日常安排

报到布展:2020年11月3日至4日  

展出时间:2020年11月5日至7日

撤展时间:2020年11月7日-下午13点


展会新闻

预制装配式深化设计影响结构质量或施工的问题探讨

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根据《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)对装配式混凝土结构的定义是“由预制混凝土构件通过可靠的连接方式装配而成的混凝土结构”[1],装配式混凝土结构建筑的建造过程形象的描述就是像搭积木一样盖房子。


由此可见,在进行预制装配式深化设计过程中,如何有效地实现预制混凝土构件之间“可靠的连接”是实现装配式建筑结构安全性和耐久性的重要保证。《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)要求“装配式结构的节点和接缝应受力明确、构造可靠,并应满足承载力、延性和耐久性等要求”。


本文将着眼于预制装配式深化设计影响结构质量或施工的问题进行探讨,以期对当前的装配式深化设计有所裨益。


1、单向板密拼板缝设计


当建筑平面的开间和进深轴距尺寸都大于3.3米时,往往需要将楼板拆分为多块楼板,以满足预制构件制作、运输条件的要求。《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)的楼盖设计章节,第6.6.5款给出了单向叠合板板侧分离式拼缝的构造做法。事实上,单向板的桁架筋通常沿板的长度方向布置,因此《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)第6.6.5款给出的示意图是有歧义的,没有反映出桁架筋与拼缝附加钢筋的位置关系,当拼缝附加钢筋两端没有穿过桁架筋进行设置时,一旦楼板承担荷载,楼板在受力情况下发生挠度变形,结合面拼缝处的附加钢筋将随着楼板变形而自由上下错位移动不能起到有效提高拼缝处的抗剪承载力。在建筑施工过程中容易出现板底拼缝处裂缝宽度过大影响结构质量观感的问题。因此,单向板密拼板缝处的拼缝附加钢筋设置应如下图的右图密拼接缝做法才是正确做法。


单向板密拼板缝附加钢筋正确设置照片


2、阳台板、空调板降板设计


由于阳台板、空调板通常位于半封闭、露台区域进行带水使用,因此为了避免将水带入正常使用的室内空间,建筑设计师往往将阳台板、空调板设计成比室内低50mm。当室内楼板厚度为140mm,阳台板厚度为130mm,为了实现室内外高差50mm,阳台板板底需比室内楼板板底降低40mm。若设计为阳台板板面受力钢筋穿过梁面筋下方在室内叠合板板面桁架筋上方进行绑扎固定,则对现场结构钢筋绑扎施工影响比较大。因为正常情况下,叠合楼板的板面筋是在结构梁钢筋绑扎就位后再进行,这就意味着需要人工将板面钢筋带90度弯折的一端穿过梁面筋下方,再弯折到阳台板桁架筋的上方,如此做法将导致结构钢筋施工效率严重降低。较为方便的做法应是将阳台板板面受力筋穿梁面筋底进入室内板后置于桁架筋下方进行绑扎固定。


悬挑阳台建筑图、悬挑阳台结构图


悬挑阳台钢筋三维模型


悬挑阳台节点剖面图


3、预制梁与墙体垂直搭接设计


当建筑平面设计比较规整,但是由于开间或进深尺寸较大,需要在中间布设一根梁作为楼板的支承端,没有复杂主次梁搭接关系。那么当这根梁采用现浇时,往往需要设置相应的支模体系,同时要将梁模支撑架与周边叠合楼板的支撑架进行拉结,往往使得支模架变得复杂又费工费料。如果将次梁采用预制叠合梁,则只要支撑架撑住预制叠合梁,就可以在预制梁吊装支撑牢固后就进行梁顶两侧的预制楼板的吊装,可以大大简化支模架体系和提高装配施工效率。那么当预制梁的支撑端墙体也为预制墙板时,则预制梁与预制墙板垂直连接节点的设计需要特别注意,否则将影响预制构件结构安全和现场施工。


建筑施工图、结构施工图、预制构件平面布置图


预制墙板工艺图、预制墙板配筋图


预制梁板墙三维拼装模型


从以上几个图纸我们可以看到,当预制梁的支撑端墙板为预制墙板时,预制梁如果在墙板外没有水平现浇梁延伸段,预制梁仅在墙顶进行锚固的话,容易出现锚固长度不满足规范要求的问题,因为墙体厚度200mm,扣除预制梁搭在墙顶10mm,仅剩190mm用于预制梁结构受力筋的锚固时远远无法满足规范要求的,因此只有在墙体外侧还有一段延伸段的梁需要现浇时,预制梁的钢筋可以延长至现浇段进行直锚,或者在预制梁端部设置锚固板锚固。


另外我们从预制墙板配筋图看出,当预制围护墙顶暗梁设计有梁底筋和腰筋,预制梁与其呈垂直连接时,墙顶暗梁的腰筋若不设计妥当将与预制梁的梁底筋发生干涉碰撞,进而对预制梁的安装产生直接影响。


还有需要注意的一点,预制外围护墙板由于结构设计成在门洞中间有一段现浇梁搁置在墙顶暗梁上,设计师选择在预制外围护墙板顶部暗梁处留设一个缺口,由于此缺口导致预制暗梁高度扣除缺口高度后剩余的高度与洞口直接的距离小于200mm,实际上易导致构件在脱模和运输过程中出现缺口部位断裂或裂缝通缝,进而导致构件而无法使用,间接影响现场施工进度。


4、预制墙顶暗梁与两端后浇墙肢连接设计


根据《装配式混凝土建筑技术标准》(GBT51231-2016)5.8.7款规定,“预制墙板应在水平或竖向尺寸大于800mm的洞边、一字墙墙体端部、纵横墙交接处设置构造边缘构件” [2]。因此,当建筑带门窗洞口的外围护墙体设计为预制墙板时,结构往往在门窗洞口的顶部有一根结构梁与围护墙体一起预制,那么预制墙板考虑到结构连接要求,需要在墙板顶部两侧外伸梁底部受力钢筋与两端后浇墙肢进行连接。这样的预制墙板深化设计时需要重点考虑外伸梁底受力筋与两端构造边缘构件竖向钢筋的碰撞干涉问题,否则将对竖向墙肢的钢筋施工定位产生重大影响。


预制墙板平面布置图、结构墙肢配筋图、结构梁平法施工图


预制墙板配筋图


预制墙板外伸钢筋三维模型图一


预制墙板外伸钢筋三维模型图一


从以上两个预制墙板外伸钢筋三维模型图我们可以看出,梁底外伸钢筋直径为20mm,构造边缘构件的竖向受力钢筋直径为16mm,由于预制墙体的保护层和现浇墙肢水平分布钢筋保护层相等,梁底主筋与构造边缘构件竖向钢筋发生碰撞干涉。由于梁底受力钢筋直径较大不容易扳弯,往往在钢筋绑扎过程中采用构造边缘构件竖向钢筋避让梁底受力钢筋的做法,容易导致构造边缘构件竖向钢筋单侧向外或向内偏移10mm,构造边缘构件浇筑成型后,构造边缘构件两侧竖向钢筋定位偏差±20mm。较为妥当的做法,建议在进行构件深化设计时,将墙顶暗梁梁底每侧受力钢筋在出预制墙板边缘部位内收15~20mm,这么一来既可以满足梁受力钢筋的锚固要求,又可以保证构造边缘构件竖向钢筋定位准确不偏移。


5、预制墙顶套筒预埋设计


当预制外围护墙板在进行深化设计时,由于预制墙板代替的是传统设计的砌体墙体,有些结构设计师考虑到不因预制墙板的设置导致单体整体结构刚度过大,会选择将预制墙板顶部设计为预埋套筒,然后在套筒内拧入钢筋用于上下楼层预制墙体的崁固连接,如下图所示。


预制墙板深化设计图、预埋套筒示意图


由于墙底预留的是螺纹盲孔,墙顶预埋的是套筒,两者是彼此独立的单独部品部件,在预制墙板的混凝土浇筑振捣过程中,容易出现预埋套筒固定不牢导致移位,当移位偏差值超过允许误差时,会导致下层预制墙板与上层墙板无法对位安装的问题。


另外由于预埋套筒采用沉头设计,在构件振捣、脱模、粗糙面清洗过程中容易因为泥浆进入预埋套筒内,而导致套筒被泥浆堵塞的情况,一旦套筒堵塞,钢筋将无法拧紧到位,进而影响墙体与结构的正常崁固连接。


事实上,预制墙板顶部采用预埋套筒的设计方式也会造成构件制作和现场施工额外花费大量的人工成本。因为在预制墙板制作过程中,需要采用螺栓穿过模具人工一个一个拧紧固定套筒,脱模时再人工一个一个松开退出固定螺栓。而现场施工为了实现钢筋连接,需要切割钢筋,然后对与套筒连接的一端进行开丝,开丝完成后要进行套丝检查钢筋加工质量。预制墙板吊装完成后,需要先检查复核预埋套筒的定位和套筒空腔清洁度,接着需要人工将一端开好丝的钢筋逐根拧入预埋套筒内进行连接。随着人工成本的不断上涨,如果将墙顶预埋套筒的预埋固定和钢筋连接耗费的时间折算成人工成本,每块预制墙板所耗费的成本也不低,故这样的设计其实也不经济。


6、预制围护墙板设置对拉片


当预制装配式建筑将标准层的外围护墙体都设计为预制墙板时,建筑标准层的外围墙体类似于全砼外墙,部分结构设计师担心导致建筑单体的结构刚度过大,因此会借用全砼现浇外墙设置柔性连接的做法,在预制墙板的两侧及顶面设置增塑聚氯乙烯对拉片。这种设计概念考虑通过在围护墙体与约束/构造边缘构件连接处设置柔性连接从而降低围护墙体与主体结构的连接刚度,从而降低预制墙板对单体结构刚度的影响。


事实上,这种设计在实际操作中会带来两个方面的问题。第一个方面的问题是预制墙板在脱模养护、转运和运输过程中需要采用立式放置,尤其是在运输过程中,预制墙板与运输架难免会有所接触并发生碰撞,如此一来,增塑聚氯乙烯对拉片就很容易在碰撞之后发生破损,且破坏之后无法及时进行更换或修复,从而使设计要达到的效果大打折扣。第二个方面的问题是,增塑聚氯乙烯对拉片是将预制墙板整个厚度方向横断设置,主体结构施工完成后,在墙体的内外两侧均因设置对拉片而出现了厚度等于对拉片厚度的条状缝隙。由于外墙外侧需要做保温层、饰面层故影响不大,但是室内侧墙面的缝隙则需要采用无收缩抗裂砂浆进行填充抹平。大略估算下来,每块墙板需要增加约7米左右的抗裂砂浆抹灰的人工和材料费用,一栋楼所增加的人工和材料费用也着实不少。


预制墙板工艺图、增塑聚氯乙烯对拉片详图


设置对拉片的预制墙板


预制墙板立式运输


从以上我们探讨的几个预制装配式深化设计方面的问题,我们可以明显感觉到预制装配式深化设计需要对预制构件的生产制作和现场施工的细节进行深入细致的考虑才能做好。尤其是在BIM建筑信息模型技术还没有全面普及并推广的情况下,很多从传统设计转做预制装配式深化设计的设计单位来说,为了节约成本普遍采用AutoCAD二维设计软件进行预制装配式深化设计,对很多构件拼装需要考虑的三维空间问题,只能凭借设计师的空间想象能力来进行把控。这就是为什么很多预制装配式深化设计图在图审阶段没有发现多少问题,但是到了构件制作和装配施工阶段就发现很多设计不科学不合理的原因。


当前我国正处于大力推广预制装配式建筑的进程中,预制装配式深化设计的不断成熟和完善,对预制装配式建筑提高生产效率和降低工程成本具有积极的推动作用。本文从个人对预制装配式深化设计的理解角度结合具体的几个深化设计问题进行了探讨,希望能够起到抛砖引玉的作用,引起大家对具体的预制装配式深化设计问题的关注和思考。


参考文献:

1.《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)P2;

2. 《装配式混凝土建筑技术标准》(GBT51231-2016)P42;