可周转全装配式混凝土临建板房设计施工技术

向 前 方思杰 俞佳航

中建三局第一建设工程有限责任公司 湖北 武汉 430040

传统的建筑施工现场办公区与生活区多以活动板房与集装箱为主，其中活动板房是以轻钢结构为骨架，以彩钢夹芯板为围护；集装箱则是以轻钢结构或集装箱结构为框架，集成各类新型节能建筑装饰材料的单元结构。这些临建设施存在以下几项缺点：抗台风能力差，传统活动板房不能承受12级以上的风荷载，可能导致临建办公室损坏、办公用品及相关资料遭到损坏，并且台风天气过后还需对破损的临建设施重新进行修复，增加了成本且延误整体工期；隔声和隔热效果差，彩钢夹芯板不能有效地隔声和隔热，从而导致室内极易受室外的噪声干扰、夏天室内温度较高、空调耗能增加、整体的办公体验较差等；防火性能差，一旦着火，难以扑灭，威胁作业人员生命安全；高浪费、低周转，其破损率高，易造成资源的浪费和垃圾的产生。

针对上述常规临建设施的缺点，结合装配式建筑的应用，开发具有更高抗风性、安全性、舒适性和高周转率的可周转全装配式混凝土临建板房结构体系，可普遍适用于所有工程项目的临建施工，尤其适用于建设周期长、对临建设施品质要求高、场内临时施工道路需进行多次转换的项目，具有广泛的推广应用前景。

1 项目概况

1）横琴新区市民服务中心项目地处广东省珠海市横琴新区港澳大道，总建筑面积13.4万 m2，为横琴新区的行政服务、办公中心。项目地处临海区域，属于台风频发区，临建设施总面积约6 700 m2，使用时间约2.5 a，使用可周转全装配式混凝土板房节约成本约93.8万元。该项目临建设施已拆除并周转至下一项目。

2）执信中学项目总用地面积21.5万 m2，总建筑面积20.3万 m2。项目涵盖了教学科研、体育运动、师生宿舍、后勤服务等功能，拟打造为功能性齐全，具有地方代表性的高级中学。项目临建总面积约4 700 m2，使用时间约2年，使用可周转全装配式混凝土板房节约成本约52.64万元。该项目临建已拆除并周转至下一项目。

2 临建房屋体系设计及深化技术

2.1 结构体系设计

采用定型化、标准化的模数和临建规格进行装配式临建房屋结构体系设计，采用“型钢框架体系＋预制混凝土构件”的结构体系（图1），按照全构件预制加工的思路，钢构件之间采用全螺栓连接，钢结构与预制混凝土整板则采用插槽式或夹片式连接，细化了钢埋件、钢柱、钢梁等大样，深化各类型预制混凝土整板尺寸及配筋。将整体结构体系深化拆分为预制混凝土基础、房屋型钢框架体系（型钢立柱＋型钢横梁）、预制混凝土墙板、预制混凝土楼板、预制悬挑走廊体系（走廊板＋走廊栏杆）、预制楼梯、预制屋顶等组成构件。同时，较常规临建板房体系具备以下优点：

图1 “型钢框架体系+预制混凝土构件”结构体系

1）全构件预制加工，实现运输、安装、拆除及周转快速、便捷。

2）采用钢筋混凝土构件和型钢框架，强度高、周转损耗率低，设计使用年限20 a，可实现多次周转使用，降低临建的建设成本。

3）采用预制钢筋混凝土墙板、楼板，其保温、隔热、隔声性能好。

4）整体结构体系按照15级台风荷载设计，抗风性能好。

2.2 构件设计及深化

2.2.1 预制基础

根据装配式临建模数特点，预制混凝土基础采用拼装式的思路进行设计，将预制混凝土基础深化为一字形、L形（图2）和T形3种类型，基础宽度1 400 mm，厚度290 mm，设置φ12 mm@150 mm双层双向钢筋，同时根据项目平面水电布置需求预留水电管线套管。预制基础通过柱脚高强螺栓与预制混凝土墙板、楼板相连形成整体。可循环全装配式临建板房设计楼层数限制为3层，要求地基承载力特征值fa≥120 kPa或处理后的复合地基承载力特征值fspk≥120 kPa。

图2 预制基础

2.2.2 框架体系

框架体系采用“预制钢立柱＋预制钢横梁”的形式，梁、柱均采用型钢结构，其中预制钢立柱采用H型钢，预制钢横梁采用工字钢，各构件之间采用“全螺栓连接”形式，预制钢立柱和相邻预制钢横梁形成可安装预制混凝土墙板的框架体系结构，其中钢立柱与预制基础连接，钢横梁与钢立柱连接，采用可拆卸连接，安拆便捷，周转效率高。

其中，型钢柱尺寸150 mm×100 mm，柱底端板设置4个M16φ18 mm螺栓孔；型钢梁尺寸为20a#工字钢，设置加劲肋板和连接夹板。

2.2.3 预制墙板、楼板、走廊板

预制墙板、楼板、走廊板均采用钢筋混凝土预制构件，采用定型化、标准化模数设计，板件吊装点位置设置2个L形加强钢筋，以满足吊装要求。同时在外侧一圈采用卷边冷弯薄壁型钢包边，降低周转破损率，满足多次周转的要求。其中墙板根据功能的需要，划分为纯墙板、开窗墙板、开门墙板、开门窗墙板4种形式，除主体钢筋外，板中1/3跨位置加设2根30 mm×4 mm角钢作为加劲肋，采用插槽的方式与框架体系（型钢立柱、型钢梁）相连接（图3）。

图3 预制墙板与框架体系插槽式连接

2.2.4 预制屋顶

预制屋顶采用坡屋面，单个单侧屋顶单元由桁架、连接梁、屋面板组拼而成，屋面板采用树脂瓦。整体通过多个单侧预制屋顶单元拼接形成整体预制屋顶，预制屋顶与预制墙板、钢立柱相连形成整体（图4）。

图4 单侧预制屋顶单元

2.2.5 水电布置

根据装配式临建各个功能间的需求和要求，在满足规范的前提下，在预制加工前完成了办公室、会议室、宿舍、厨房食堂、卫生间浴室的水电规划。

管线采用暗敷，将水电线路与结构融合设计，在工厂预制加工时即预留套管，电气线主要通过上围一圈压槽进行走线，板与墙内进行埋管接至开关或插座，从而满足办公和生活需求。

2.3 体系安全验算

针对临建房屋框架体系，取最不利工况，采用YJK-盈建科建筑结构分析与设计软件进行建模和设计计算，根据GB 50153—2008《工程结构可靠性设计统一标准》规定，按照使用年限20 a，通过计算模型和荷载模型对结构体系构件及连接节点进行验算，各项计算结果均满足要求。

3 临建房屋综合施工技术

3.1 预制构件制作

根据深化设计图纸对相关的装配式临建预制构件于预制加工厂进行加工。结合现场使用需求，形成对应的预制件加工清单，依次进行预制生产加工。

1）钢构件加工流程：采购相应型号的型钢及进场检验→清理场地→原材料初平→号料→切割→矫正→焊接→焊缝探伤检查→组装→组焊成形→检查、矫形→焊缝探伤检查→试拼装→喷丸除锈→防腐涂装→整理待运。

2）墙、板预制混凝土构件加工流程：钢副框焊接制作→结构抗裂钢筋加工及绑扎→预留预埋→混凝土浇筑→混凝土养护→强度达到设计要求后整理待运。

3.2 地基处理和预制基础安装

装配式临建的基础直接决定了装配式临建整体的稳定性、安全性及施工进度，根据地质条件的不同，装配式临建基础分为2种形式。

1）钢筋混凝土板式基础：适用于地基条件较差的情况，地基需进行相应处理，如碎石回填硬化、水泥土搅拌处理等。

2）预制拼装条形基础：适用于地基条件较好、可直接进行上部结构施工的情况，采用汽车吊进行拼装。采用预制拼装条形基础可大大节省装配式临建的施工工期，基础间采用螺栓连接，可加快后续装配式临建板房的安装施工。

考虑现场施工条件和预制加工施工情况，钢筋混凝土板式基础柱脚螺栓埋设易受混凝土浇筑影响，无法准确预留预埋，故采用后置的化学螺栓施工。而预制拼装条形基础体量较小，可以精确控制柱脚螺栓的预留预埋精度，故采用预制加工同步预留预埋的方法。

针对钢筋混凝土板式基础，先于基础处定位建筑四周角点，再放轴线和墙体定位线，根据轴线位置尺寸，确定柱脚螺栓位置；钻孔完成后，孔内灰尘清理干净，安装化学螺栓。而对于预制拼装条形基础，已于预制加工时将相关的柱脚螺栓进行预埋施工，故无须进行后置螺栓施工。

3.3 钢构件安装及预制构件吊装

待螺栓达到强度后，开始型钢柱的吊装。经核算，主要构配件质量为165～2 453 kg，采用50 t汽车吊将型钢柱起吊至柱位处，人工配合进行型钢柱就位及螺帽固定。

1）钢柱安装。待预制基础安装完成后进行型钢柱吊装，型钢柱与预制基础通过高强螺栓进行连接，过程中采用吊车＋人工配合的方式进行钢柱就位及螺帽固定。

2）墙板安装。在预制混凝土板材安装前，需对板材侧边进行清洁。按顺序安装墙、楼板，用铁扁担或吊索两点绑扎，由汽车吊吊到安装位置上空缓慢落下，由人力扶正，插入已安装好的钢结构立柱之间，按照地面上已弹好的安装位置线就位放稳，牢固固定并用撬棍、靠尺板校正墙板的位置和垂直度。

3）钢梁安装。待预制墙板安装完成后进行预制型钢横梁的安装，以便后续预制楼板的安装，型钢横梁与型钢立柱、预制墙板、预制楼板均通过高强螺栓进行连接。

4）楼板、走廊板、屋顶安装。待首层预制墙板、2层型钢梁吊装完成后进行2层预制楼板及走廊板的安装。通过楼板、走廊板板面上的4个吊点进行吊装作业，同样采用高强螺栓进行相互连接，形成整体。2层墙板、屋顶钢梁吊装同上，完成后进行屋顶型钢横梁、预制屋顶桁架、屋面树脂瓦安装。所有构件的吊点均在预制构件上预留设置。

5）填实缝隙。周边的缝隙用1∶2.5水泥砂浆填塞密实、匀平，砂浆内掺加水泥用量（质量分数）为10%的107胶。当缝隙宽大于3 cm时，应用C20细石混凝土浇筑密实。

3.4 装配式临建拆除和周转

由于装配式临建主要构件均采用高强螺栓进行连接，故拆除时只需要少量人工配合50 t吊车进行辅助吊装作业，即可逐步拆除。

拆除施工的工序流程：屋面树脂瓦拆除→屋面钢桁架拆除→2层屋面预制混凝土板吊运拆除→2层型钢梁吊运拆除→2层墙板吊运拆除→首层顶板吊运拆除→首层型钢梁吊运拆除→型钢柱吊运拆除→场地清理。

拆除完成的构件周转至下一项目的临建施工场所，重复上述步骤进行装配式临建的安装施工。

4 质量保证措施

4.1 预制构件加工、制作

1）钢筋翻样时注意节点钢筋避让关系，钢筋加工时应严格按照翻样料单和操作规程进行。混凝土浇筑和养护须严格根据规范要求进行。

2）钢平台、模具表面清理干净，脱模剂应涂刷均匀。

3）混凝土搅拌时间要适宜，一般应为1～2 min。

4）浇筑前检查拼缝，设法封堵可能漏浆的缝。

5）振捣遵循快插慢拔原则，振动棒插入到拔出时间控制在20 s为佳，插入下层5～10 cm，振捣至混凝土表面平坦泛浆、不冒气泡、不显著下沉为止。

6）新拌制混凝土必须按水泥或外加剂的性质，在初凝前振捣。

7）所有钢筋混凝土预制构件强度须达到设计强度的100%时方可进行吊装作业。

4.2 高强螺栓连接

对每一个连接接头，应先用临时螺栓或冲钉定位，为防止损伤螺纹引起扭矩系数的变化，严禁把高强度螺栓作为临时螺栓使用。对一个接头来说，临时螺栓和冲钉的数量原则上应根据该接头可能承担的荷载计算确定。紧固顺序一般从接头刚度大的地方向不受拘束的自由端进行。

5 经济效益

临建板房和装配式临建设施费用主要由材料费、运输费和安装费3个部分组成。传统的板房造价约为350元/m2（含材料费、运输费和安装费），使用周期一般不超过3年，核算造价约为每年116元/m2；而装配式临建造价约为1 200元/m2（含材料费、运输费和安装费），周转次数可达10次，设计使用年限为20 a，因此使用周期可超过20 a，按照每年成本核算为每年60元/m2，大大节约了临建施工成本。

6 结语

可周转全装配式混凝土临建板房从设计角度采用了定型化、标准化的模数及规格进行结构设计，全构件预制加工，钢构件采用全螺栓连接，钢结构与预制混凝土整板采用插槽式连接，按照15级台风进行抗风计算复核，细化钢埋件、钢柱、钢梁等大样，深化各类型预制混凝土整板尺寸及配筋，抗风、隔声、隔热、防火、安全性能好。从施工角度明确了不同地基的基础形式、结构体系安装及拆除流程，依次安装基础、钢柱、墙板、钢梁、楼板、屋面等，实现了全装配式临建板房安拆便捷、全构件多次周转、循环使用率高、环保节能的目标。

普遍推广该装配式临建板房的使用，不仅能提高建筑从业人员的幸福指数，提高临建的舒适性、安全性，还能提高抗震、抗台风性，更能促进建筑业临建的进步，在环保、社会和经济效益方面可达到理想的结果。