鋼筋桁架疊合樓板提效性分析*

[摘要] 隨著裝配式建筑發(fā)展，鋼筋桁架疊合樓板作為裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)中重要的水平構(gòu)件得到了大規(guī)模推廣和應(yīng)用，期間也暴露出很多問題。在研究如何提高鋼筋桁架疊合樓板的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和安裝施工效率的同時(shí)保證施工質(zhì)量，對(duì)疊合樓板的拼縫形式、構(gòu)造方式、生產(chǎn)模式和安裝優(yōu)化進(jìn)行詳細(xì)剖析，形成高效的鋼筋桁架疊合樓板標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工業(yè)化生產(chǎn)和機(jī)具化施工系統(tǒng)。

[關(guān)鍵詞] 建筑工業(yè)化；裝配式建筑；疊合樓板；鋼筋桁架；密拼；高效施工；大空間；免支撐

[中圖分類號(hào)]TU37；TV344

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1002-8498（2019）04-0000-00

Analysis on the Efficiency Improvement of Reinforced Truss Composite Assembled Slab

FAN Hua1，DING Hong2

（1.Shanghai Baoyue Real Estate Development Co.，Ltd.，Shanghai 201107，China；

2.Shanghai Zibao Residential Industry Co.，Ltd.，Shanghai 201107，China）

Abstract: With the development of prefabricated buildings, precast reinforced concrete truss slabs have been widely promoted and applied as important horizontal components in the assembly of monolithic concrete structures, and many problems have been exposed during the period. How to improve the efficiency, quality and quality of the design, production and installation of reinforced concrete truss laminates are focused. The detailed analysis of the joint form, construction mode, production mode and installation optimization of the laminated slab is carried out, aiming at the formation of high-efficiency reinforced concrete truss laminated floor standard design, industrial production and machine construction system.

Key words:

building industrialization;

prefabricated building;

composited assembled slab;lattice girder;dense docking;

efficient construction;large-space;

free supporting

0.引言

近幾年，我國裝配式建筑蓬勃發(fā)展，各類裝配式結(jié)構(gòu)體系研究和應(yīng)用日趨成熟，但施工質(zhì)量、施工安全問題也時(shí)有發(fā)生，對(duì)裝配式建筑的發(fā)展造成負(fù)面影響。因此，提高預(yù)制構(gòu)件各階段安裝效率、施工質(zhì)量和安全的同時(shí)降低成本，是下階段建筑行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

當(dāng)下，裝配式建筑的發(fā)展仍存在眾多不完善、待提高的環(huán)節(jié):

設(shè)計(jì)工具落后

傳統(tǒng)二維 CAD 制圖方式仍占主導(dǎo)，沒有清晰的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)理念，各項(xiàng)目間的設(shè)計(jì)方式相互參考，缺少改進(jìn)，導(dǎo)致后續(xù)生產(chǎn)復(fù)雜、效率低下。

構(gòu)件生產(chǎn)環(huán)節(jié)

相比國外，國內(nèi)大部分構(gòu)件廠的生產(chǎn)設(shè)備仍處于落后水平，信息化、數(shù)據(jù)化和自動(dòng)化程度較低，且國內(nèi)暫無與之匹配的設(shè)計(jì)工具，無法打通設(shè)計(jì)到生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)鏈傳遞，進(jìn)一步導(dǎo)致整體工業(yè)化水平不高，仍以手工加半機(jī)械化的方式生產(chǎn)。

施工環(huán)節(jié)預(yù)制構(gòu)件支撐體系不完善

仍采用傳統(tǒng)滿堂腳手架作業(yè)方式，既低效，也喪失了裝配式構(gòu)件的快速組裝優(yōu)勢(shì)。臨時(shí)支撐缺少足夠的計(jì)算分析，往往造成耗材大又不安全的后果，近期發(fā)生的裝配式建筑施工安全事故就是典型案例。

1.低效原因分析及對(duì)策

1.1 設(shè)計(jì)分析

當(dāng)前疊合樓板主要設(shè)計(jì)為后澆型疊合樓板，等同現(xiàn)澆的計(jì)算原理進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。較為常見的設(shè)計(jì)方式為如圖1所示的后澆型連接節(jié)點(diǎn)[１] 。

此類疊合樓板設(shè)計(jì)時(shí)一般采用傳統(tǒng) CAD 或信息化設(shè)計(jì)軟件制圖，但兩者區(qū)別不大，因?yàn)椴捎猛馍熹摻钚问降寞B合樓板即使采用信息化設(shè)計(jì)軟件和生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)設(shè)備也無法抓取邊模，從而改用人工固定齒模方式，信息化設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)無法使用。

因此，若不從設(shè)計(jì)源頭完善構(gòu)件設(shè)計(jì)方式，后端生產(chǎn)設(shè)備、施工工藝都不能發(fā)揮其高效性，先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備形同虛設(shè)。

1.2 生產(chǎn)分析

國外疊合樓板生產(chǎn)多采用自動(dòng)化流水線，其批量化生產(chǎn)很大程度得益于疊合樓板側(cè)邊不出鋼筋的密拼型設(shè)計(jì)，可以高效利用機(jī)械手抓取磁性邊模支模( 見圖2) 。同時(shí)，配合成型鋼筋網(wǎng)片加工設(shè)備、桁架鋼筋鋪設(shè)設(shè)備、預(yù)埋件定位布置設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)疊合樓板全自動(dòng)生產(chǎn)。

現(xiàn)階段疊合樓板大部分采用后澆型連接設(shè)計(jì)，疊合樓板外伸鋼筋導(dǎo)致構(gòu)件邊模布置無法利用機(jī)械手，生產(chǎn)工人需根據(jù)疊合樓板出筋間距、出筋長度選取適用的齒模，并在模臺(tái)上進(jìn)行定位固定，自動(dòng)化流水線運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下，以上是導(dǎo)致諸多構(gòu)件廠產(chǎn)量無法提升的主要原因。由實(shí)際生產(chǎn)效率對(duì)比可知，自動(dòng)化生產(chǎn)高出手工生產(chǎn)4倍以上。構(gòu)件供應(yīng)作為裝配式建筑高效施工的基礎(chǔ)，生產(chǎn)效率直接影響施工效率。

此外，由于預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸時(shí)最/大寬度的限制，兩側(cè)鋼筋外伸導(dǎo)致疊合樓板的實(shí)際寬度變小，單位車輛運(yùn)輸構(gòu)件量也變小，降低了運(yùn)輸效率。

1.3 施工分析

裝配式建筑施工的高效性主要影響因素有塔式起重機(jī)、支撐和模板。做到塔式起重機(jī)利用高效、支撐便捷、模板使用少，施工效率也就相應(yīng)提高。

目前樓板的設(shè)計(jì)方式導(dǎo)致疊合樓板吊裝時(shí)，外伸鋼筋極容易和樓板周邊的梁箍筋、墻板鋼筋和樓板鋼筋發(fā)生碰撞，每塊樓板的吊裝需耗費(fèi)大量時(shí)間調(diào)整鋼筋，長時(shí)間占用塔式起重機(jī)，利用率低下。后澆型樓板會(huì)產(chǎn)生大量樓板拼縫，需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行支模處理。后澆區(qū)支模方式主要分為撐模和吊模:撐模即采用底部支架撐起模板，類似現(xiàn)澆樓板方式；吊模通過疊合樓板本身懸吊模板( 見圖3) 。預(yù)埋式模板連接時(shí)由于施工精度不夠容易導(dǎo)致拼縫不平、模板下墜、預(yù)埋螺栓定位偏差、拼縫蜂窩麻面等諸多問題；而穿拉式模板連接時(shí)則需將拉桿與上部鋼筋焊接固定，澆筑完成后切除剩余穿拉鋼筋，施工復(fù)雜且難度較大，質(zhì)量難以保證。

1.4 對(duì)策分析

目前，國內(nèi)對(duì)于密拼型疊合樓板的試驗(yàn)研究及項(xiàng)目應(yīng)用發(fā)展較快。同濟(jì)大學(xué)、浙江大學(xué)、中國建研院、寶業(yè)集團(tuán)等高校、研究院和企業(yè)均對(duì)此進(jìn)行了系統(tǒng)性試驗(yàn)研究，各類試驗(yàn)結(jié)論都證明了密拼型疊合樓板的可行性[2]。同時(shí)，上海寶業(yè)惠南新市鎮(zhèn)23號(hào)樓、合肥青年城地下車庫、江西南昌航信大廈等項(xiàng)目均采用了如圖4所示的密拼型疊合樓板連接節(jié)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)性能、防水性能、全流程高效性都得到了有力證明[3]。后澆型與密拼型疊合樓板拼縫如圖5所示。

根據(jù)已有的500萬平方米裝配式建筑項(xiàng)目實(shí)踐，結(jié)合近幾年開展的相關(guān)試驗(yàn)研究，裝配式建筑應(yīng)形成高效鋼筋桁架疊合樓板標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工業(yè)化生產(chǎn)和機(jī)具化施工體系，從而達(dá)到高效施工的目的。

2.高效設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工體系

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

高效設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，并非按照現(xiàn)有規(guī)范和圖集進(jìn)行模數(shù)化構(gòu)件設(shè)計(jì)，而是根據(jù)項(xiàng)目戶型設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)備、運(yùn)輸條件等邊界條件，選擇合適的規(guī)格尺寸，采用信息化設(shè)計(jì)工具進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，從而達(dá)到高效設(shè)計(jì)的目的。

國家課題示范項(xiàng)目上海青浦新城63A03A地塊項(xiàng)目采用德國進(jìn)口全自動(dòng)流水線，流水線模臺(tái)尺寸為12.50m×3.20m，邊模寬度為80mm。利用信息化設(shè)計(jì)工具時(shí)，有“全板”和“半板”2種疊合樓板設(shè)計(jì)方式，“全板”為疊合樓板寬度2.5m（見圖6a），符合交通運(yùn)輸最/大寬度限制，“半板”則根據(jù)流水線模臺(tái)寬度確定，在上述流水線模臺(tái)尺寸下，該“半板”寬度為1.56m（見圖6b）。

由圖6可知，根據(jù)流水線模臺(tái)尺寸，合理利用“半板”方式進(jìn)行疊合樓板的拆分設(shè)計(jì)，可以將模臺(tái)利用最/大化，避免產(chǎn)生過多閑置區(qū)域。但是“半板”設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致疊合樓板構(gòu)件數(shù)量增加，從而增加現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)吊裝工作。因此，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)時(shí)仍應(yīng)盡量采用“ 全板”設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合戶型尺寸靈活配比“ 半板”，為高效生產(chǎn)做鋪墊。

2.2 工業(yè)化生產(chǎn)

高效生產(chǎn)的工業(yè)化首先要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，否則所有后續(xù)的生產(chǎn)組織、材料控制、堆放貯存等無法實(shí)現(xiàn)，單純靠人工作業(yè)、個(gè)人素質(zhì)和技術(shù)水平，既無法實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件量產(chǎn)，也無法保證構(gòu)件質(zhì)量。

現(xiàn)階段大部分預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)單位采用人工作業(yè)為主，一方面原因是大部分裝配式建筑項(xiàng)目在設(shè)計(jì)端數(shù)據(jù)缺失，導(dǎo)致后續(xù)環(huán)節(jié)沒有數(shù)據(jù)源采集而無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，另一方面則是進(jìn)口自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備初期成本投入較高，而國產(chǎn)設(shè)備技術(shù)水平仍在發(fā)展階段，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化率不高。針對(duì)目前普遍存在的數(shù)據(jù)傳輸問題，已有相應(yīng)軟件開發(fā)和設(shè)備加工企業(yè)合作，并在數(shù)據(jù)傳輸方面取得了一定成果。如何進(jìn)行有效排版，提高單位模臺(tái)的覆蓋率和產(chǎn)量，是高效生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，生產(chǎn)單位應(yīng)及時(shí)介入，提出符合工廠模臺(tái)生產(chǎn)的意見，供設(shè)計(jì)單位參考。此外，構(gòu)件混凝土澆筑方量控制、齒模漏漿控制、鋼筋網(wǎng)片應(yīng)用及如圖7所示的四邊不出筋疊合樓板應(yīng)用，均可提高生產(chǎn)效率。

堆放貯存亦是目前亟需改進(jìn)的環(huán)節(jié)，圖8所示為2種貯存方式。“抓中藥”式的貯存方式一大弊端是造成施工吊裝雜亂，無法及時(shí)鎖定取吊相應(yīng)構(gòu)件，同時(shí)預(yù)制構(gòu)件的選取和轉(zhuǎn)運(yùn)造成大量時(shí)間和能源的耗費(fèi)。相比之下套裝式的貯存方式則更加合理，根據(jù)構(gòu)件編號(hào)和吊裝順序成套堆放構(gòu)件，按照施工進(jìn)度實(shí)時(shí)按批發(fā)貨，有效提高構(gòu)件廠儲(chǔ)運(yùn)效率及施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝效率，發(fā)揮了生產(chǎn)到施工環(huán)節(jié)的紐帶作用。

2.3 機(jī)具化施工

高效施工的機(jī)具化，是要盡量利用工具化模板、支撐體系、爬升式腳手架等一系列系統(tǒng)化的施工工具，達(dá)到提效率、降成本、減能耗的目的。

單點(diǎn)三角支撐輔以木工字梁的支撐體系相比滿堂支撐體系，具有安裝拆卸簡單、支撐穩(wěn)定、標(biāo)高可控、場(chǎng)地占用率低的優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)明確的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，可準(zhǔn)確計(jì)算支撐間距[４] ，確保疊合樓板施工階段預(yù)制樓板不發(fā)生變形和開裂，施工效率可較滿堂支撐形式高1倍以上。

以江西南昌航信大廈示范項(xiàng)目為例，設(shè)計(jì)階段采用大空間設(shè)計(jì)理念，取消預(yù)制次梁，增加樓板厚度，對(duì)結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行優(yōu)化，形成大板化疊合樓板，減少了總體構(gòu)件數(shù)量，從而降低施工現(xiàn)場(chǎng)的吊裝工作。

通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，各類構(gòu)件均大幅減少，構(gòu)件數(shù)量降低了41%（見圖9），由于尺寸開間加大，大板化預(yù)制構(gòu)件應(yīng)用量也大幅提高，單塊預(yù)制疊合樓板面積≥15m有326個(gè)，約為59%，為構(gòu)件的高效生產(chǎn)和施工提供了有利條件。

施工階段疊合樓板跨度<6m以下采用4點(diǎn)起吊方式，跨度≥6m屬于大型預(yù)制樓板，采用8點(diǎn)起吊方式，安放在間距1.0~1.5m的單點(diǎn)三角支撐輔以木工字梁支撐體系上，保證疊合樓板在澆筑階段不開裂（見圖10）。此外，由于采用了密拼型疊合樓板連接，拼縫處采用具有無收縮、抗裂、防水等性能的專用水泥砂漿進(jìn)行填縫處理，保證疊合樓板施工的流暢性，避免后期拼縫修補(bǔ)處理工作。

3.EPC系統(tǒng)工程

裝配式建筑是一個(gè) EPC 系統(tǒng)工程，由多個(gè) EPC 子系統(tǒng)工程組成，包括主體結(jié)構(gòu)、內(nèi)裝、幕墻、機(jī)電等。其中主體結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)由樓板系統(tǒng)、墻板系統(tǒng)、梁柱系統(tǒng)等組成。

本文目前僅對(duì)主體結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)中的樓板系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工分析，仍存在大量需要優(yōu)化改進(jìn)的空間。對(duì)于主體結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)中的墻板系統(tǒng)，其預(yù)制墻板結(jié)構(gòu)體系、套筒灌漿技術(shù)、幕墻連接技術(shù)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方式等，都存在極大的改進(jìn)空間。因此裝配式建筑的提效必須關(guān)注各子系統(tǒng)，將各子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)體系進(jìn)行提升和完善，才能推動(dòng)裝配式建筑整體 EPC 工程發(fā)展。

4.結(jié)語

對(duì)鋼筋桁架疊合樓板在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工方面的問題及對(duì)策進(jìn)行分析，同時(shí)結(jié)合諸多項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)疊合樓板控制要點(diǎn)主要有以下建議。

１) 桁架疊合樓板應(yīng)重視生產(chǎn)和施工環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)端充分考慮生產(chǎn)和施工效率，靈活調(diào)整構(gòu)件尺寸及連接方式。

２) 完善疊合樓板的標(biāo)準(zhǔn)體系，一套標(biāo)準(zhǔn)無法適用所有項(xiàng)目，應(yīng)根據(jù)不用項(xiàng)目特征、生產(chǎn)條件采用合理標(biāo)準(zhǔn)體系。

３) 建立高效設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工系統(tǒng)，結(jié)合各子系統(tǒng)工程，以 EPC 模式提高裝配式建筑的工業(yè)化建造效率。