新型抗震装配整体式混合框架结构的施工应用

夏 亮，金 玉,张 雁

(1.池州职业技术学院 建筑与园林系,安徽 池州 247000;2.国网舟山供电公司 综合服务中心, 浙江 舟山 316000)

随着国民经济的快速发展,建筑产业作为国民经济新的增长点,正在逐步发展与完善。开发出施工便捷、经济适用又适宜于产业化的新型住宅体系是重要的发展方向。近年来,随着各项技术的不断发展,装配整体式结构脱颖而出,它结合了整浇式和装配式的优点,在住宅产业化进程中逐步发展与推广应用,是一种较为理想的结构体系。装配整体式混合框架结构虽然在国内早已存在,但是在推广运用方面却受到很大限制,这主要与装配整体式混合框架结构的装配技术没有系统设计以及施工工艺没有成套、应用项目较少和相关规范亦不完整等有关。此外,相关产业配套的设计、构件生产与安装之间的配合环节尚未形成,使其成为制约装配整体式混合框架结构发展的瓶颈[1-2]。

本文以白沟50万 m2的国际箱包交易中心项目为例,在国内现有制造技术与施工技术条件下,对国内外建筑产业化发展与应用以及装配整体式结构研究成果进行了充分的调查研究,在总结建筑产业化与装配整体式结构体系发展的经验与教训的基础上,采用新型抗震装配整体式混合框架结构体系进行了施工建设,进一步论证了该项施工技术的先进性与经济实用性。

图1 工程框架结构图Fig.1 Framework of engineering structure

1 工程概况

本工程为白沟国际箱包交易中心项目,项目总投资15.3亿元,占地28.84 ha,总建筑面积约为50万m2,主要建设内容包括地上市场区32.8万m2、地下市场区8.1万m2和商业广场1.4万m2等。白沟国际箱包交易中心项目的地下采用现浇框架结构,而地上则采用新型整体装配式框架结构和钢结构组合形式。

本工程抗震设防类别为乙类,抗震设防烈度为7度,结构安全等级为一级,地基基础安全等级为二级,框架抗震等级为二级。工程框架结构图如图1所示。

2 新型抗震装配整体式混合框架结构的组成和特点

在新型抗震装配整体式结构施工过程中,将预先经过组装的各式配件,如梁、板、柱、墙以及楼梯、阳台等搬运至施工现场,按照施工设计要求进行施工。与传统现浇施工作业相比,新型抗震装配整体式混合框架结构体系的优点主要体现在如下五个方面:

2.1 建筑质量、功能化提升

新型抗震装配整体式混合框架结构涵盖全家居解决方案,提高了建筑的隔声、保温、防火等性能,便于结构维护、耐久性好。

2.2 抗震性能提高

该混合框架结构体系中使用了高频热处理钢筋(具有高强塑性、低屈强比等性能)、复合灌浆料、高性能混凝土等新材料,提高了建筑结构的安全储备能力。

2.3 缩短施工周期

该混合框架结构体系减少了施工工序,缩短了工期,而且受季节性影响较小。就白沟箱包广场50万 m2工程量而言,采用传统的钢筋混凝土现浇结构仅结构主体需施工1年以上,而采用装配式结构后则只需4个多月,可节约工期半年以上。

2.4 节约劳动成本

现场基本取消湿作业和高空作业,大幅度减少现场施工及管理人员数量,降低劳动强度,节约劳动成本,提高现场文明施工质量。以白沟箱包交易中心施工项目为例,要在4个月内完成主体工程,传统现浇作业大约需要10000人,而新兴装配式结构作业仅需要约1000人,大量减少了人员投入。

2.5 节能减排

在施工过程中减少木材、砂、石等天然资源的用量,生产用水能够循环利用,节省了大量能源和资源。由于钢筋、水泥用量下降,与传统的钢筋混凝土现浇结构建筑相比大量减少了CO2的排放。

3 项目施工

3.1 设计理念及实施

装配整体式混合框架结构的建筑设计虽然采用了新型设计方案,且具有与传统工艺明显不同的施工特性,但是都是在既有建筑规范和标准的基础上进行的,也充分调研了国内外相关文件的既有经验。除参照《预制预应力混凝土装配整体式框架结构技术规程》(JGJ224-2010)、 《建筑结构荷载规范》(GB/T 50009-2012)、 《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB/T 50204-2015)等标准或者规范要求进行设计与施工[3-4]外,工业化、标准化、模数化的配件以及施工安装成套设计文件也在考虑范围内。

图2 预留孔插筋 (1-基础梁;2-基础;3-箍筋;4-插筋;5-预留孔)Fig.2 Reserved hole reinforcement(1-foundation beam; 2-foundation; 3-stirrup; 4-inserted steel; 5-reserved hole)

3.2 构件预制

预制装配整体式框架结构构件主要包括预制混凝土柱、预制预应力混凝土叠合梁和板、节点键槽及以外部分等。所有框架的混凝土强度等级都使用C30及以上,钢筋采用高强热处理钢筋、钢绞线、HRB400级钢筋等。

预制钢筋混凝土柱采用矩形截面,截面边长大于400 mm。预制梁端设有键槽,键槽中放置U型钢筋,通过后浇混凝土实现下部纵筋的搭接。预制板的厚度大于50 mm,但是小于楼板总厚度的一半,预制板的宽度在600 mm～2 500 mm之间。

预制柱与基础的连接采用预留孔插筋法进行,预留孔插筋示意图如图2所示。其中,预留孔长度大于柱主筋搭接长度,灌浆材料为无缩灌浆料,1 d龄期的强度大于25 MPa,28 d龄期的强度大于60 MPa。同时,预制柱之间采用预留孔插筋连接时,主筋搭接长度应符合《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)的有关规定。柱与梁的连接采用键槽节点方式,键槽的U型钢筋直径在12 mm～20 mm之间。次梁采用吊筋形式的缺口梁方式与主梁连接,并符合《预制预应力混凝土装配整体式框架结构技术规程》(JGJ224-2010)相关规定。在对预制板进行连接时,预制板相邻处板面统一铺有钢筋网片,网片钢筋直径大于5 mm,间距小于200 mm。预制梁底角设置有钢筋,两侧设置腰筋如图3所示,预制梁端部设置有带孔模板,各钢绞线之间的净距应大于25 mm和钢绞线的直径,跨度较大的梁配置有高强热处理钢筋。

图3 预制梁构造图(1-预制梁;2-钢筋;3-腰筋;4-钢绞线;5-钢筋)Fig.3 Precast girder structure map(1-precast beams;2-steel;3-waist muscle;4-steel strand;5-steel)

在构件生产过程中,为了保证对设计意图理解正确,规定当需要作钢筋代换时,应办理设计变更文件。由于构件生产线长度较长,最大张拉控制应力放宽到0.80fptk。采用先张法进行预应力构件施工过程中,钢筋断裂或者滑脱的现象不允许发生,如果出现,应当予以更换。构件生产过程中,按照相关规定以生产线为批次留置标准条件养护试块和同条件养护试块。

预制构件制作完成后,为了避免构件在厂内起吊与运输时开裂,混凝土强度必须符合设计要求,堆放构件的场地应做良好的排水系统,并保持构件与地面的间隙;重复堆放的构件,吊环都朝上,构件的标号向外,采用靠放架的构件应对称靠放和吊运。构件装运时应绑扎牢固,防止移动或者倾倒,对于边部与绳索接触处,应采用衬垫加以保护,在运输过程中采取临时固定措施对构件进行固定,并保持平稳、顺利运达施工现场。

3.3 现场施工安装

新型抗震装配整体式混合框架结构体系通俗来讲,就是按照统一、标准的建筑部品规格制作成房屋单元或构件,然后运至工地现场再进行装配就位后建造的住宅,就像搭积木一样造房子。

施工前,把预制构件根据施工组织设计和安装专项方案确定堆放区域和顺序。在进行预制混凝土构件安装时,按照不同部件的代码依次进行安装,保证整个安装工程准确无误[5]。此外,施工人员在进行施工作业前,需要进行人员培训,培训内容包括安全和技术两个方面。工艺流程为预制构件的生产—柱基础处理—预制柱吊装—架设柱支撑和梁板支架—预制梁吊装—梁端节点施工—预制板吊装等步骤,主要施工过程如下:

3.3.1柱就位前的基础处理

当采用杯形基础施工时,可以采用与一般装配式结构施工要求相同的方案;当采用预留孔插筋法施工时,多次检验以确定预留孔位置的准确性,其平面误差应为5 mm,孔深允许误差应为10 mm。

3.3.2柱吊装

采用预留孔插筋法进行柱的吊装、调整和固定。起吊期间,采用柱靴对从柱底伸出的钢筋进行保护;起吊阶段柱扶正过程中,柱靴不得离开地面,然后在孔内注入流动性良好的无收缩灌浆料,厚度约为10 mm,柱就位后进行校正并固定。

3.3.3预制梁吊装

吊装前按照施工方案搭设支架，并进行标高校正,梁应放置在支架上，并进行临时固定,每根柱周围的梁就位后采取固定措施。吊装就位后应确保U型钢筋位置准确,安装结束后应封堵节点模板。浇筑混凝土前,应对梁截面、定位以及U型钢筋的数量、规格等进行安装质量检查。此外,键槽节点处的混凝土应采用比预制混凝土强度高一等级且不低于C45的无收缩细石混凝土,混凝土应浇捣密室,并应浇筑至板底标高处。

3.3.4板吊装

当梁柱节点处混凝土强度达到15 MPa后,进行吊装预制板的操作。同时,应注意预制板的两端搁置在预制梁上,板的下部设置临时支撑措施。当梁板上部钢筋安装完成后,就可以进行混凝土的浇筑工作,同时注意在浇筑过程中,不得对节点处的混凝土造成破坏。

4 经济效益与社会效益

50万 m2的单体项目,如果采用传统的钢筋混凝土现浇结构进行施工,仅完成结构主体就需1年以上。而本项目采用新型抗震装配整体式混合框架结构体系施工,从2011年7月开始吊装,主体结构完成后,二次结构、水电设备安装采取交叉施工的方式进行,2012年7月就进行了验收交付工作,实现了节约工期半年以上的既定目标。该项目交付使用后,至今状态良好。

2012年1月,科技部所属中国技术市场协会在北京组织国内一流专家团队,对该项目所使用的“新型抗震装配整体式混合框架结构体系”科技项目成果进行了评审。新型抗震装配整体式混合框架结构体系使用了国内装配整体式工程领域多项最先进的技术和新型节能材料,共涉及五项国家专利技术:高频热处理高强钢筋、钢筋锚固板技术、屈曲约束支撑技术、新型装配整体式预制预应力空心楼板、高强灌浆料。新型抗震装配整体式混合框架结构体系在施工过程中减少木材、砂、石等天然资源的用量,生产用水能够循环利用,节省了大量能源和资源。与传统的钢筋混凝土现浇结构建筑相比,每平米可减少CO2排放量为96.994 kg。此项技术将使现代化建筑真正地实现产业化,实现框架结构的建筑工业化,打造节能环保、低碳降耗的绿色人居环境。

5 小结

50万m2的单体项目的施工与应用在国内尚属罕见,新技术、新体系的应用取得的经济与环境效益非常明显。一项新技术从理论走向实践,从实验室走向施工现场,面临着很多实验过程中没有遇到的问题。为了更好地解决施工中出现的技术问题,本项目采用分区施工的形式,通过研发人员、工程技术人员和施工单位的共同努力,基本上解决了实际施工过程中出现的技术问题。