力安裝形式Fig.4 Installation forms of two-wall and three-wall force

波紋板上設計了上下、左右對稱的腰形孔,不破壞材料的剛度和強度,同時可減小施工時的安裝誤差,滿足不同情況的安裝需求。安裝時,先將轉接件與波紋板預固定,然后將轉接件固定在結構墻上,待其位置調整無誤后固定波紋板。由于波紋板為主要受力部位,當其一側或兩側與結構固定后,其整體受力情況較單墻受力時更強。

除本項目安裝的三墻受力情況外,該系統以其受力最不利的單墻受力為主要工況展開設計。主要通過波紋板部分與結構墻體固定后形成一個懸臂狀態。2個轉接件與波紋板固定牢固后形成一個“工”字結構,波紋板上設計了多條凹槽可增加其力學性能,使其具有更好的抗剪和抗壓能力。

3.3.2工藝流程

工藝流程為:測量放線→安裝骨架波紋板→安裝前端角鋼→安裝臺盆托架→放置找平墊片→安裝洗手臺盆及五金件(見圖5)。

1)測量放線 根據彈好的墻面完成線和1m水平標高線,結合圖紙彈出骨架安裝水平標高線和膨脹螺栓開孔點位。

2)安裝骨架波紋板部分 將組裝成套的波紋板按定位線對齊放置,調整到適當位置后,采用M10膨脹螺栓固定其根部;波紋板上設置了調節功能,可滿足10cm以內的調節需求;先將波紋板部分預調到對應位置,待位置確定后再擰緊螺栓。

3)安裝前端角鋼 波紋板部分一端與墻面固定,另一端則連接角鋼;上、下兩段角鋼通過連接件固定于轉接件上,連接完成后形成一個矩形框架。

4)安裝臺盆托架 臺盆托架兩端設有2個掛件,將掛件分別掛在波紋板上,可調節前后位置。臺盆托架由掛件、調節長板、調節短板組成,可實現上、下、左、右4個方向的調節。

5)放置找平墊片 墊片主要起找平作用,同時可緩沖金屬構件與石材間的壓力;分別將墊片放置于兩個角上,并粘接牢固。

6)安裝洗手臺盆及五金件 待臺盆安裝牢固后,將臺面石材正面朝上,放置于骨架之上并連接牢固。

4 系統應用效果及效益分析

該系統已在項目順利應用,提高了現場的安裝效率,保證了現場的施工質量。如按常規做法制作骨架基層,需對21種規格的數據進行分析,將21種規格簡化后再制作后續骨架。而采用本系統,只需2套規格便可滿足項目現場的安裝要求,大大提高了設計、加工、安裝效率。對比分析如表1所示。

常規做法安裝1套臺面石基層骨架系統工效為2套/天,其中包含現場切割下料、焊接組框、運輸和安裝等。按每天8h計算,其工效為4h/套。

以本系統方案進行安裝,其構件均在工廠加工,到場后只需組裝部分構件,再進行安裝,所需時長可分為組裝10min,安裝10min,運輸10min,其工效為30min/套,在安裝工效上,提高近8倍。

綜上所述,該系統在設計和安裝效率方面均有顯著提高。通過簡化安裝工藝、提升安裝效率和提高材料使用率,間接降低綜合成本,較傳統方式降低約30%。

5 結語

隨著綠色建造和工業化建造理念的不斷深入,裝飾工程中部品部件的裝配化程度不斷提高。其中,裝飾骨架基層作為裝飾工程中的重要組成部分,對推動綠色建造和工業化建造有積極意義。通過研究以工業化和產品化設計思路為核心的全裝配式鋼骨架水平支撐系統,實現系統的干法連接、可拆卸、可調節、可逆安裝,解決骨架系統現場需二次加工及焊接帶來的管理和安全問題,提高裝配效率和質量,經多個項目應用及測算,該系統工效較傳統骨架系統提高近8倍,綜合成本降低30%。該系統的研究及應用,將進一步提升裝飾骨架系統的工業化及產品化水平,推動裝飾工業化高質量發展。