新型抗震裝配整體式混合框架結構的施工應用

夏 亮，金 玉,張 雁

(1.池州職業技術學院 建筑與園林系,安徽 池州 247000;2.國網舟山供電公司 綜合服務中心, 浙江 舟山 316000)

隨著國民經濟的快速發展,建筑產業作為國民經濟新的增長點,正在逐步發展與完善。開發出施工便捷、經濟適用又適宜于產業化的新型住宅體系是重要的發展方向。近年來,隨著各項技術的不斷發展,裝配整體式結構脫穎而出,它結合了整澆式和裝配式的優點,在住宅產業化進程中逐步發展與推廣應用,是一種較為理想的結構體系。裝配整體式混合框架結構雖然在國內早已存在,但是在推廣運用方面卻受到很大限制,這主要與裝配整體式混合框架結構的裝配技術沒有系統設計以及施工工藝沒有成套、應用項目較少和相關規范亦不完整等有關。此外,相關產業配套的設計、構件生產與安裝之間的配合環節尚未形成,使其成為制約裝配整體式混合框架結構發展的瓶頸[1-2]。

本文以白溝50萬 m2的國際箱包交易中心項目為例,在國內現有制造技術與施工技術條件下,對國內外建筑產業化發展與應用以及裝配整體式結構研究成果進行了充分的調查研究,在總結建筑產業化與裝配整體式結構體系發展的經驗與教訓的基礎上,采用新型抗震裝配整體式混合框架結構體系進行了施工建設,進一步論證了該項施工技術的先進性與經濟實用性。

圖1 工程框架結構圖Fig.1 Framework of engineering structure

1 工程概況

本工程為白溝國際箱包交易中心項目,項目總投資15.3億元,占地28.84 ha,總建筑面積約為50萬m2,主要建設內容包括地上市場區32.8萬m2、地下市場區8.1萬m2和商業廣場1.4萬m2等。白溝國際箱包交易中心項目的地下采用現澆框架結構,而地上則采用新型整體裝配式框架結構和鋼結構組合形式。

本工程抗震設防類別為乙類,抗震設防烈度為7度,結構安全等級為一級,地基基礎安全等級為二級,框架抗震等級為二級。工程框架結構圖如圖1所示。

2 新型抗震裝配整體式混合框架結構的組成和特點

在新型抗震裝配整體式結構施工過程中,將預先經過組裝的各式配件,如梁、板、柱、墻以及樓梯、陽臺等搬運至施工現場,按照施工設計要求進行施工。與傳統現澆施工作業相比,新型抗震裝配整體式混合框架結構體系的優點主要體現在如下五個方面:

2.1 建筑質量、功能化提升

新型抗震裝配整體式混合框架結構涵蓋全家居解決方案,提高了建筑的隔聲、保溫、防火等性能,便于結構維護、耐久性好。

2.2 抗震性能提高

該混合框架結構體系中使用了高頻熱處理鋼筋(具有高強塑性、低屈強比等性能)、復合灌漿料、高性能混凝土等新材料,提高了建筑結構的安全儲備能力。

2.3 縮短施工周期

該混合框架結構體系減少了施工工序,縮短了工期,而且受季節性影響較小。就白溝箱包廣場50萬 m2工程量而言,采用傳統的鋼筋混凝土現澆結構僅結構主體需施工1年以上,而采用裝配式結構后則只需4個多月,可節約工期半年以上。

2.4 節約勞動成本

現場基本取消濕作業和高空作業,大幅度減少現場施工及管理人員數量,降低勞動強度,節約勞動成本,提高現場文明施工質量。以白溝箱包交易中心施工項目為例,要在4個月內完成主體工程,傳統現澆作業大約需要10000人,而新興裝配式結構作業僅需要約1000人,大量減少了人員投入。

2.5 節能減排

在施工過程中減少木材、砂、石等天然資源的用量,生產用水能夠循環利用,節省了大量能源和資源。由于鋼筋、水泥用量下降,與傳統的鋼筋混凝土現澆結構建筑相比大量減少了CO2的排放。

3 項目施工

3.1 設計理念及實施

裝配整體式混合框架結構的建筑設計雖然采用了新型設計方案,且具有與傳統工藝明顯不同的施工特性,但是都是在既有建筑規范和標準的基礎上進行的,也充分調研了國內外相關文件的既有經驗。除參照《預制預應力混凝土裝配整體式框架結構技術規程》(JGJ224-2010)、 《建筑結構荷載規范》(GB/T 50009-2012)、 《混凝土結構工程施工質量驗收規范》(GB/T 50204-2015)等標準或者規范要求進行設計與施工[3-4]外,工業化、標準化、模數化的配件以及施工安裝成套設計文件也在考慮范圍內。

圖2 預留孔插筋 (1-基礎梁;2-基礎;3-箍筋;4-插筋;5-預留孔)Fig.2 Reserved hole reinforcement(1-foundation beam; 2-foundation; 3-stirrup; 4-inserted steel; 5-reserved hole)

3.2 構件預制

預制裝配整體式框架結構構件主要包括預制混凝土柱、預制預應力混凝土疊合梁和板、節點鍵槽及以外部分等。所有框架的混凝土強度等級都使用C30及以上,鋼筋采用高強熱處理鋼筋、鋼絞線、HRB400級鋼筋等。

預制鋼筋混凝土柱采用矩形截面,截面邊長大于400 mm。預制梁端設有鍵槽,鍵槽中放置U型鋼筋,通過后澆混凝土實現下部縱筋的搭接。預制板的厚度大于50 mm,但是小于樓板總厚度的一半,預制板的寬度在600 mm～2 500 mm之間。

預制柱與基礎的連接采用預留孔插筋法進行,預留孔插筋示意圖如圖2所示。其中,預留孔長度大于柱主筋搭接長度,灌漿材料為無縮灌漿料,1 d齡期的強度大于25 MPa,28 d齡期的強度大于60 MPa。同時,預制柱之間采用預留孔插筋連接時,主筋搭接長度應符合《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)的有關規定。柱與梁的連接采用鍵槽節點方式,鍵槽的U型鋼筋直徑在12 mm～20 mm之間。次梁采用吊筋形式的缺口梁方式與主梁連接,并符合《預制預應力混凝土裝配整體式框架結構技術規程》(JGJ224-2010)相關規定。在對預制板進行連接時,預制板相鄰處板面統一鋪有鋼筋網片,網片鋼筋直徑大于5 mm,間距小于200 mm。預制梁底角設置有鋼筋,兩側設置腰筋如圖3所示,預制梁端部設置有帶孔模板,各鋼絞線之間的凈距應大于25 mm和鋼絞線的直徑,跨度較大的梁配置有高強熱處理鋼筋。

圖3 預制梁構造圖(1-預制梁;2-鋼筋;3-腰筋;4-鋼絞線;5-鋼筋)Fig.3 Precast girder structure map(1-precast beams;2-steel;3-waist muscle;4-steel strand;5-steel)

在構件生產過程中,為了保證對設計意圖理解正確,規定當需要作鋼筋代換時,應辦理設計變更文件。由于構件生產線長度較長,最大張拉控制應力放寬到0.80fptk。采用先張法進行預應力構件施工過程中,鋼筋斷裂或者滑脫的現象不允許發生,如果出現,應當予以更換。構件生產過程中,按照相關規定以生產線為批次留置標準條件養護試塊和同條件養護試塊。

預制構件制作完成后,為了避免構件在廠內起吊與運輸時開裂,混凝土強度必須符合設計要求,堆放構件的場地應做良好的排水系統,并保持構件與地面的間隙;重復堆放的構件,吊環都朝上,構件的標號向外,采用靠放架的構件應對稱靠放和吊運。構件裝運時應綁扎牢固,防止移動或者傾倒,對于邊部與繩索接觸處,應采用襯墊加以保護,在運輸過程中采取臨時固定措施對構件進行固定,并保持平穩、順利運達施工現場。

3.3 現場施工安裝

新型抗震裝配整體式混合框架結構體系通俗來講,就是按照統一、標準的建筑部品規格制作成房屋單元或構件,然后運至工地現場再進行裝配就位后建造的住宅,就像搭積木一樣造房子。

施工前,把預制構件根據施工組織設計和安裝專項方案確定堆放區域和順序。在進行預制混凝土構件安裝時,按照不同部件的代碼依次進行安裝,保證整個安裝工程準確無誤[5]。此外,施工人員在進行施工作業前,需要進行人員培訓,培訓內容包括安全和技術兩個方面。工藝流程為預制構件的生產—柱基礎處理—預制柱吊裝—架設柱支撐和梁板支架—預制梁吊裝—梁端節點施工—預制板吊裝等步驟,主要施工過程如下:

3.3.1柱就位前的基礎處理

當采用杯形基礎施工時,可以采用與一般裝配式結構施工要求相同的方案;當采用預留孔插筋法施工時,多次檢驗以確定預留孔位置的準確性,其平面誤差應為5 mm,孔深允許誤差應為10 mm。

3.3.2柱吊裝

采用預留孔插筋法進行柱的吊裝、調整和固定。起吊期間,采用柱靴對從柱底伸出的鋼筋進行保護;起吊階段柱扶正過程中,柱靴不得離開地面,然后在孔內注入流動性良好的無收縮灌漿料,厚度約為10 mm,柱就位后進行校正并固定。

3.3.3預制梁吊裝

吊裝前按照施工方案搭設支架，并進行標高校正,梁應放置在支架上，并進行臨時固定,每根柱周圍的梁就位后采取固定措施。吊裝就位后應確保U型鋼筋位置準確,安裝結束后應封堵節點模板。澆筑混凝土前,應對梁截面、定位以及U型鋼筋的數量、規格等進行安裝質量檢查。此外,鍵槽節點處的混凝土應采用比預制混凝土強度高一等級且不低于C45的無收縮細石混凝土,混凝土應澆搗密室,并應澆筑至板底標高處。

3.3.4板吊裝

當梁柱節點處混凝土強度達到15 MPa后,進行吊裝預制板的操作。同時,應注意預制板的兩端擱置在預制梁上,板的下部設置臨時支撐措施。當梁板上部鋼筋安裝完成后,就可以進行混凝土的澆筑工作,同時注意在澆筑過程中,不得對節點處的混凝土造成破壞。

4 經濟效益與社會效益

50萬 m2的單體項目,如果采用傳統的鋼筋混凝土現澆結構進行施工,僅完成結構主體就需1年以上。而本項目采用新型抗震裝配整體式混合框架結構體系施工,從2011年7月開始吊裝,主體結構完成后,二次結構、水電設備安裝采取交叉施工的方式進行,2012年7月就進行了驗收交付工作,實現了節約工期半年以上的既定目標。該項目交付使用后,至今狀態良好。

2012年1月,科技部所屬中國技術市場協會在北京組織國內一流專家團隊,對該項目所使用的“新型抗震裝配整體式混合框架結構體系”科技項目成果進行了評審。新型抗震裝配整體式混合框架結構體系使用了國內裝配整體式工程領域多項最先進的技術和新型節能材料,共涉及五項國家專利技術:高頻熱處理高強鋼筋、鋼筋錨固板技術、屈曲約束支撐技術、新型裝配整體式預制預應力空心樓板、高強灌漿料。新型抗震裝配整體式混合框架結構體系在施工過程中減少木材、砂、石等天然資源的用量,生產用水能夠循環利用,節省了大量能源和資源。與傳統的鋼筋混凝土現澆結構建筑相比,每平米可減少CO2排放量為96.994 kg。此項技術將使現代化建筑真正地實現產業化,實現框架結構的建筑工業化,打造節能環保、低碳降耗的綠色人居環境。

5 小結

50萬m2的單體項目的施工與應用在國內尚屬罕見,新技術、新體系的應用取得的經濟與環境效益非常明顯。一項新技術從理論走向實踐,從實驗室走向施工現場,面臨著很多實驗過程中沒有遇到的問題。為了更好地解決施工中出現的技術問題,本項目采用分區施工的形式,通過研發人員、工程技術人員和施工單位的共同努力,基本上解決了實際施工過程中出現的技術問題。