鋼結(jié)構(gòu)外掛預(yù)制夾芯保溫墻板施工技術(shù)研究

徐洪武　殷倩倩

摘 要：本文立足于裝配式建筑的施工階段。對(duì)施工技術(shù)方案進(jìn)行深入研究，優(yōu)化外掛構(gòu)件于鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接方式，嚴(yán)控外防水施工工序，工程實(shí)體質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為今后類似工程施工技術(shù)提供參考借鑒，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；節(jié)點(diǎn)連接；新工藝

1 工程綜述

1.1 工程背景

黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視裝配式建筑的發(fā)展，中央城市工作會(huì)議以來(lái)，我國(guó)裝配式建筑進(jìn)入全面發(fā)展期。大力推廣裝配式建筑，力爭(zhēng)10年左右的時(shí)間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達(dá)30%。

大力發(fā)展裝配式建筑，是產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型升級(jí)、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的必經(jīng)之路。裝配式建筑的推廣有利于節(jié)約資源能源、減少施工污染、提升勞動(dòng)生產(chǎn)效率和質(zhì)量安全水平，有利于促進(jìn)建筑業(yè)與信息化工業(yè)化深度融合，培育新產(chǎn)業(yè)新動(dòng)能，推動(dòng)化解過(guò)剩產(chǎn)能，適應(yīng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、安全、綠色、美觀的建設(shè)要求。

裝配式建筑是指采用部件部品，在施工現(xiàn)場(chǎng)以可靠連接方式裝配而成的建筑，具有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)工廠化、施工裝配化、裝修一體化、管理信息化等特征，裝配式建筑包括預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)以及混合結(jié)構(gòu)等多種類型。

1.2 工程概況

濟(jì)陽(yáng)縣第二實(shí)驗(yàn)小學(xué)擴(kuò)建工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)樓工程，建筑高度為24.60m，建筑面積10382.92m2，占地面積2025.35m2，地上五層，局部六層。本工程主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)，外墻為預(yù)制夾心保溫復(fù)合墻板，厚度為200mm（50mm+100mm+50mm），采用下托上拉形式與鋼構(gòu)件連接；預(yù)制預(yù)應(yīng)力疊合板厚40mm，上部為90mm厚現(xiàn)澆混凝土疊合層；內(nèi)墻為200厚加氣砼砌塊。本工程單體預(yù)制裝配率為85%，預(yù)制率34%。

2 施工方案研究

裝配式結(jié)構(gòu)安裝精度要求高，涉及工廠化預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)安裝等多種工序的施工。施工前應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定圖紙拆分方案，制定出預(yù)制構(gòu)件加工圖及節(jié)點(diǎn)總安裝圖，確保結(jié)構(gòu)尺寸盡量統(tǒng)一，預(yù)埋暗管和孔洞位置正確，安裝方便；確定鋼結(jié)構(gòu)及外墻板吊裝順序，嚴(yán)控鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形，確保預(yù)制構(gòu)件安裝質(zhì)量。

總體施工方案為：圍墻板和PK板鋼構(gòu)件工廠化生產(chǎn)，鋼構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)拼裝，經(jīng)驗(yàn)收合格后，逐層安裝PK板并現(xiàn)場(chǎng)綁扎上層鋼筋，澆筑混凝土；外掛墻板由外墻中間向兩側(cè)對(duì)稱，由低往高逐層安裝、固定。

外墻板施工工藝如下：鋼結(jié)構(gòu)主體框架驗(yàn)收完成→測(cè)量放線及驗(yàn)線→外掛板和連接件進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收→連墻板安裝連接件→搭設(shè)活動(dòng)腳手架→鋼梁鉆孔→安裝連接件→外掛板吊裝微調(diào)→初步固定→外掛板校核→最終固定。

3 構(gòu)件關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)技術(shù)

框架結(jié)構(gòu)中梁柱連接通常也稱為梁柱節(jié)點(diǎn)、梁柱連接、框架節(jié)點(diǎn)。主要是指框架梁與框架柱相交的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)與鄰近核心區(qū)的梁端和柱端。根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不同的連接位置。采用的框架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式不同，選用的內(nèi)柱2梁連接和外柱2梁連接可能不同；不同的連接構(gòu)造及位置也影響著節(jié)點(diǎn)的性能。 除具有較好整體性能的整澆節(jié)點(diǎn)外，根據(jù)施工技術(shù)、節(jié)點(diǎn)形式，框架節(jié)點(diǎn)常用的有預(yù)應(yīng)力技術(shù)節(jié)點(diǎn)、牛腿連接節(jié)點(diǎn)、整澆梁柱節(jié)點(diǎn)、部分現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)等[1-3]。

3.1 加芯保溫外墻板與鋼框架構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接

外墻板采用下托上拉方式與鋼梁進(jìn)行連接，其中下部托件有兩種形式，（1）U型托件，設(shè)置在一層圈梁，主要起到一層外墻板的限位和找平作用；（2）二層以上N型托件，起到承托外掛板作用，主要承載墻板重力，將外掛板重力傳遞到鋼梁、鋼柱；上部拉件有兩種形式（1）L型拉件，焊接在鋼梁下翼緣，起到固定外掛板的作用，主要承載水平力，（2）長(zhǎng)折型拉件，一端使用螺栓連接外掛板，另一端通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接鋼梁，起到固定外掛板作用，同樣主要承載外掛板接受的水平力。

3.1.1 一層U型托件連接件與外墻板連接

一層外墻板落在外圈梁頂面，一層墻板吊裝前，首先將U型托件與圈梁頂部預(yù)埋鐵板（圈梁預(yù)埋鐵板下部焊接2根直徑10鋼筋同圈梁鋼筋綁扎固定）焊接固定，然后安裝一層墻板，將一層墻板預(yù)留槽同U型件對(duì)應(yīng)安裝放置，安裝節(jié)點(diǎn)如圖1所示。

3.1.2 二層以上N型托件連接件與鋼梁、外墻板連接

本項(xiàng)目中二層以上墻板托件采用N型托件，墻板吊裝前，將N型托件使用M20高強(qiáng)螺栓與加工廠內(nèi)預(yù)埋在外墻板的套絲筒栓接，終擰固定，然后吊裝墻板至鋼梁相應(yīng)位置，將N型托件立板及肋板焊接在鋼梁上表面，安裝節(jié)點(diǎn)如圖2。

3.1.3 L型拉件連接件與鋼梁、外墻板連接

L型拉件為外墻板上部同鋼梁連接的其中一種形式，連接件在安裝槽（加工廠內(nèi)預(yù)留）內(nèi)使用M20高強(qiáng)螺栓連接在外墻板上，連接件的另一端緊貼鋼梁下翼緣焊接在鋼梁底部，安裝節(jié)點(diǎn)如圖3。

3.1.4 長(zhǎng)折型拉件連接件與鋼梁、外墻板連接

長(zhǎng)折型拉件一端為直徑30mm的橢圓形孔，一端為22mm圓形孔，將橢圓形孔端使用螺母安裝在外墻板頂部預(yù)留預(yù)埋螺栓桿上，另一端連接前，在鋼梁上翼緣內(nèi)側(cè)根據(jù)定位使用磁力臺(tái)鉆現(xiàn)場(chǎng)鉆孔，然后使用高強(qiáng)螺栓同鋼梁上翼緣內(nèi)側(cè)連接，如圖4。

3.2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)外掛板板縫防水構(gòu)造技術(shù)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)外掛板現(xiàn)場(chǎng)拼裝完成后，影響工程質(zhì)量的重點(diǎn)是外掛板水平、垂直板縫的防水處理問(wèn)題，需采取有效的防水技術(shù)措施，達(dá)到防水要求。

3.2.1 防水構(gòu)造的具體實(shí)施步驟

（1）裝配式鋼結(jié)構(gòu)外掛板在工廠內(nèi)制作過(guò)程中，水平拼接縫隙位置制作成內(nèi)側(cè)高和外側(cè)低造型構(gòu)造，內(nèi)外高低差為50mm。豎向拼接接縫制作成空腔造型構(gòu)造。

（2）水平拼縫縫隙中嵌入背襯材料（如PE棒），待背襯材料（如PE棒）全部嵌入完成后，根據(jù)填充要求填充密封膠，槍嘴直徑應(yīng)小于注膠接口厚度，注膠應(yīng)緩慢，連續(xù)均勻，防止氣泡或空穴。填入襯墊材料（如PE棒）時(shí)須考慮接縫尺寸，一般來(lái)說(shuō)，圓形泡沫棒的寬度要比膠縫的寬度大20%-30%。接縫密封膠施工應(yīng)從頂層自上而下進(jìn)行，以防雨天時(shí)積水影響膠的性能。

（3）豎向拼縫縫隙中空腔內(nèi)根據(jù)直徑選擇合適圓形PVC管填充，阻擋室外雨水的流入。

3.2.2 防水構(gòu)造技術(shù)優(yōu)勢(shì)

該外掛板防水構(gòu)造技術(shù)簡(jiǎn)單易行，通用性強(qiáng)，防水效果好。主要表現(xiàn)在：

（1）外掛板水平縫的防水方式采用企口防水，即在墻板的水平連接處造型內(nèi)側(cè)高、外側(cè)低的高差防水企口，阻止室外雨水滲漏至室內(nèi)；（2）外掛板豎向縫防水方式采用空腔防水，即在墻板的豎向連接處造型兩側(cè)高、中間為圓形空腔，防止室外雨水順墻板滲漏至室內(nèi)；（3）在垂直圓形空腔內(nèi)填充PVC管，即阻擋室外雨水的流入，使?jié)B漏進(jìn)板縫內(nèi)的雨水順PVC管向下流淌；（4）水平、豎向墻板連接拼縫采用柔性連接，在拼縫處均嵌入背襯材料并填充密封膠，背襯材料為PE棒（圓形或者矩形），密封膠為裝配式硅烷改性聚醚密封膠，柔韌性高，達(dá)到了很好的防水效果。

3.3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)外掛板防裂方法及抗裂裝置技術(shù)

項(xiàng)目采用外掛板構(gòu)造為50mm混凝土外頁(yè)板+100mm保溫板+50mm混凝土外頁(yè)板，在生產(chǎn)工藝方面屬于新型生產(chǎn)方式，在整個(gè)墻板的預(yù)制生產(chǎn)過(guò)程中因各種因素的控制程度不同，容易造成預(yù)制復(fù)合墻板出現(xiàn)裂紋、裂縫等問(wèn)題，且預(yù)制外掛板在通過(guò)運(yùn)輸車輛運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中，容易受到外部碰撞而受到損壞。為解決這一技術(shù)問(wèn)題，使用了一種可調(diào)節(jié)帶絲螺桿控制裝置及墻板內(nèi)防裂鋼筋的配置方法，由兩根兩頭絲螺桿與預(yù)留在墻板內(nèi)的套筒進(jìn)行連接，中間通過(guò)連接套筒進(jìn)行連接，使用套筒根據(jù)洞口尺寸調(diào)節(jié)絲桿長(zhǎng)度。預(yù)制過(guò)程中，墻板內(nèi)配置防裂鋼筋，在內(nèi)外頁(yè)墻板及門(mén)窗洞口四周加設(shè)加強(qiáng)筋，鋼筋為直徑為10的三級(jí)鋼，并設(shè)置拉鉤，拉鉤鋼筋為直徑為6，間距200的三級(jí)鋼，在墻板內(nèi)形成鋼筋框架構(gòu)造。存在門(mén)洞口的外墻板，在洞口墻板內(nèi)側(cè)每邊各預(yù)留預(yù)埋兩個(gè)套絲筒。

3.3.1 實(shí)施方法

由兩根兩頭絲螺桿與預(yù)留在墻板內(nèi)的套筒進(jìn)行連接，中間通過(guò)連接套筒進(jìn)行連接，使用套筒根據(jù)洞口尺寸調(diào)節(jié)絲桿長(zhǎng)度。墻板內(nèi)配置防裂鋼筋，在內(nèi)外頁(yè)墻板及門(mén)窗洞口四周加設(shè)加強(qiáng)筋，鋼筋為直徑為10的三級(jí)鋼，并設(shè)置拉鉤，拉鉤鋼筋為直徑為6，間距200的三級(jí)鋼，在墻板內(nèi)形成鋼筋框架構(gòu)造。可調(diào)節(jié)帶絲螺桿由直徑16的鋼筋制成。

4 BIM技術(shù)在裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

利用BIM軟件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)建模，主要是節(jié)點(diǎn)細(xì)化和碰撞檢查?；贐IM模型的設(shè)計(jì)，減少了設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，同時(shí)，模型數(shù)據(jù)的傳遞減少了重復(fù)勞動(dòng)力，提高了設(shè)計(jì)效率。給排水設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)及一體化裝修均采用BIM技術(shù)協(xié)同工作進(jìn)行，對(duì)各專業(yè)模型進(jìn)行碰撞檢查，機(jī)電管線本身、機(jī)電管線與結(jié)構(gòu)構(gòu)件、機(jī)電管線與內(nèi)裝修等。通過(guò)準(zhǔn)確的信息模型，調(diào)高了設(shè)計(jì)的精度、效率。直觀的信息模型有效的調(diào)高了溝通的效率。利用BIM技術(shù)，將項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行三維可視化，并將結(jié)構(gòu)體系拆分模數(shù)化、體系化。

4.1 模擬拼裝

根據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖建立軸線布置和搭建桿件實(shí)體模型。導(dǎo)入AutoCAD中的單線布置，并進(jìn)行相應(yīng)的校核和檢查，保證兩套軟件設(shè)計(jì)出來(lái)的構(gòu)件數(shù)據(jù)理論上完全吻合，從而確保了構(gòu)件定位和拼裝精度。通過(guò)多次執(zhí)行，最后消除一切詳圖誤差。

4.2 深化節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

在深化設(shè)計(jì)時(shí)要考慮整體鋼結(jié)構(gòu)的建模準(zhǔn)確度，完整性；重點(diǎn)在于因構(gòu)件分段定位，要進(jìn)行接口設(shè)計(jì)，焊縫收縮量量化補(bǔ)償；圖紙還要與現(xiàn)場(chǎng)焊接的配合，如坡口方向、連接板設(shè)計(jì)等。

4.3 碰撞檢測(cè)

本項(xiàng)目裝配率較高，并且使用較多的鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員無(wú)法對(duì)各類設(shè)計(jì)中的失誤進(jìn)行高效排查，容易導(dǎo)致施工過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題。利用BIM技術(shù)中的碰撞檢測(cè)來(lái)開(kāi)展結(jié)構(gòu)碰撞檢查，系統(tǒng)會(huì)一一羅列碰撞檢測(cè)的相關(guān)信息，并及時(shí)調(diào)整。通過(guò)BIM建模碰撞檢測(cè)，共發(fā)現(xiàn)了24處鋼結(jié)構(gòu)與外墻板、疊合板、線管等連接混亂的地方，項(xiàng)目技術(shù)人員及時(shí)對(duì)出現(xiàn)的各個(gè)區(qū)域問(wèn)題進(jìn)行了及時(shí)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于模型錯(cuò)誤的預(yù)先了解，減少了實(shí)際施工中的返工損失，及時(shí)對(duì)其細(xì)部構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化。明顯的改善了設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高了工作效率，加快了現(xiàn)場(chǎng)安裝進(jìn)度，減少失誤，節(jié)約了工程成本，通過(guò)實(shí)踐BIM技術(shù)在裝配式建筑施工具有諸多優(yōu)勢(shì)，例如：

（1）在BIM建筑信息模型中，由于整個(gè)過(guò)程都是可視化的，我們未來(lái)要建造的建筑物是什么樣子的，有哪些不合理的地方通過(guò)沉浸式的漫游、可視化提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。所以，可視化的效果不僅可以用作效果圖的展示及報(bào)表的生成，更重要的是項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行。模擬三維的立體事物可使項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)等整個(gè)建設(shè)過(guò)程可視化，方便進(jìn)行更好的溝通，討論與決策。（2）BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期對(duì)各專業(yè)的碰撞問(wèn)題進(jìn)行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，提供出來(lái)，將問(wèn)題提前解決。（3）各專業(yè)協(xié)同工作，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率，能夠高效的完成設(shè)計(jì)深化，并通過(guò)模型輸出圖紙。（4）進(jìn)場(chǎng)構(gòu)件的信息與模型一一對(duì)應(yīng)，通過(guò)模型，作業(yè)人員能夠迅速確定構(gòu)件的安裝位置及方向，提高了現(xiàn)場(chǎng)安裝效率，節(jié)省了人工，避免了裝錯(cuò)、裝反問(wèn)題的發(fā)生。

因此BIM技術(shù)在裝配式建筑領(lǐng)域具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益。

5 質(zhì)量控制措施

（1）認(rèn)真研究設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行拆分，尤其是梁和柱節(jié)點(diǎn)處、預(yù)留孔洞部位、空調(diào)懸挑板等部位做好深化設(shè)計(jì)，確保預(yù)制構(gòu)件一次安裝到位。（2）細(xì)化施工方案，嚴(yán)格按方案施工，加強(qiáng)過(guò)程監(jiān)督管控。（3）加強(qiáng)測(cè)量后管理工作，尤其是鋼結(jié)構(gòu)安裝、外掛墻板施工時(shí)，勤測(cè)量，嚴(yán)控鋼結(jié)構(gòu)變形。（4）疊合板施工中，嚴(yán)格按規(guī)范圖集要求，跨度≥3.3米的PK板增加豎向支撐（板下跨中處）帶；PK板端部支撐于鋼梁的長(zhǎng)度不得少于40mm。（5）嚴(yán)把墻板接縫密封膠質(zhì)量關(guān)，應(yīng)選用耐久性質(zhì)量好的密封膠。接縫密封膠施工時(shí)應(yīng)從頂層自上而下進(jìn)行，以防雨天時(shí)積水影響膠的性能。

6 結(jié)論

在本工程中，通過(guò)BIM技術(shù)得應(yīng)用，深化設(shè)計(jì)和構(gòu)件拆分，尤其是對(duì)外墻板與鋼結(jié)構(gòu)梁柱的連接進(jìn)行了深化設(shè)計(jì)，確保了工程一次安裝就位，加快工程進(jìn)度，節(jié)約了成本。該工程獲山東省裝配式建筑示范工程。

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