装配式大型清水混凝土预制构件在高层建筑中的应用研究

张寒松 孔令海

山东平安建设集团有限公司 山东 济南 250306

现代大型公共建筑多以干挂大理石材料或玻璃幕墙为主要设计风格，但干挂石材造价高且随着时间的推移，在自然外界的条件下易被污染，其维护成本较高；而玻璃幕墙不仅成本高，同时在高楼林立的城市群里由于玻璃聚光所产生的光污染也同样被业界所诟病。清水混凝土则以凝重、自然、朴素厚重的风格逐渐受到设计师的青睐，可以肯定，在不久的将来这种设计产品将深入人心，被社会公众所接纳。

济南金域国际工程成功地将大型清水挂板应用于高层建筑外立面并得到业界领导与专家的好评，为引领行业发展做出了应有的贡献。本文详细介绍了装配式大型清水混凝土预制构件施工的整体过程，可为施工同行提供经验借鉴。

1 工程概况

济南万科金域国际工程位于山东省济南市高新区，工程总建筑面积为123 319 m²。地上为2栋高层公共建筑，西侧为A楼，框架-核心筒结构，建筑高度126.10 m，地上31层，为超高层公共建筑，框架抗震等级为三级，核心筒抗震等级为二级。东侧为B楼，框架-剪力墙结构，建筑高度61.40 m，地上16层，B楼为高层公共建筑，抗震等级为三级，其中地上1、2层为商业，地下3层，为地下车库，框架结构，抗震等级为四级。

A、B楼和车库抗震设防烈度均为6°，建筑设计使用年限为50年（图1）。

图1 济南万科金域国际工程

2 大型清水挂板（以下简称PC板）应用实例

2.1 清水混凝土挂板概况

A楼地上3～31层和女儿墙采用PC挂板，一个窗户一块，局部采用玻璃幕墙，全PC板时单层76块，局部幕墙时单层56块。除转角位置，大多数为标准板（图2），尺寸为2.08 m×3.78 m，质量为3.21 t，最重的板尺寸为2.39 m×3.78 m，质量为4.44 t，此种板每层有4块。

B楼1、2层为玻璃幕墙，3～16层外墙采用外挂PC板，局部采用玻璃幕墙，全PC板时单层82块板，局部玻璃幕墙时单层62块板。标准板尺寸为2.08 m×3.77 m，质量为2.49 t。

2.2 清水混凝土挂板制作工艺

2.2.1 高精度模具技术的应用

外墙挂板产品要求挂板棱角清晰分明，误差在2 mm之内，因而只有采用高精度模具设计和制作技术，才能确保模具支拆方便、构造合理，满足挂板外形造型和高精度要求。为此，构件生产车间深入研究脱模剂配制和涂刷技术，并参考相关国家规范与标准，探索出模具质量检验标准和检验方法，为模具制作和安装施工提供了技术理论依据[1-3]。

图2 清水混凝土挂板标准板示意

1）模具材质特殊性：普通模具一般选用碳素结构钢Q235和Q275钢材制作加工，本工程挂板考虑建筑结构高度高、吊装难度大、产品棱角分明、精度要求高等特点，故选用低合金结构钢材质Q345作为模具加工用钢材，模具平面、立面钢板壁厚由6 mm改为8 mm，端部钢板壁厚由8 mm改为10 mm，从而确保PC构件外观几何尺寸完全符合图纸规范要求。模具委托专业厂家加工制作，由构件厂首先对模具加工工厂进行质量和技术交底；待出具模具图纸后，由构件公司技术部门进行审核，确保模具加工质量的优良性。

2）模具的设计思路：模具在加工制作预制构件产品时，考虑反复利用的构件生产特点，要既便于精度控制，又要方便工人操作，以获得优良的预制产品，在模具的长边与短边各设置2套丝杠，利用机械杠杆原理，巧妙解决了模具开闭合问题。该模具设计新颖，后期申请实用新型专利一项，专利号ZL201720076521.4。

3）模具的使用与维护：浇灌混凝土前，选用适合的脱模剂，均匀涂刷脱模剂，使构件接触面在脱模时平整、表面光滑、不损坏，确保混凝土脱模效果，拆模后及时做好模具清理工作，保持钢模板清洁，以保证后续构件的制作质量。

4）预制构件的生产工艺流程：模具清理→涂刷脱模剂→加工完毕的钢筋固定→预埋件安装→质检验收→混凝土浇筑→蒸汽养护12 h→脱模→成品检查→构件细部处理→运输存放。

2.2.2 高性能混凝土配制技术的应用

构件生产车间重点对外墙挂板用C40混凝土配合比进行研究，通过精心选择原材料、合理设计和调整配合比，经过20余种不同材料配比的试验研究，择优选择出一组最优配合比，该配比级配合理，有效减少了孔隙率，表面气孔近乎于零。实践表明：砂率为45%时，混凝土的坍落度和坍落扩展度能同时达到最大值，而后再增大砂率时，坍落度和坍落扩展度将减小。

在水泥浆一定的前提下，砂率越大则需要包裹的水泥浆越多，起到润滑的水泥浆越少，从而使流动性降低，所以必须确定一组最优配合比（表1）。

表1 清水混凝土外挂板配合比（单位：kg/m³）

采用表1所示的配合比，配制出的混凝土流动性、黏聚性和保水性良好，不仅使混凝土高性能化得到了保证，而且均匀饱满、富有光泽、观感良好，满足清水外墙挂板混凝土施工技术要求。

3 大型清水挂板吊装施工技术研究

3.1 吊装方案的选择

项目部、公司技术部相关技术人员综合工期、成本、作业人员的技术水平及施工现场场地狭小等因素，经多次研讨论证和集团技术负责人批准，并组织专家进行论证，最终决定采用“汽车吊＋抱柱式旋臂起重机＋塔吊＋屋面吊”结合的吊装方式，以满足不同部位的安装需求（图3、图4）。

图3 A楼挂板平面

3.1.1 A楼吊装方案

A楼设置4个吊装过程。3、4层PC板采用汽车吊吊装；5～14层、15～24层PC板采用抱柱式悬臂吊机（分别在15层和25层设置2台）；25～31层及女儿墙PC板采用塔吊吊装；塔吊和施工电梯部位PC板，待二者拆除完毕后，通过在屋面安装小型屋面吊机进行吊装。

3.1.2 B楼吊装方案

B楼只有16层，设置3个吊装区段。3～8层PC板采用汽车吊的方式吊装；9～16层PC板采用塔吊吊装；塔吊和施工电梯部位PC板，待二者拆除后，通过在屋面安装小型屋面吊机进行吊装。

图4 B楼挂板平面

3.2 吊装机械的选择

3.2.1 汽车吊

A楼3、4层外墙PC挂板需提前安装，采用汽车吊进行试吊装。通过试吊装确定预埋件、螺栓是否满足安装要求，确定构件就位、拼缝质量是否符合规范要求，最终确定整套的施工工艺，以满足后续全面开工的需要。4层PC板的顶部标高为15.90 m，最重构件为4.44 t，故拟采用20 t汽车吊。

B楼只有16层，且四周有支设汽车吊作业空间，故计划3～8层外墙PC挂板采用汽车吊进行吊装，8层PC板顶部标高为30.75 m，最重构件为4.79 t，选用30 t汽车吊。

3.2.2 抱柱式悬臂起重机

本工程选购2台江苏靖江市起重设备厂制造的5 t级悬臂起重机，臂长8 m，高度2.6 m。该设备由安装座、悬臂梁、起升机构和电气部分等机构组成，安装座通过12根高强螺栓和钢板压板固定于框架柱上，悬臂梁与安装座连接，起升机构安装于悬臂梁上，采用卷扬机构，起升高度达100 m。

抱柱式悬臂起重机（又称壁柱式）是将起重机悬臂安装在墙体或柱子上，和卷扬机或电动葫芦配套使用，能在180°范围内实现起吊重物的一种机械。该机械机构独特，安全可靠，具有高效、省时、省力、灵活等特点，A楼外墙PC的安装主要以此方式进行。

抱柱式悬臂起重机分别安装在A楼结构15层和25层的混凝土柱上，在楼的2个对边对称安装（图5），安装时2台吊机同时起吊，防止因建筑物一侧PC板安装过多，使整栋楼出现偏心受力的情况。

15层柱子截面尺寸为1 300 mm×1 300 mm，为劲性钢骨混凝土柱，25层框柱截面为1 000 mm×1 000 mm，为钢筋混凝土柱。

悬臂吊机在楼内的位置移动，利用塔吊或电动葫芦辅助，将悬臂吊机拆卸成部件，质量小的部件由人工搬运，质量大的部件由塔吊或电动葫芦吊运。

图5 悬臂吊在楼内布置示意

3.3 吊装挂板施工方案的优化

3.3.1 外墙PC板的吊装技术

1）进行PC板吊装前，提前将待吊装部位的连接角板与楼层预埋件焊接连接，焊接前做好精确定位，每个位置PC挂板竖向拉通线定位，保证竖向线条顺直，上下2块板之间不出现错位现象；连接角板焊接完成，保证上下4个角板在同一个竖向平面内。为了能够调节PC板的高低，连接角板上的孔为长圆孔。

2）外墙PC板起吊前，先将要吊装的PC板转运至建筑物正下方，仔细核对PC板型号是否正确，待无问题后将吊环用卡环连接专用吊具后即可起吊。立起时，PC板根部应放置厚橡胶垫或硬泡沫材料保护，PC板慢慢提升至距地面500 mm处，略作停顿，再次检查吊挂是否牢固，板面有无污染和破损，若有问题立即处理。

3）起吊时速度应保持均匀，靠近就位高度时放慢提升速度，使PC板慢慢靠近作业面，安装工人采用2根溜绳与板背吊环绑牢，使之慢慢就位。就位时，慢慢调整PC板的位置，让PC板上的连接螺栓穿入埋件上角板的孔内，用螺帽固定，暂时不拧紧，4个连接点均用螺帽固定后，进行卸载，吊机吊钩缓缓下落，摘掉吊具与PC板的连接卡环，然后进行下一块板的吊装[4-8]。

3.3.2 吊装节点埋件精度控制

1）埋件材质采用Q345B钢材，表面均做镀锌处理，钢板的垂直度偏差不应大于1 mm，外形尺寸偏差不应大于3 mm，孔径偏差不应大于1 mm。每块PC挂板均为独立承重构件，每块板有6个埋件，埋件位置的精确性直接关系到PC板安装的精度。

2）边梁绑扎时将预埋件临时绑扎固定在钢筋上，质检人员、监理人员根据预埋件图纸对预埋件的型号进行确认，精确调整预埋件在x、y轴方向上的位置，调整完成后将预埋件进行点焊固定，精度控制在2 mm以内。

3）对照预埋件图纸进行逐个检查，核实预埋件位置和规格是否正确，直接在梁底模板上弹出梁底埋件位置线，然后将埋件固定在梁底上，可以有效防止因浇筑混凝土而造成的埋件移位，并将检查数据记录在专用检查表上。

3.4 对重点及难点部位采取的技术措施

1）玻璃幕墙挑板处做法： A楼东南角部位从9层开始外立面是玻璃幕墙，长度为41.6 m，9层外挑宽700 mm挑板；该部位8层的外墙PC板顶部与9层挑板只有80 mm的空隙，为了能够顺利安装PC挂板，9层位置挑板只能先预留钢筋，待8层PC板安装完成后，再进行混凝土二次浇筑。

2）B楼7～13层东南角处有玻璃幕墙，长度为40 m，有外挑梁和板，最大外挑尺寸为1 500 mm，为保证6层该部位外墙PC的安装，该部位挑梁和挑板也需要二次浇筑；预留梁板钢筋，待6层外墙板吊装就位后，再浇筑混凝土。

3）外墙接缝处理：板缝防水施工前应将板缝内侧清理干净，破损部位用专用修补剂修理硬化后，在板缝中填塞适当直径的背衬圆棒，严格控制背衬塞入板缝的深度，防止水的毛细管渗透，不得过深，也不得过浅。

4 结语

本工程清水挂板施工技术的成功应用，不但解决了结构支撑、挂板提升、角度转换、安全吊运等技术难题，同时也缩短了工期，节约了费用，从而为企业创造了显著的社会和经济效益。