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新技术新材料在框架剪力墙结构中的应用探讨

2021-03-31钟鸣

重庆建筑 2021年7期
关键词:支撑体系脚手架剪力墙

钟鸣

(重庆建工集团股份有限公司,重庆 400014)

0 引言

框架剪力墙结构也称框剪结构,其突出特征是在框架结构中布置一定数量的剪力墙,构成灵活自由的使用空间,以满足不同建筑功能需求[1-3]。同时,因为框架剪力墙结构具有较好的侧向刚度,所以也具有良好的抗水平荷载和抗震效能。目前,从土地有效利用率和投资效益角度出发,较为成功和典型的框架剪力墙结构为集车库、商业、住宅等多功能的一体化设计。

框架剪力墙结构工程量大、工序工艺多且繁杂,施工周期较长,但投资方为使项目尽早产生经济效益,一般会将工期进行最大程度压缩并作为重点考核指标。以某常规一体化设计和施工项目为例,该项目裙楼为车库和集中商业,按负三层考虑,每层建筑面积6000㎡,三层共计18000㎡;裙楼以上设计4栋框架剪力墙高层建筑,按不超100m高度限制设计,标准层高3m,共33层,每层建筑面积700㎡,单栋总建筑面积为23100㎡,4栋高层合计建筑面积为92400㎡;裙楼以下及以上共计建筑面积110400㎡。合同工期一般为540d,扣除基础和室外环境合理工期各90d,则框架剪力墙结构、装饰及安装工程在不考虑国家法定节假日、农忙时节、天气以及不可抗力等因素下的理想施工工期为360d,则每个月最低完成的产值为110400㎡÷12个月×2300元/㎡(扣除基础、室外环境后的市场平均单方造价)=2116万元。但是,在施工过程中,因施工技术参差不齐,目前采用常规施工技术完成框架剪力墙的经济效益和社会效益并不理想。

归根结底,解决施工与合同工期间矛盾冲突问题的关键在于施工技术,从先进的施工工艺、新型的建筑材料、科学的管理办法等方面着手,在保证工期目标、实现经济效益、节能减排降耗的同时,跟上可持续发展战略的步伐。本文介绍铝合金模板及其支撑体系、附着式整体爬升脚手架、绿色高性能混凝土、BIM技术在框架剪力墙结构中的应用价值,可为同类施工提供参考。

1 铝合金模板及支撑体系在框架剪力墙结构中的应用价值

铝合金模板及支撑体系是一种新型模板及支撑体系技术,自重轻、刚度大、周转利用率高,能较好地控制混凝土外观成型质量,且有利于把握工程进度,在发达国家被广泛应用并不断发展。

近年来,我国一线城市已开始使用该技术。和我国传统木模板、普通钢管式支撑体系相比,该技术存在六大优势:(1)使用铝合金模板及支撑系统浇筑的混凝土质量高、外观质量较好;(2)铝合金模板平均使用成本低,回收价值高,木模板周转使用次数一般为4~5次,无回收价值,而铝合金模板周转使用次数高达200~300次,且在完全使用后,回收价为采购价的25%~30%;(3)铝合金模板的施工周期短,有利于施工工期把控。铝合金模板及支撑体系的实质是采用“快拆体系”,组装和拆除极为方便,相比传统木模体系,效率提高25%~30%;(4)铝合金模板刚度大、承载力高,不易爆模;(5)相比传统木模板技术,铝合金模板及支撑体系技术更节能环保;(6)除对拼缝位置进行局部打磨外,其余部位能达到清水模板标准,可以不抹灰或薄抹灰,在节约施工成本的同时,相对减少了对自然资源的依赖,符合国家可持续发展战略。

2 附着式整体爬升脚手架在框架剪力墙结构中的应用价值

附着式整体爬升脚手架是一种新型的脚手架系统,俗称“爬架”,适用于高层框架剪力墙和超高层筒体结构。该系统只需搭设4~5层高度,后随主体结构施工同步上升,也可在装饰阶段同步下降。

目前,该新型脚手架系统已广泛应用于各大城市建筑施工中。与传统型钢钢管脚手架相比,存在三大优势:(1)只需搭设4~5层高度,四周全封闭,并在立面内配有钢丝网,架体配有防坠落、防倾覆装置等多重保护,安全可靠性较高。传统型钢钢管脚手架在搭设、拆除过程中存在较大安全隐患,外立面防护采用安全网,在主体施工和装修过程中易引发火灾,安全系数较低;(2)升降速度快,平均每天提升一层,爬升过程中对施工安全影响极小,不影响施工工序,不占用起重式塔吊等机械设备,有助于加快施工进度。传统型钢钢管脚手架则需要占用大量的起重式塔吊台班,搭设进度较慢,同时,在搭设工程中,禁止楼层其余作业面作业,待架体搭设完成后方可作业,严重影响施工工期;(3)材料及人工方面,只需要定型定量的钢管、扣件、铁丝网等搭设材料,升降时操作环境良好,工人劳动强度小,材料和人工消耗量较低,经济效益高。而传统型钢钢管脚手架使用型钢、钢管、扣件、脚手板、水平兜网、安全网、木模板、木枋、铁钉等搭设材料,且材料消耗量较大,搭设、拆除时需要大量人工,经济效益低。

3 绿色高性能混凝土在框架剪力墙结构中的应用价值

绿色高性能混凝土作为一种新型的混凝土材料,是综合考虑高性能混凝土、环境保护、生态保护和可持续发展的产物。

提高混凝土的耐久性和强度、降低能耗、节约资源和能源、减少环境污染是现代混凝土研究和发展的方向。绿色高性能混凝土已在发达国家广泛使用。区别于普通混凝土,绿色高性能混凝土的优势在于:(1)具有高耐久性,在相同的环境下能使用100年以上,同时满足抗侵蚀、抗冻融等特殊要求;(2)具有高施工性能,在同样的施工条件下,其密实性、均匀性、和易性更优越,在提高施工进度的同时,混凝土成型质量更有保障;(3)具有更高的抗压强度和抗拉强度,且后期强度增长能力较好;(4)具有高体积稳定性,混凝土终凝前不分层、不离析,硬化后体积变化小,具有较好的抗裂能力,更好地解决了建筑工程渗水的问题;(5)经济效益和社会效益较好,采用绿色高性能混凝土设计能够有效减小混凝土承重,可降低混凝土和钢材用量,节约资源。国外研究表明,相比普通混凝土,采用绿色高性能混凝土能有效提高经济效益达15%;(6)绿色环保。大量利用工业废弃资源,实现非再生性资源的可循环使用和有害物资的低排放,减少环境污染,更好地满足了环境保护和可持续发展的要求。目前,国内不同城市和地区受产业配套影响,严重制约了绿色高性能混凝土的应用和发展。

4 BIM技术在框架剪力墙结构中的应用价值

BIM(Building Information Modeling),即“建筑信息模型”,是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具,是用来形容以三维图形为主、物件导向、建筑学有关的电脑辅助设计[4]。

“管理出效益”是一条建筑业必须走出的管理模式合理、产业不断升级的发展之路。为在管理中实现价值,解决设计、施工中多专业多工种的配合和协调问题,引入BIM技术势在必行。BIM技术在建筑施工中的主要应用价值:(1)深化设计。在框架剪力墙大型建筑工程项目中,由于其空间布局的复杂性、系统的繁琐性,需要在设计阶段对主体结构、安装工程、装饰工程等进行总体规划、提前布局,避免发生碰撞,造成施工困难或返工,影响施工进度,故通过三维模型技术进行演示、对比、复核,对碰撞部位及时进行设计调整和避让,以保证布局合理,施工顺畅;(2)多专业、多工种无缝衔接,避免和最大限度压缩真空期。在施工过程中,多专业、多工种的无缝衔接是工程顺利推进的关键,是提高施工进度的保障。在以往的施工过程中,土建工程、安装工程、装饰工程中各专业各工种受施工现场、专业协调、技术差异等因素的影响,缺乏必要的协调配合,造成各专业不同程度返工,增加了施工成本。通过BIM技术的可视性、参数化、智能化特性进行事先预警、及时协调,减少因技术错误或沟通错误造成的施工成本增加;(3)进度优化是进度控制的关键,基于BIM技术可实现进度计划与工程构件的动态链接,通过甘特图、网络图及三维动画等多种形式直观表达进度计划和施工过程,将多种施工及工艺方案的可实施性进行对比,最终选择可行方案。同时,通过实时跟踪、对比计划和实际进度,及时纠偏,保证项目工期目标;(4)工程质量的高效管理。BIM技术实质上充当了“样板工程”的作用,通过BIM模型将质量要求、施工工艺、操作要点等质量信息输入模型,通过模型浏览实现高效流转。也可将现阶段现场出现的质量问题输入模型,打破常规的文字记录方式,通过更直观、形象的方式进行纠偏,提高质量意识;(5)安全文明施工管理。传统的安全管理、危险源的判断和防护设置要依靠管理人员的经验和责任心,而BIM技术在安全管理方面能发挥事半功倍的作用,从场容场貌、脚手架及支撑体系、机械设备等多方面建立安全文明施工管理三维模型图,从而更精确地指导现场安全文明施工;(6)资源计划及成本管理。资源及成本计划是项目核心,通过BIM模型计算、模拟和优化项目各阶段的劳务、材料、设备等需求量,建立可行、有效合理的劳动力计划、资源需求计划、机械设备使用计划等,从而精确指导施工,达到精细化管理。在阶段性施工过程中,及时将分包结算、资源消耗、机械设备计算定期进行支出统计,将实际成本及时统计和归集,与预算成本、合同收入进行三算对比分析,及时掌握项目超支和盈亏情况,对亏损项目及时分析,并制订纠偏措施,有效实现成本动态管理,最终实现经济效益最大化。

5 结语

“万丈高楼平地起”是对我国建筑业30年来迅猛发展的准确概括,在建筑数量和高度不断刷新的同时,平面形状和空间体型日趋复杂化,与之匹配的结构型式亦呈多样化发展。框架剪力墙结构合理利用土地资源,综合了单纯框架结构和剪力墙结构的优势,得到了快速发展。但框架剪力墙结构工程量大、工序工艺多且繁杂,施工周期较长,若采用常规技术进行施工,社会效益和经济效益均较低。结合多年施工经验,对铝合金模板及其支撑体系、附着式整体爬升脚手架、绿色高性能混凝土、BIM技术等新材料、新技术应用在框架剪力墙结构中的价值进行探讨,结果表明,新技术、新材料应用于框架剪力墙结构中,不仅可以保证工期节点,还可以提高安全、质量管理水平,社会效益和经济效益显著,可供同类工程参考。

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