裝配式停車樓建造關(guān)鍵技術(shù)
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周光毅，張廣韜，白 羽，孫振宇，黃 巍，趙傳瑩
（中國建筑第八工程局有限公司大連分公司，遼寧大連 116021）
[摘要]系統(tǒng)闡述了全國首例裝配式停車樓施工的難點(diǎn)及特點(diǎn)，從建筑結(jié)構(gòu)體系研究、建筑結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)、裝配式施工三方面人手進(jìn)行了概述性介紹，同時(shí)將施工過程中出現(xiàn)的問題及解決方案進(jìn)行了總結(jié)歸納，首次提出了一套完整的裝配式大跨結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[關(guān)鍵詞]裝配式；設(shè)計(jì)；于式連接；模具；安裝；灌漿
[中圖分類號]TU741 [文章編號]1002-8498( 2016)04-0023-04
近年來，由于裝配式結(jié)構(gòu)符合國家綠色發(fā)展的導(dǎo)向，具有建造速度快、美觀適用、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，預(yù)制裝配式在我國迅速發(fā)展，裝配式結(jié)構(gòu)與保障性住房的結(jié)合有效促進(jìn)了裝配式結(jié)構(gòu)的推廣。而由住宅類建筑向大跨度公共建筑延伸需要滿足大跨度、大空間、重荷載、標(biāo)準(zhǔn)化的需求，其建造技術(shù)的研究和實(shí)踐具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
本文以中國第一汽車集團(tuán)公司技術(shù)中心乘用車所建設(shè)項(xiàng)目——裝配式停車樓工程為載體，結(jié)合設(shè)計(jì)、施工過程中遇到的難題及處理經(jīng)驗(yàn)，從建筑結(jié)構(gòu)體系研究、建筑結(jié)構(gòu)與深化設(shè)計(jì)、裝配式施工三方面人手，系統(tǒng)全面地對此類大型裝配式公共建筑關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，提出了一些施工難題的解決方案和措施，對今后此類工程的施工具有一定的參考價(jià)值。
1 工程概況
全國首例預(yù)制裝配式停車樓建筑總占地面積11 583. 04m2，抗震設(shè)防烈度為7度，地下部分為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，地上部分采用預(yù)制裝配式大跨雙T板一剪力墻結(jié)構(gòu)體系，總建筑面積78 834. 64m2，共7層，建筑高度24m。1層層高4.5m，2~7層層高3.2m，整個(gè)停車樓分南樓、北樓2棟，樓長約100m，寬約100m。該樓裝配率達(dá)95%以上。車位沿剪刀型坡道雙向布置，可停放2 508輛轎車（見圖1）。
2 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)
2.1 結(jié)構(gòu)體系選擇及深化設(shè)計(jì)優(yōu)化難度大
要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)形式選擇與建筑功能劃分協(xié)調(diào)，在確保結(jié)構(gòu)受力及抗震性能的前提下，需形成大跨度、大開間、模數(shù)化、重載荷的結(jié)構(gòu)體系，并且要便于實(shí)現(xiàn)雙向坡道和車位的靈活合理布置和工廠化生產(chǎn)。結(jié)構(gòu)體系選擇及設(shè)計(jì)方面缺乏相關(guān)的借鑒經(jīng)驗(yàn)。而對于豎向及水平構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)形式不僅直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)也制約著建造過程中的安裝效率，急需在現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)上尋求突破。
2.2裝配化程度高，PC構(gòu)件“三超一多”，生產(chǎn)精度要求高
受停車樓建筑特點(diǎn)制約，除樓板疊合層采用80mm厚現(xiàn)澆混凝土外，其余墻、梁、板、樓梯結(jié)構(gòu)均采用預(yù)制構(gòu)件，裝配率達(dá)95%，PC構(gòu)件“三超一多”即超長、超大、超重，類型多，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)精度（插筋定位、套筒定位、螺栓孔定位）要求高，給相關(guān)PC構(gòu)件生產(chǎn)工藝提出了新要求（見圖2）。
2.3結(jié)構(gòu)安全性要求高，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)難度大，可借鑒經(jīng)驗(yàn)少
本工程豎向構(gòu)件1 362個(gè)、水平構(gòu)件2 148個(gè)，連接節(jié)點(diǎn)32 650個(gè)，如何在保證結(jié)構(gòu)安全性能的前提下，使各構(gòu)件傳力路徑和組合方式最合理、安全性能最優(yōu)，并能夠滿足預(yù)埋件精度定位、安裝效率高和標(biāo)準(zhǔn)化加工，是節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)的一大難題。
2.4成品保護(hù)要求高，運(yùn)輸難度大
墻、板、梁、柱等構(gòu)件多達(dá)3 780余塊，外墻為清水混凝土，成品保護(hù)要求較高，加之構(gòu)件大多超限，對運(yùn)輸車輛選擇、構(gòu)件支承、固定方式、裝卸車吊點(diǎn)布置及人員協(xié)調(diào)的難度大。
2.5施工環(huán)境復(fù)雜，構(gòu)件安裝施工精度要求高，安裝難度大
裝配式大跨雙T板-剪力墻結(jié)構(gòu)是根據(jù)我國結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及停車樓特點(diǎn)提出的一種新型結(jié)構(gòu)體系，如何確定合理的安裝方案、達(dá)到安全高效的目的，是安裝階段面臨的主要難題。同時(shí)，由于豎向構(gòu)件采取2層一預(yù)制，下層牛腿對應(yīng)雙T板安裝不能豎向下落，只能從上下層牛腿間平吊穿板，而水平結(jié)構(gòu)與豎向結(jié)構(gòu)間安裝空隙僅為25mm，極大地增加了吊裝難度。同時(shí)，構(gòu)件連接采用套筒連接和螺栓連接，允許誤差需控制在2mm以內(nèi)，對構(gòu)件安裝施工精度要求極高，即使在PC構(gòu)件生產(chǎn)精度能夠保證的前提下，也還需對吊裝過程嚴(yán)格控制，預(yù)制構(gòu)件在安裝定位過程中的精度控制難度較大。
3建造關(guān)鍵技術(shù)
3.1裝配式大跨雙T板一剪力墻結(jié)構(gòu)停車樓體系設(shè)計(jì)
考慮大空間及模塊化的建筑功能要求，以剪刀梯式雙坡道建筑布局為基礎(chǔ)，確定最合理的結(jié)構(gòu)布置、抗側(cè)力體系組合、傳力途徑及節(jié)點(diǎn)連接方式等，最終形成了裝配式大跨雙T板．剪力墻結(jié)構(gòu)停車樓結(jié)構(gòu)體系（見圖3），滿足了大跨度、大空間、模塊化、重荷載的使用功能需求，更利于高強(qiáng)混凝土和高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用。剪刀梯式雙坡道建筑布局比傳統(tǒng)8m柱網(wǎng)車庫節(jié)約建筑面積30%，較平面停車場能提高75%空間利用率，相比鋼結(jié)構(gòu)在綜合造價(jià)、結(jié)構(gòu)耐久性方面具有更大優(yōu)勢。
豎向構(gòu)件主要為預(yù)制混凝土剪力墻和柱，平面x向和y向都有布置；水平構(gòu)件主要為預(yù)制預(yù)應(yīng)力雙T板、預(yù)制倒T梁和預(yù)制連梁；預(yù)制雙T板板頂現(xiàn)場澆筑80mm厚現(xiàn)澆混凝土疊合層，加強(qiáng)樓屋蓋的自身剛度和整體性，增強(qiáng)各預(yù)制柱及預(yù)制剪力墻在平面內(nèi)的聯(lián)系。
豎向荷載作用在樓、屋蓋上主要通過預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板傳遞力，再通過豎向構(gòu)件上預(yù)留的預(yù)制混凝土牛腿將豎向力傳遞給預(yù)制混凝土剪力墻或通過預(yù)制梁傳遞到預(yù)制柱上。水平方向則通過現(xiàn)澆疊合層以及預(yù)制雙T板頂?shù)念A(yù)埋件與預(yù)制剪力墻埋件的鋼板焊接件傳遞應(yīng)力。
為大幅度減少現(xiàn)場濕式作業(yè)，減少構(gòu)件數(shù)量、灌漿節(jié)點(diǎn)，提高安裝速率，首次在預(yù)制結(jié)構(gòu)墻．梁、板一墻、梁一柱、樓梯等連接中采用了“干式連接”技術(shù)，并對結(jié)構(gòu)體系及節(jié)點(diǎn)受力進(jìn)行充分的分析驗(yàn)證（見圖4）。
采用ETABS軟件進(jìn)行多遇地震下的反應(yīng)譜及彈性時(shí)程分析，以指導(dǎo)構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；采用ABA Q.US軟件進(jìn)行罕遇地震下的動(dòng)力彈塑性分析，以觀察結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)及指導(dǎo)抗震性能設(shè)計(jì)。
在此基礎(chǔ)上以構(gòu)件實(shí)際配筋及節(jié)點(diǎn)連接方式為依據(jù)，采用ABAQUS軟件進(jìn)行多遇地震與罕遇地震下的時(shí)程分析，以驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的整體抗震性能及節(jié)點(diǎn)可靠性。驗(yàn)證數(shù)據(jù)證明，本體系滿足結(jié)構(gòu)抗震安全要求。
3.2裝配式大跨雙T板，剪力墻結(jié)構(gòu)停車樓深化設(shè)計(jì)
針對裝配式大跨雙T板一剪力墻停車樓結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以簡化構(gòu)件安裝次數(shù)、提高施工效率為原則，通過合理深化拆分，將一層整體劃分一個(gè)吊裝豎向單元段進(jìn)行拆分，x向抗側(cè)力構(gòu)件單層拆分，其他y向抗側(cè)力構(gòu)件2～7層采用兩層一預(yù)制構(gòu)件拆分技術(shù)（見圖5），共減少構(gòu)件數(shù)量和灌漿節(jié)點(diǎn)各1 000多個(gè)、提高了安裝效率，大大縮短了工期。
3.3多類型PC構(gòu)件生產(chǎn)施工技術(shù)
受坡道、特殊位置構(gòu)件的拆分、節(jié)點(diǎn)連接等因素影響，造成部分構(gòu)件類型多樣，鋼模板投入量較大。為解決這一施工難題，本項(xiàng)目采用組合式鋼模具，實(shí)現(xiàn)了一模具生產(chǎn)多種類型構(gòu)件的目的，提高了模具的通用性，達(dá)到了拆裝方便、一模多用，提高工效的效果。
針對坡道位置墻板牛腿標(biāo)高不一、類型多樣的情況，創(chuàng)新應(yīng)用了組合式可調(diào)牛腿型墻板模板（見圖6），通過在3. 5m×9.0m的模臺上開凹形牛腿洞，使模板面牛腿位置固定不變，調(diào)整邊模的位置，同時(shí)調(diào)整上部可拆卸移動(dòng)牛腿定位架的位置，實(shí)現(xiàn)一模臺生產(chǎn)多塊墻板，提高了模具的通用性，并通過采用插筋定位器、套筒固定組件等措施，解決了精準(zhǔn)定位施工難題。
雙T板模具通用性設(shè)計(jì)加工難度較大，如不能解決端頭截面變化、雙T變單T、多模位一次性張拉等問題，會(huì)造成一次性模板投入量過多，周轉(zhuǎn)率降低，施工效率降低、成本增加。本工程以多組合、少拆模、脫模簡單為原則進(jìn)行鋼模板設(shè)計(jì)與制作，采用多功能組合式可調(diào)型雙T板模板體系，通過采用一種可調(diào)節(jié)端部模板的通用性模具，達(dá)到雙T板構(gòu)件改變長短的目的，同時(shí)將端頭側(cè)模拆卸組裝成3部分，根據(jù)端頭變截面形式，任意變換，最終達(dá)到一模多用、便于拆卸的效果。
通過將端頭側(cè)模板優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合構(gòu)件生產(chǎn)工藝，將端頭模板拆分成3段，分為端頭肋壓板、端頭肋連接板、端頭底座定位穿孔板，此3個(gè)組件可拆分、可組合，采用螺栓進(jìn)行連接，便于施工操作。其中，端頭肋壓板用于控制封堵翼緣板側(cè)的定位，端頭肋連接板用于控制肋梁的定位，同時(shí)起連接以上2個(gè)組件的作用，最后根據(jù)構(gòu)件截面形式，選擇與之截面對應(yīng)的端頭底座穿孔板進(jìn)行替換，達(dá)到改變端頭截面的目的，大大減少了側(cè)模板的加工量。
3.4 大型異形構(gòu)件專項(xiàng)運(yùn)輸技術(shù)
針對構(gòu)件超長、超大、超限的特點(diǎn)制定不同的構(gòu)件支撐方式及加固措施，以保證運(yùn)輸過程中的安全性及構(gòu)件成品保護(hù)。通過在車底用工字鋼焊制鋼架，增加車底整體剛度，同時(shí)枕木長度應(yīng)比構(gòu)件邊緣短50mm，減小與墻板構(gòu)件角部的接觸，并在枕木與構(gòu)件間加設(shè)1層硬質(zhì)橡膠墊，防止墻板構(gòu)件與枕木接觸造成掉角及污染。
本工程雙T板長度大、翼緣板薄，運(yùn)輸過程中剪力的破壞作用更為明顯，所以同樣要將車底用工字鋼焊制鋼架，增加車底整體剛度，對于雙T板的墊方，下層雙T板墊方采用通長木方，墊方放置在吊環(huán)對應(yīng)位置肋梁處，上層雙T板采用獨(dú)立短木方，防止運(yùn)輸過程由于顛簸，木方對翼緣板邊緣擠壓造成翼緣板開裂甚至破壞，并保證上層木方與下層木方位置一致，木方與肋梁接觸位置加設(shè)硬質(zhì)橡膠墊。具體運(yùn)輸如圖7所示。
3)構(gòu)件堆放時(shí)應(yīng)滿足先吊的后進(jìn)，后吊的先進(jìn)，先吊的置頂，后吊的置底原則，盡量減少2次搬運(yùn)，遵循雙T板不超過3層，墻板類構(gòu)件不超過5層的堆放原則，2層及以上的構(gòu)件堆放枕木禁止采用通長枕木，上下枕木保證在同一直線上，并與吊點(diǎn)位置一致。
3.5 復(fù)雜工況下大型PC構(gòu)件安裝技術(shù)
3.5.1設(shè)備選擇
本工程吊裝施工工況復(fù)雜，鄰近建筑物間隔僅200mm，存在交叉作業(yè)，影響大型機(jī)械站位和施工，且起重機(jī)和運(yùn)輸車輛行走站位需考慮保證結(jié)構(gòu)安全性和合理性。同時(shí)，由于構(gòu)件體積大、質(zhì)量大，最大的構(gòu)件達(dá)到20t，最長的雙T板達(dá)到17. 25m，最遠(yuǎn)的吊裝距離達(dá)到34m，這樣對吊裝設(shè)備的選型和吊裝過程的操作提出了較高要求。針對上述情況，通過采用1臺220t和1臺130t汽車式起重機(jī)分別對南、北樓覆蓋區(qū)域進(jìn)行吊裝，同時(shí)采用1臺250t履帶式起重機(jī)作為主吊兼顧2棟樓覆蓋區(qū)域吊裝，3臺主吊裝設(shè)備共同配合完成吊裝任務(wù)。
3.5.2遞推階梯式安裝施工
由于豎向構(gòu)件采用套筒灌漿連接，吊裝過程存在灌漿技術(shù)間歇最少24h，為減少或避免套筒灌漿、坐漿料封堵等技術(shù)間歇，縮短工期，墻板采用遞推階梯式安裝施工技術(shù)，按樓層段劃分4個(gè)安裝梯段，底層率先吊裝推進(jìn)的原則，在1層、2~3層、4~5層、6~7層處形成階梯式4個(gè)吊裝單元，各吊裝單元間交替吊裝，期間平行穿插灌漿施工、坐漿料封堵，充分利用灌漿強(qiáng)度上升時(shí)間，實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，提高了施工效率（見圖8）。
豎向墻體逐漸形成階梯式穩(wěn)定結(jié)構(gòu)受力單元后，開始進(jìn)行水平構(gòu)件的安裝（雙T板、梁），雙T板安裝按先上后下的順序進(jìn)行，上層雙T板采用垂直起落方式安裝，下層雙T板利用局部形成階梯式空間，采用水平行進(jìn)式穿板安裝。為了降低施工難度，減弱碰撞強(qiáng)度和次數(shù)，吊裝時(shí)以2塊或3塊為一個(gè)整體性單元進(jìn)行穿板施工，并加強(qiáng)過程調(diào)整，保證施工質(zhì)量。
3.5.3臨時(shí)支撐措施
由于構(gòu)件連接方式特殊，采用鋼筋套筒灌漿、焊接、螺栓、后澆疊合層等多種連接方式，施工過程需要進(jìn)行大量的臨時(shí)支護(hù)，對施工操作和安全防護(hù)提出了較高要求，布置結(jié)構(gòu)位置臨時(shí)固定支撐困難，易產(chǎn)生碰撞，同時(shí)要面對大風(fēng)力、大構(gòu)件、斜坡道、交叉作業(yè)等一系列難題。為了保證吊裝過程中的安全性，通過采用可調(diào)剛性墻體支撐架實(shí)現(xiàn)了各類墻體支撐位置可調(diào)（見圖9），確保了倒退階梯式安裝的過程中構(gòu)件的臨時(shí)穩(wěn)固，同時(shí)可減少臨時(shí)支撐點(diǎn)的預(yù)埋量，節(jié)省成本。
由于本工程墻體采用“平臥式堆放”，并且多數(shù)墻體中間帶洞口，吊裝過程中需進(jìn)行翻身并且對剛度要求較高，需避免裂縫的產(chǎn)生，通過采用等效梁法計(jì)算與MIDAS數(shù)值方法分析，佐證了空中翻轉(zhuǎn)的安全性，并為同類工程墻板翻身起吊提供一定的計(jì)算依據(jù)，避免了超長構(gòu)件翻轉(zhuǎn)應(yīng)力集中造成開裂。
3.6 套筒低溫灌漿施工
套筒灌漿質(zhì)量涉及結(jié)構(gòu)的安全性，而灌漿作業(yè)要求環(huán)境溫度不能低于5℃，且強(qiáng)度增長期間灌漿料不能有受凍的情況，這意味著在北方的冬季采用套筒灌漿工藝的裝配式結(jié)構(gòu)施工將受到很大限制。本工程通過積極探索，借鑒混凝土工程冬季施工工藝，形成了套筒低溫灌漿工藝，實(shí)現(xiàn)了灌漿工藝施工期有效延長20~30d。
1)通過采用灌漿料熱拌技術(shù)保證灌漿料前期質(zhì)量。灌漿料拌合用水通過電加熱的方法，將水溫提升到30℃，保證攪拌漿料溫度，并通過控制灌漿料拌合數(shù)量保證灌漿施工溫度。
2)本工程采取創(chuàng)新的電熱保溫灌漿法進(jìn)行保溫加熱施工，通過工業(yè)電熱帶加熱升溫，棉被和塑料布包裹的方法進(jìn)行預(yù)熱和保溫，確保灌漿套筒內(nèi)的漿料溫度，使灌漿料強(qiáng)度得以保證。
3)為了灌漿時(shí)能準(zhǔn)確測量套筒內(nèi)漿料溫度，參考大體積混凝土測溫方法，灌漿前在構(gòu)件內(nèi)部放置測溫探頭，用電子測溫儀準(zhǔn)確測量其溫度；室外溫度可直接用水銀溫度計(jì)測量，二者對比實(shí)際提升15℃左右。
本工程通過采用電熱保溫灌漿法，能有效地提升溫度10 ℃以上，保證了構(gòu)件連接套筒灌漿施工質(zhì)量，使東北地區(qū)延長施工時(shí)間1個(gè)月以上，加快了施工進(jìn)度，擴(kuò)大了套筒灌漿施工的適用條件，對類似結(jié)構(gòu)的低溫灌漿施工有一定的參考意義。
4 結(jié)語
裝配式停車樓施工技術(shù)作為一種新穎的施工技術(shù)，具有節(jié)約成本、施工方便等優(yōu)勢，在未來的預(yù)制停車樓工程中必將得到大量的應(yīng)用。本文闡述多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)為國內(nèi)創(chuàng)新，并在長春一汽預(yù)制立體停車樓工程得到了非常成功的實(shí)施和應(yīng)用。
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