淺析PC—GRC在裝配式建筑中的應(yīng)用

袁衛(wèi)忠

PC是“預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)”的簡稱，是以預(yù)制混凝土構(gòu)件為主要構(gòu)件，經(jīng)裝配、連接以及結(jié)合部分現(xiàn)澆而形成的混凝土結(jié)構(gòu)。GRC是指玻璃纖維增強水泥材料，其表面質(zhì)感肌理豐富、造型百變且細膩，可模仿其他材料并克服其缺點，力學(xué)性能好，經(jīng)久耐用，但GRC多數(shù)作為非承重的建筑外裝飾圍護結(jié)構(gòu)材料。為彌補這一缺點，開發(fā)研制出PC-GRC復(fù)合材料及構(gòu)件，即在GRC內(nèi)表面澆筑一層承載能力好的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（即PC結(jié)構(gòu)），從而使這種復(fù)合的預(yù)制構(gòu)件不僅具有承重能力，且外表面質(zhì)感豐富，實現(xiàn)GRC薄涂層與PC結(jié)構(gòu)層的復(fù)合一體成型，最終實現(xiàn)多種功能的復(fù)合PC-GRC建筑產(chǎn)品。

PC-GRC作為一種新型建筑材料，對于實現(xiàn)裝飾構(gòu)造一體化和提高建筑美觀以及使用性能具有非常重要的意義。中國“十三五”規(guī)劃中，國家對綠色環(huán)保建筑產(chǎn)業(yè)提出明確導(dǎo)向，對新型建筑材料提出了更高的要求，PC-GRC在這一新的領(lǐng)域中尤其在高端快裝建筑上得到了展現(xiàn)。這一新的研發(fā)成果隨著市場的運作而獲得更廣泛的發(fā)展契機，使住宅可以全部采用工業(yè)化建設(shè)方式，開啟了住宅工業(yè)化的新時代。

1 PC-GRC的五大優(yōu)勢

（1）性能優(yōu)勢：PC-GRC利用混凝土的收縮性與鋼的張力相結(jié)合，再復(fù)合GRC所能制作出來的顏色各異、形式多樣和質(zhì)感豐富的外觀效果，使建筑物滿足承重構(gòu)造的同時，更增添了幾分美感。

（2）功能優(yōu)勢：PC-GRC不僅能和所有的建筑體系相兼容，而且能夠與各種建筑的內(nèi)外功能及構(gòu)造材料系統(tǒng)相協(xié)調(diào)。

（3）互動優(yōu)勢：PC-GRC的技術(shù)精確性是通過建筑師、工程師、制造與工程公司，還有各種材料和設(shè)備的供應(yīng)商的通力合作實現(xiàn)的。全功能性的、復(fù)合的、精確的各方觀點的交合作用始終落實在一個互動工作平臺上。

（4）互利優(yōu)勢：PC-GRC充分體現(xiàn)了外觀、結(jié)構(gòu)以及機械的特性，精確反映出材料的特性，著重控制生產(chǎn)和安裝的偏差、成本要素、技術(shù)與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。通過各方協(xié)調(diào)、互動包容，將安裝與生產(chǎn)時的產(chǎn)品損耗降到最低，產(chǎn)品質(zhì)量始終處于受控狀態(tài)，從而保障了最初目標(biāo)實現(xiàn)。

（5）設(shè)計優(yōu)勢：PC-GRC作為一種現(xiàn)代的多功能材料，無限的變化模式和造型的可塑性，讓設(shè)計師獲得了無限創(chuàng)意與靈感，工程師可以完全控制最終的立面形態(tài)，并且可以對整個生產(chǎn)過程進行追蹤。尤其PC-GRC隔熱、隔音、防火的特性，也受到了設(shè)計師與業(yè)主的青睞。

2 PC-GRC的特點

（1）PC-GRC是PC材料中最理想的表現(xiàn)形式，其顯示的是一種最本質(zhì)的建筑材料功能，體現(xiàn)的是“集裝飾與結(jié)構(gòu)于一身”的效果。

（2）PC-GRC是名副其實的綠色混凝土，實現(xiàn)了“綠色施工”、“節(jié)能環(huán)?！保洚a(chǎn)業(yè)化流水預(yù)制構(gòu)件工業(yè)化程度高，大量的建筑工序由工廠生產(chǎn)加工完成，結(jié)構(gòu)和表面裝飾質(zhì)感一體成型，預(yù)制構(gòu)件的裝配化使工程施工周期縮短，建筑物外墻無濕作業(yè)，不采用外腳手架，不產(chǎn)生落地灰塵，有效抑制了揚塵，減少了現(xiàn)場建筑垃圾，有利于環(huán)境保護。

（3）成型模具和生產(chǎn)設(shè)備一次性投入后可重復(fù)使用，耗材少，節(jié)約資源和成本費用。

（4）現(xiàn)場裝配、連接，可避免或減輕施工對周邊環(huán)境的影響；預(yù)制裝配工藝的運用，也使勞動力資源投入相對減少。

（5）采用PC-GRC材料可減少運輸、裝卸、堆放、控料過程中的各種揚塵污染，且與傳統(tǒng)施工方式相比，節(jié)水節(jié)電均超過30%。

（6）PC-GRC從材料的包裝運輸、吊裝施工都要對其進行有效防護，減少碰撞和表面破損，有利于施工單位施工技術(shù)和質(zhì)量管理水平的提高。

3 PC-GRC在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀

在當(dāng)今國際建筑領(lǐng)域，PC-GRC材料的運用形式在各國和各地區(qū)均有所不同。在我國，PC-GRC屬于一種新興的建筑材料，尚處于開發(fā)、研究、推廣、試用階段。目前，國內(nèi)掌握PC-GRC技術(shù)的設(shè)計和施工單位并不多，還需住建部牽頭組織和進行“預(yù)制裝配式建筑”產(chǎn)業(yè)化業(yè)務(wù)知識推廣和培訓(xùn)，為預(yù)制裝配式建筑工藝的完善和推廣，以及進一步探索綠色建筑產(chǎn)業(yè)化施工新途徑和現(xiàn)場施工新模式，提供更為強大的智力支撐。

4 PC-GRC對模具的要求

PC-GRC的生產(chǎn)制作對模板的要求十分嚴(yán)格，需要根據(jù)建筑物的特征進行設(shè)計定制。根據(jù)設(shè)計板塊的分割尺寸和容差，按照車間區(qū)域的整體布局，在保障下一模具環(huán)節(jié)能夠順利操作的前提下，盡可能地增大模板塊面積。模具材料根據(jù)構(gòu)件的外形和尺寸進行選擇確定，一般采用鋼模、FRP模、木模、硅膠內(nèi)置模等，采用CMC方法制作模具。PC-GRC曲面板根據(jù)板塊整體三維尺寸，利用三維定點原理、模具數(shù)控設(shè)備、CAD制圖原理按照一定間距進行分割，確定每一曲面曲線走勢和高度進行制作和控制。

所用模具必須具有足夠好的剛度，確保在PC-GRC制作及自重作用下不出現(xiàn)變形，確保模具可以重復(fù)使用，不能影響模具的尺寸和平面平整度，以保證結(jié)構(gòu)物的幾何尺寸均勻，模具的接縫和固定模具旁板的螺栓一定要嚴(yán)密，所有拐角要根據(jù)效果和脫模要求設(shè)置成圓角或倒角，垂直面可做成1：8-1：6的錐面，模具的垂直部分應(yīng)該設(shè)計成移動或可裝配式。

5 PC-GRC對面層的要求

GRC面層與PC結(jié)構(gòu)層的體積變化相一致，面層要達到28天抗壓強度不小于28MPa，吸水率小于10%（按重量計），孔隙率控制在5%～8%，面層骨料直徑根據(jù)表面效果選取，但不可大于3mm。

6 PC-GRC的脫模與養(yǎng)護要求

PC-GRC產(chǎn)品在脫模時，其抗彎強度必須達到15MPa，脫模的受力點為預(yù)埋件的吊掛點，嚴(yán)禁使用安裝受力點作為吊掛點，脫模后應(yīng)對表面瑕疵、飛邊和小型的缺棱掉角等進行修補，然后根據(jù)深化布置圖將每件PC-GRC進行相應(yīng)標(biāo)識。在修飾后，通常用潔凈而優(yōu)質(zhì)的聚乙烯薄膜將模具包住，這是防止PC-GRC中所含水分蒸發(fā)和受風(fēng)影響，同時也有助于保持水化熱。在夜間應(yīng)保持覆蓋，避免干燥，達到適當(dāng)?shù)拿撃姸?，養(yǎng)護期間PC-GRC的溫度應(yīng)保持在16℃以上，有助于初期強度發(fā)展。通過噴濕霧也可保持局部的濕度。養(yǎng)護區(qū)域應(yīng)保持一定的溫度和濕度，保證產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和耐久性。

7 PC-GRC板吊裝裝配與設(shè)備

PC-GRC板通常用平板貨車進行運輸，其構(gòu)件的包裝視構(gòu)件尺寸、形狀、類型、運輸方法、道路狀況、運送距離等因素進行設(shè)置。裝載運輸前，必須考慮構(gòu)件的安裝順序，降低轉(zhuǎn)運次數(shù)，在裝載過程中，構(gòu)件的邊角、構(gòu)件之間應(yīng)使用對構(gòu)件有緩沖和保護作用的柔性材料進行包裝，根據(jù)構(gòu)件特性，設(shè)置專用支撐架。支撐鋼支架一定要經(jīng)過力學(xué)計算，確保鋼支撐的剛度和穩(wěn)定性。構(gòu)件的綁扎采用綁扎鏈條或帆布帶綁扎加固，鏈條或帆布帶之間要填置填充料，保證運輸過程中對構(gòu)件的破壞降到最小化。

TU內(nèi)裝車采用行車、叉車進行構(gòu)件的裝配。施工現(xiàn)場裝載機械一般采用塔吊和汽吊，一字形PC-GRC構(gòu)件一般可以采用“單機兩點”吊裝法，個別L形、T形等異形墻體采用“雙機多點”吊裝，吊裝過程中需要注意協(xié)調(diào)統(tǒng)一性，如果不能一次準(zhǔn)確就位就需要再重新起吊，不可操之過急。

對于PC-GRC板吊裝設(shè)備，需注意以下三點：1）吊點位置可調(diào)；2）塔吊（汽吊）吊鉤和預(yù)制構(gòu)件重心豎向一致；3）避免吊裝過程中預(yù)制板塊傾斜，方便預(yù)制構(gòu)件就位。

8利用BIM技術(shù)，確保PC-GRC設(shè)計與施工一體化

8.1設(shè)計階段：PC-GRC基礎(chǔ)模型創(chuàng)建

運用CATIA或DP進行基礎(chǔ)模型的創(chuàng)建，利用EXCEL強大的數(shù)據(jù)功能導(dǎo)入數(shù)據(jù)結(jié)合VB、VC語言控制CATIA或DP進行基礎(chǔ)模型創(chuàng)建，運用REVIT進行建筑體量和嵌板的創(chuàng)建。

8.2工廠階段：PC-GRC加工組裝

采用RHINO+GRASSHOPPER自動形成GRC背附鋼架結(jié)構(gòu)，采用RHINO+GRASSHOPPER自動形成模具筋板線，在AUTOCAD中采用LISP編制程序?qū)δ＞邎D自動標(biāo)注。

8.3現(xiàn)場階段：PC-GRC施工測量修正

利用全站儀對關(guān)鍵測量點進行X、Y、Z三維空間定位，采用理論模型和現(xiàn)場模型預(yù)拼裝，聯(lián)動反饋，基于RHINO+GRASSHOPPER進行測量數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)展點比較，基于RHINO+GRASSHOPPER進行偏差分析，Navisworks軟件模擬不同參與方碰撞檢查，形成相關(guān)報告。

9 PC-GRC板高精度定位

PC-GRC板左右各設(shè)置標(biāo)高控制螺桿、水平調(diào)節(jié)螺桿以及斜向調(diào)節(jié)螺桿，通過調(diào)節(jié)標(biāo)高控制螺桿高度控制預(yù)制墻板的水平和標(biāo)高。水平調(diào)節(jié)螺桿、斜向調(diào)節(jié)螺桿頂部均設(shè)有可調(diào)螺紋裝置，通過旋轉(zhuǎn)桿件，可以對PC-GRC板形成推拉作用，進行平面位置和垂直度調(diào)節(jié)。

9.1水平方向定位調(diào)節(jié)

PC-GRC板通過控制線左右定位校核后，高度調(diào)節(jié)采用標(biāo)高控制螺栓，通過精密水準(zhǔn)儀來進行復(fù)核。斜撐桿的一端與PC-GRC構(gòu)件上部鉸接，另一端用固定螺絲埋入疊合樓板里以提高安全性。PC-GRC構(gòu)件進出調(diào)節(jié)采用水平調(diào)節(jié)螺桿，進出量通過鋼卷尺來進復(fù)核。

9.2垂直定位調(diào)節(jié)

PC-GRC板垂直度調(diào)節(jié)采用斜向調(diào)節(jié)螺桿，拉桿后端均牢靠固定在結(jié)構(gòu)樓板上。通過拉桿頂部的可調(diào)螺紋裝置對墻板的垂直度進行謂節(jié)。預(yù)制構(gòu)件安裝就位后，應(yīng)采取保證構(gòu)件穩(wěn)定的臨時固定措施，并應(yīng)根據(jù)水準(zhǔn)點和軸線校正位置。PC-GRC板垂直度通過經(jīng)緯儀來進行復(fù)核，每塊板塊吊裝完成后須復(fù)核，每個樓層吊裝完成后須統(tǒng)一復(fù)核。

同時，PC-GRC還可通過三維微調(diào)固定安裝，如圖所示。

10 PC-GRC構(gòu)件典型工程案例

10.1香港白石角高級住宅中心

香港白石角高級住宅中心由Foster+Partners建筑設(shè)計事務(wù)所設(shè)計，產(chǎn)品造型復(fù)雜，產(chǎn)品類型多達幾千種。作為歐標(biāo)建筑，設(shè)計師對質(zhì)量要求非常苛刻，工期也特別緊（僅為10個月），給倍立達團隊提出了很高的要求。

該工程PC-GRC構(gòu)件總量為93558m²，共387種造型模塊；最大模塊為29.5m²，重量6t。香港白石角高級住宅中心采用PC-GRC裝飾構(gòu)件一次性生產(chǎn)及安裝組合的建筑外墻新型模式，順應(yīng)了GRC作為一種裝配式裝飾混凝土形式應(yīng)用于建筑圍護結(jié)構(gòu)這一潮流趨勢。發(fā)揮了PC-GRC整體制作的拼裝功能，為大規(guī)模裝配式建筑拼裝提供了可能。

10.2唐山第三空間綜合體項目

唐山第三空間綜合體項目由中國建筑設(shè)計院總建筑師李興鋼主持設(shè)計，總建筑面積8.6萬m²。PC-GRC作為單元板，白色仿砂巖的GRC表皮質(zhì)感使復(fù)雜的建筑與結(jié)構(gòu)得到完美結(jié)合。第三空間綜合體項目設(shè)計構(gòu)思新穎，外觀和結(jié)構(gòu)獨特，是建筑師李興鋼表達其創(chuàng)新精神和人文關(guān)懷的典范之作。

11結(jié)語

PC-GRC作為一種復(fù)合材料，用機械代替人力資源投入以實現(xiàn)建筑產(chǎn)品的低成本，用工廠標(biāo)準(zhǔn)化模式生產(chǎn)代替手工操作以實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用預(yù)制PC-GRC技術(shù)施工的建筑，可以減少人力資源投入30%，減少現(xiàn)場施工模板50%，加快施工速度30%，對建筑工藝和施工技術(shù)的改革具有重要意義。

PC-GRC作為一種復(fù)合材料、一種構(gòu)造、甚至是一種“建筑”，從整個設(shè)計、制造、運輸、安裝等過程都遵從資源節(jié)約與環(huán)境友好的理念，實現(xiàn)了住宅產(chǎn)業(yè)化、生產(chǎn)工廠化、部品模塊化、裝飾構(gòu)造一體化、建筑功能集成化、生產(chǎn)安裝施工全天候化的全新建筑模式。PC-GRC是21世紀(jì)工業(yè)化與信息化在這種全新的建筑體系中得以應(yīng)用的見證，也預(yù)示著新的建筑體系——裝配式建筑的未來與第三次工業(yè)革命的際遇與契合，相信PC-GRC在未來的裝配式建筑領(lǐng)域中將會發(fā)揮更加出色的作用。