工业化预制装配式住宅建设研究与应用_张传生

1、 一、设计施工研究概况预制装配式结构(Prefabricated concrete,简称PC是以预制构件为主要构件,经装配、连接而成的混凝土结构。该结构体系在境外已成熟并大量应用,而在国内则刚刚起步。上海城建(集团公司2010年成立上海预制装配式建筑研发中心,引进消化最先进的技术。2011年,分别建设了预制率50%的一号试验楼(保障房房型,预制率70%的二号试验楼(商品房房型。2011年11月,获得上海市唯一一家国家住宅产业化基地授牌。2012年初,上海城建置业在上海浦江大型居住社区全面推进预制装配式住宅建设,首期地块建筑面积5.15万m 2的5栋高层住宅同时开工,预制率5070%,达到国内先

2、进水平。我们实施的高预制率项目,与传统的方法相比,有如下特点:(1以预制钢筋混凝土外墙取代传统的剪力墙或砌体围护。(2以预制钢筋混凝土梁、柱,代替传统的现浇梁、柱受力构件。(3节水、节电、节材,减少废弃物排放,现场面貌整洁,社会效益明显。(4现场作业人员成为产业工人,用工量减少,劳动强度降低,效率提高。(5主体结构、装饰、安装交叉作业,加快施工进度,缩短工期。(6外墙装饰材与外墙板在工厂同时完成,装饰质量好不渗漏,外墙可以不搭脚手架。二、浦江大型居住社区(保障房PC一期工程介绍1.工程概况浦江大型居住社区由上海城建置业发展有限公司开发,位于上海闵行区浦江镇,总建筑面积220万m 2。PC一期工

3、程为浦江大型居住社区05-02地块,框架剪力墙结构,总建筑面积5.15万m 2。4栋18层住宅,主、次梁、外墙及女儿墙全部预制,楼板、阳台板采用预制叠合板,柱、剪力墙采用现浇,预制率50%。1栋14层住宅,增加了预制柱,预制率为70%。(见图1、22.主要设计、施工技术(1预制外墙板。本工程考虑满足使用功能和成本因素,采用预制混凝土外墙墙板和外墙内保温设计,外工业化预制装配式住宅建设研究与应用张传生张凯图1 浦江PC一期现场图作者:上海城建置业发展有限公司 墙板厚度150mm,如图3所示。预制外墙板采用了干式连接和湿式连接两种连接模式,墙板上部预留钢筋,插入梁内,与梁一起现浇固定,下部利用预留

4、铁件将上下两块墙板焊接连接,如图3、4所示。(2预制柱。本项目的预制柱采用多螺箍筋柱,如图5、图6所示。预制柱长度同结构净高,底层与预留钢筋用钢套筒灌浆连接,上部预制高度至梁底,并留好连接钢筋。从同济大学土木工程防灾国家重点实验室提供的预制混凝土结构梁柱节点抗震性能试验研究报告来看,采用多螺箍柱的预制混凝土结构和现浇混凝土梁柱节点的主要抗震性能指标基本接近,预制混凝土框架节点和现浇混凝土框架节点具有相近的抗震能力,预制混凝土框架节点的承载力和延性略好于传统配筋的现浇混凝土节点。钢筋用量方面,多螺箍柱的主筋+箍筋使用量较传统节约10%左右,具有较好的经济效益。多螺箍钢筋笼的组成系由小螺旋箍筋、大

5、螺旋箍筋、螺旋箍筋外侧的辅助点筋三部分组成。其大螺箍与小螺箍皆为自动化生产,大螺箍与四组小螺箍的组可透过特制的组立架操作,在大小螺箍间距相同的情况下,可轻易嵌合在一起。螺旋箍筋笼的成形重点在于螺箍筋的间距必须被有效控制。(图7、8(3预制主次梁。预制梁(主梁、次梁采用预制叠合梁,箍筋采用闭口箍,主梁留凹槽,次梁采用牛担板与主梁连接,如图9所示。主次梁接触面小,计算模型按铰接考虑,连接方式如图10所示。(4梁柱节点。主梁与柱节点采用现浇混凝土连接。在工厂铺设梁上部主筋,将两侧预制梁端部钢筋上弯,吊装放入接头处,再将梁柱节点与楼板整体现浇,在梁端设有剪力榫。(5预制叠合楼板、阳台板。预制叠合楼板、

6、阳台板设计采用桁架式 配筋,粗糙面与下部预制部分结合成 图5 多螺箍柱3D图 图6 多螺箍柱配筋示意图 图7 预制柱(承口 图8 预制柱(连接套筒 图10 主次梁连接详图 图9 主次梁连接 图2 浦江PC一期户型图 图3 预制外墙板图4 外墙板连接详图 一体,这种配筋和构造方式既保证上部现浇混凝土的钢筋位置准确,又能保证预制部分和现浇部分结合的整体性,满足结构上的强度和刚度要求。本项目预制楼板75m m,现浇部分为85mm,总厚度160mm,如图13、图14所示。(6防水构造。在设计中为确保外墙拼接处不漏水,在水平拼缝处采用了三道防线,如图17所示。从外至内分别为:一次防水(P E条+聚硫胶、

7、减压空间防水、二次防水(Gasket+PU。最外侧为一次防水层,采用PE条和聚硫橡胶材料。拼缝中部为构造形成的减压空腔,在上下两块预制混凝土墙板相对应处分别设图12 梁柱节点详图图11 梁柱节点实景图图16 叠合阳台板详图图15 叠合阳台板图13 预制楼板实景图图14 预制楼板桁架筋配筋图置凹槽,当二块板拼接时形成内高外低的空腔,并在下块板的顶部即空腔下部设置排水槽,在排水槽的尽端垂直拼缝底部设置排水管。在预制墙板的拼接内侧设置空心橡胶止水条(预埋预制板中。(7B I M技术应用。在该项目中,我们积极应用BIM技术,建立交互式的预制装配式住宅虚拟设计平台。在构件制作、施工前对构件进行虚拟三维检

8、查,以期在制作和施工前发现存在的各种问题并予以解决,同时该技术还具备工期管理、成本管理的功能,可将工期控制、成本控制整合到虚拟现实技术中,达到4D 、5D 功能。此外,我们针对每个预制构件,建立了构件信息化系统,在出厂的每个构件中预埋电子芯片,由芯片可随时读取并追溯构件设计、生产信息。见图21、22拓展BIM技术,开发商可以做到“虚拟开发”,设计院可以“虚拟设计”,施工单位可实现“虚拟施工”,并为开发商、设计单位、施工单位建立统一的控制平台,方便管理,有利于建造更好的产品。图17 水平缝防水示意图图18 外墙板界面防水详图图19 施工过程三维模拟图图20 管线三维检视图 现浇混凝土表面平整度、

9、垂直度和外观质量都能得到比较大的提高。在做好以上各项工作的同时,我们还编制了专用于PC工程的安全体系针对PC结构的特点,我们专门编制了适用于P C工程的安全体系和管理手册。PC安全管理体系包括安全生产责任制、安全生产保证计划、事故的应急预案、安全生产管理制度、安全技术操作规程、安全作业指导书、安全技术交底及教育训练、危险源的控制目标和管理方案、安全物资采购和进场验证、施工过程控制等多个方面。重点针对吊装工序的前中后三阶段进行安全管控。三、工业化预制装配式住宅主要工序1.设计设计工作的主要工序为:方案设计初步设计施工图设计深化设计。与钢结构类似,P C住宅设计增加了深化设计环节,用于预制构件的工

10、厂化生产。预制构件深化设计是工业化住宅实施关键环节,也是工业化住宅优于传统住宅最集中的体现。通过预制构件深化设计工作,将各专业需求进行集合反应,在预制构件生产前,即对整个后续构件生产、构件安装、各专业施工及各专业功能的实现进行综合考虑,最终实现预制构件深化设计的高度集成化。2.构件制作构件制作的主要工序为:模具制作就位钢筋骨架就位窗框、预埋件就位隐蔽验收混凝土浇筑蒸(8吊挂节点施工操作平台和定型整体式钢模系统。由于PC施工的特殊工艺,传统建筑物外脚手架可以尽量节省,对于边梁边柱节点则采用外挂吊篮的方式来解决封模和拆模所需的操作平台问题。现场使用的吊篮根据设计图纸单独设计,并进行严格的安全稳定性

11、验算,实际使用时再使用一道钢丝绳与梁主筋连接成为防止吊篮倾覆的双保险。吊篮底部采用花纹钢板,侧面使用密目钢丝网片围护,可以有效防止零星材料和工具从高空坠落,有效保障施工安全,如图23所示。现场独立柱和一字型剪力墙采用系统钢模,如图24所示。钢模整装整 拆,拆装速度快,整体刚度大,对于 图23 吊挂节点操作平台图24 整体钢模系统汽养护拆模起吊堆放修补检验出厂运输。3.现场装配施工现场采用复合式PC预制工法,即将混凝土结构采用工厂预制、现场吊装与现浇结合的方法进行,标准层施工顺序依序为:柱定位(图27大梁吊装(图28小梁吊装(图29楼板铺设(图30梁柱接头钢筋 摆设顶层钢筋铺设(图31楼板 图2

12、5制外墙板生产(钢筋骨架就位 图26外墙板生产(窗框预埋 图27 预制柱就位 图21 预制梁芯片设置图22 预制板芯片信息读取 图28 大梁吊装 品质、提高安全生产和文明施工水平、缩短施工周期、减少对熟练劳动力依赖等潜在价值来看,发展工业化预制装配式建筑技术,是国家和地区社会经济发展到一定水平的必然选择,也将是我国住宅建设发展的必由之路。上海城建(集团公司发挥全产业链优势,计划每年开发3050万m2预制装配式住宅,整合相关开发、设计、预制、施工优势灌浆至下一楼层柱定位,外墙板或其它预制构件可与梁柱同步吊装或于框架完成后吊装(图32。四、待解决与完善的问题从社会综合效益分析以及改善住宅图29小梁

13、吊装图30 楼板铺设图31 楼板钢筋铺设图32 外墙板安装资源,占领市场高地,三年左右形成100亿的业务规模。在大力开展PC住宅建设的同时,我们仍然有较多问题需要研究解决:1、预制装配式建筑相关设计、施工标准规范欠缺,相关施工工艺、工法和安全规程还未建立,甚至在某些方面和国内现行的建筑技术标准、规范在很多地方还不兼容,使得设计、审批、验收无标准可依,这对工业化住宅的大规模推广是一个障碍。2、P C构件作为工业产品进入施工单位,增加了税收环节。目前预制构件出厂,按照17%的税率征收增值税,再加上构件蒸养、运输,PC构件因生产、施工、构造要求增加钢材用量,造成成本有一定增加。3、国内目前的PC预制

14、技术尚未成熟,而国际上流行的预制框架和框架剪力墙体系,由于结构体系本身的特点,室内具有凸出的梁柱。户型较小的保障房运用框架剪力墙体系,梁柱构件对套内空间造成了一定影响。应用PCF体系或剪力墙内浇外挂体系,可能是较佳的方案。本刊讯作为水泥产品营业额位居世界第一的瑞士豪瑞集团在百年发展历史中注重以可持续的方式创造价值,长期致力于绿色环保事业,在节能减排、发展可替代原燃料、资源综合利用等循环经济发展领域积累了丰富的经验。豪瑞将用百年的成功经验来助力中国水泥产业的可持续发展。1999年,豪瑞与中国的百年企业华新水泥合作,并于2008年成为华新最大的股东。豪瑞与华新分享了成熟的技术和成功的管理经验,帮助华新在技术创新、节能减排以及可再生资源利用上取得了丰硕的成果。豪瑞和华新的市政和工业垃圾协同处置技术,是一套以豪瑞的全球经验和水泥加工技术为基础并且适