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钢结构装配式住宅施工技术及建造注意事项

发布时间:2019/09/23 点击量:
装配式建筑是指把建筑需要的楼板、墙体、楼梯等预制构件在企业车间按标准批量生产,运至施工现场装配的建筑。主要包括预制装配式混凝土结构、钢结构、现代木结构建筑等,采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、信息化管理、智能化应用。
 
装配式建筑可显著提高建筑综合品质和性能、施工安全和质量,可有效减少用工、缩短工期、提高生产效率,明显减少资源、能源消耗以及建筑垃圾、噪声、粉尘等污染物排放,绿色环保,提高绿色建筑和节能建筑建造水平,促进传统建造方式转型升级。
 
本文通过定向安置房项目对装配式建筑的钢结构体系、楼板体系、墙板体系及设备体系
进行介绍,并通过实践总结装配式建筑在技术专业,设计专业、经营模式及成本管理方面的注意事项以及相关优缺点、重难点等施工经验。
 
该定向安置房项目是装配式钢结构住宅项目的示范工程。项目总用地面积6691.2㎡,4栋9~16层装配式钢结构住宅(见图1)总建筑面积31685.49㎡,采用钢管混凝土框架+组合钢板剪力墙(阻尼器)结构形式,加气混凝土外墙、钢筋桁架楼承板、钢楼梯及一体化内装系统。
 
钢结构住宅项目效果图
图1 钢结构住宅项目效果
 
一、钢结构住宅结构体系
 
本项目地下车库与主体结构、坡道、楼梯均为钢框架结构。竖向构件地下部分为组立焊接钢柱,地上部分为成品方管钢柱。与焊接钢柱相比,成品方管钢柱加工工期大大缩短,保证现场安装进度;方管钢柱原材通过冷弯工艺成型,故四角为不同直径的圆弧角。此项目设计所有钢梁均为偏心梁以保证室内无明柱外露以保证美观性及实用性,故在钢柱与钢梁焊接节点,圆弧角位置焊接质量及外观难以保证,需要增加多种措施来保证焊接质量。
 
项目采用2种抗震方式。4号楼采用墙板阻尼器消能减震技术,把结构的某些抗侧力构件(支撑、剪力墙连梁、连接件等)设计成消能杆件,或在结构的某些部位(节点、连接缝等)装设消能装置,在地震或风荷载作用下,随着结构侧向变形的增大,消能构件或消能装置率先进入耗能状态,产生较大阻尼,大量消耗输入结构的地震或风振能量,减小结构的地震和风振响应,从而使得主体结构在地震中免遭过大破坏或在风荷载作用下满足舒适度要求。阻尼器结构形式如图2所示。
 
墙板阻尼器
图2 墙板阻尼器
 
3号楼采用钢板剪力墙作为核心筒,钢板剪力墙采用6mm厚钢板通过纵向角钢拼装而成,内侧焊有栓钉,工程组装成块,现场拼装,内部浇筑C50自密实混凝土,省去模板,绑扎钢筋工序,降低成本,缩减工期。钢板剪力墙具体构造如图3所示。
 
钢板剪力墙
图3 钢板剪力墙
 
二、楼板体系
 
工程采用2种楼板体系,第1种为钢筋桁架楼承板,具有质量轻,刚度大,施工方便等特点。工厂将钢筋桁架板根据现场尺寸加工完成后,现场简单铺装并将板材与钢梁用栓钉焊接连接即可,板材铺好后只需简单绑扎分布筋即可浇筑混凝土,无需支模、无需搭设满堂脚手架,用三脚架简单支撑即可施工,大大节约人工成本,统筹工期,钢筋桁架楼承板具体构造如图4所示。
 
钢筋桁架楼承板
图4 钢筋桁架楼承板
 
第2种为预制混凝土叠合楼板,通过BIM技术进行模型模拟施工,在工厂将所有预留预埋工作做好,等板材强度符合要求后进场直接吊装。预制混凝土叠合楼板具体构造如图5所示。
 
预制混凝土叠合楼板
图5 预制混凝土叠合楼板
 
三、墙板体系
 
结构墙板体系有2种,第1种为PC预制混凝土外挂墙板,通过前期BIM技术设计确定尺寸及预埋位置,按照深化加工图纸在工厂进行制作,等强度达到规范要求时将材料运至现场,在现场通过塔式起重机或汽车式起重机进行吊装干挂施工,减少现场湿作业量,缩减施工工期,降低人工成本,具体构造如图6所示。
 
PC预制混凝土外挂墙板
图6 PC预制混凝土外挂墙板
 
第2种为蒸压加气混凝土(AAC)条板,采用蒸压加气混凝土条板,设计阶段确认条板排布并出具施工图,工厂加工完成后,运至现场吊装施工,其优点为板材轻便,运输、施工方便,表面平整度高,尺寸控制精确,施工速度快,相对于传统砌筑工程节约大量人工,降低材料损耗。
 
四、设备体系
 
装配式建筑的设计为涵盖主体结构、装饰装修、设备安装专业集成一体的装配式设计,采用BIM三维软件将建筑、结构、水暖、电、装饰等专业通过信息化技术的应用,将水暖电位与主体装配式结构、装饰装修实现集成一体化的设计,并预先解决各专业间在设计、生产、装配施工过程中的协同及碰撞问题,在正式安装前解决全部误差,避免了由于返工造成的成本、工期的浪费,保证项目如期完成。
 
本工程在建筑设计阶段通过建筑信息模型(BIM)技术实现三维可视化的机电管线设计,在虚拟的三维环境下发现设计中的碰撞冲突,并拆分模型输出准确构件材料模型,从而提高管线综合设计能力和工作效率。加工阶段结合工厂现代化生产技术,从BIM模型直接对接加工机床。中间环节的技术无缝对接,信息通畅,保证了生产的工艺标准、产品质量。现场安装阶段借助点云扫描仪、放样机器人、二维码技术,极大地提高现场与模型的一致性,物料管理及设备设施放样精度与效率,将加工好的材料设备在现场进行装配式安装。
 
五、装配式建造注意事项
 
与传统现浇结构相比,装配式建筑预制率非常高,工厂构件加工规范,所有构件均按图纸以极小的误差进入现场,这就对构件安装过程要求异常严格,要保证现场安装精度极高才能满足预制构件安装要求,故施工过程中的质量控制就显得尤为重要。
 
1)技术:对现场施工放线的精度控制,不管是传统结构,还是装配式结构,对施工放线的要求都尤为重要。第1批构件安装时,需要所有线全部到位,以保证后期所有构件安装都是使用同一个轴网,尽量降低多次放线产生的误差;保证所有构件都能在其自身允许误差安装并调整到位。
 
2)设计:所有构件在设计阶段必须考虑好各个连接节点,在装配式建筑中,前期设计阶段漫长且繁琐,保证构件连接节点满足实际施工要求,并且要将安装误差考虑在内,在设计节点中将误差溶解消化,为施工缓解压力。施工阶段,包括主体结构阶段,装饰装修阶段和精装修阶段均应一次设计成型,所有构件均确认后再进行制作并施工。装配式建筑,最忌施工过程变更设计,这样所有构件连接节点都会变动,之前所有成果都可能受到波及,并且已经安装或者是加工的构件亦可能需要改动,所谓的“牵一发而动全身”即是如此。所以前期设计是装配式建筑的骨架,亦是其主要核心工作。故提倡装配式建筑一定要基于BIM一体化设计,来保证项目实施过程中设计到生产,施工和后期的装饰装修等工序完美衔接。
 
3)经营模式:工程启动后,各协同单位需要提前协调完善,各工艺工序环环相扣,若是有一个环节出现问题,就会影响整个装配式建筑施工工期,对工程造成无法估量的损失。以EPC模式承建装配式工程,通过总包实现信息共享,资源整合协调,只有这样才能实现装配式建筑的节能、环保、高效、价廉。
 
4)成本:装配式建筑与传统结构相比,材料成本较高,但人工成本及工期成本会低很多,且装配式建筑追求所有构件商品化、标准化,包括施工图、户型图、钢结构及墙板、楼板等,最终达到所有部品部件的标准化,可根据自身需求随意拼装施工。
 
5)规范标准:很多新型材料没有明确的质量验收标准,没有明确的试验标准,部分工艺没有检验批表格,这就使得施工各参建方不得不分散精力来解决这些问题。所以装配式建筑还需要国家及相关部门出台相关规范、标准、图集等技术指导性文件。