PC裝配式建筑結(jié)構(gòu)中機電管線連接節(jié)點設(shè)計

于海安，何文，黃佩兵

（中國電建集團(tuán)國際工程有限公司，北京 100036）

0 引言

伴隨建筑行業(yè)建造技術(shù)的迅速發(fā)展，各類裝配式建筑蓬勃興起。與傳統(tǒng)混凝土建筑相比，PC裝配式建筑的建造能夠有效地實現(xiàn)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和減少污染的目的，在降低住房建設(shè)的經(jīng)濟(jì)成本等方面具有重要的推動作用[1]。同時，裝配式建筑施工能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)件的集中生產(chǎn)和材料的統(tǒng)籌運輸，構(gòu)件的加工、生產(chǎn)、運輸和安裝過程如工廠流水線一樣簡潔便利。流程式作業(yè)對技術(shù)的要求并不太高，有效減少了高級技術(shù)人才的使用，節(jié)省了技術(shù)成本[2]。在傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)中，機電管線采用現(xiàn)場直接預(yù)埋或者后續(xù)開槽預(yù)埋，而裝配式結(jié)構(gòu)中的全部機電管線需在構(gòu)件預(yù)制階段和基礎(chǔ)澆筑階段預(yù)埋。如何精確、高效地將現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)）與預(yù)制構(gòu)件中（墻板）的機電管線連接好，是施工人員必須面對的課題。本文基于施工經(jīng)驗，對PC裝配式建筑結(jié)構(gòu)中機電連接節(jié)點存在的問題進(jìn)行分析，并提出多種設(shè)計方案進(jìn)行對比，最后確定最優(yōu)方案并依托項目進(jìn)行了大規(guī)模應(yīng)用。

1 工程概況

沙特保障房三期55#地塊項目建筑采用PC裝配式建筑體系，共有249套別墅，均為一層結(jié)構(gòu)。根據(jù)臥室的數(shù)量不同分為1居室、2居室、3居室、4居室4種戶型。墻體厚度有100mm、150mm、220mm三種規(guī)格，總建筑面積27266m2。其中基礎(chǔ)為現(xiàn)澆筏板結(jié)構(gòu)，墻板及屋面預(yù)應(yīng)力空心板均在加工廠完成預(yù)制后運抵現(xiàn)場拼裝成一體?；A(chǔ)與墻板通過基礎(chǔ)預(yù)留錨筋連接，墻板與屋面板通過墻板預(yù)留錨筋連接。為保證建筑的外觀質(zhì)量，提高裝配結(jié)構(gòu)的整體性，業(yè)主要求所有機電管線均須預(yù)埋在基礎(chǔ)和墻板內(nèi)，禁止在墻體上二次開槽，且不允許在地面裝飾層中排管布線。待預(yù)制墻板安裝完成后，基礎(chǔ)與墻板之間機電管線通過預(yù)制墻板上的接管孔槽進(jìn)行二次連接。

2 機電管線主要參數(shù)

該項目排水系統(tǒng)管材為硬聚氯乙稀管（UPVC管），給水系統(tǒng)管材為三型聚丙烯管（PPR管），電氣管材為聚氯乙烯管（PVC管）。其主要型號如表1所示，主要性能參數(shù)如表2所示。

表1 機電管線型號表

表2 機電管線主要性能表

3 連接問題分析

在傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑中，一般主排水管已提前整體預(yù)埋在結(jié)構(gòu)中，不存在后期二次接駁問題。給水管、電線套管布置在地面裝修層中，并可通過墻面開槽安裝至相應(yīng)高度位置，管線安裝后進(jìn)行封槽處理。在此情況下，需要進(jìn)行連接的兩段管線，至少有一段為后裝段，按照正常的操作即可完成相應(yīng)的機電管線連接。

而該項目裝配式建筑結(jié)構(gòu)中，墻體為分塊預(yù)制，基礎(chǔ)為筏板現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，因此存在墻體預(yù)留線管與基礎(chǔ)線管二次接駁問題，即水平方向預(yù)埋的線管（敷設(shè)于地面基礎(chǔ)）與預(yù)制外墻體內(nèi)的線管（由PC廠預(yù)埋）進(jìn)行接駁[3]。由于現(xiàn)澆基礎(chǔ)與預(yù)制墻板中的機電管線在連接前均已預(yù)埋完成，管線不可移動，常規(guī)的管線連接所需條件已不具備，因此需要根據(jù)該項目機電管線連接特點另外進(jìn)行方案設(shè)計。

4 連接方案設(shè)計

針對PC裝配式建筑中機電管線連接存在的問題，結(jié)合管材材質(zhì)、管徑和主要性能的差異，設(shè)計了三種連接方案，包括直接連接法、套管連接法、錯位連接法。

4.1 直接連接法

材料的彈性模量受塑性變形的影響而發(fā)生變化[4]，由表2可知，UPVC、PVC、PPR管材彈性模量分別為3000 MPa、1800 MPa和900 MPa。彈性模量越低，剛度越小，材料越容易變形；彈性模量越高，剛度越大，脆性越強，材料越不易變形。直接連接方案正是利用PPR、PVC管材自身或局部加熱后容易彎制的特性進(jìn)行設(shè)計，連接節(jié)點詳情如圖1所示。

圖1 直接連接節(jié)點

4.1.1 施工工藝

（1）參照機電設(shè)計圖紙，預(yù)埋現(xiàn)澆基礎(chǔ)內(nèi)相關(guān)機電管線，需要與墻板連接的機電管線需伸出筏板基礎(chǔ)100mm，用定位鋼板或鋼筋將預(yù)埋管線精準(zhǔn)定位，保證平面位置誤差在10mm內(nèi)。在基礎(chǔ)混凝土澆筑振搗過程中，勿碰觸預(yù)埋管線，澆筑完成后及時檢查外露管線是否發(fā)生移位現(xiàn)象，如管線發(fā)生位移，應(yīng)在混凝土終凝前及時進(jìn)行校正調(diào)整。

（2）按照墻板深化圖，預(yù)埋墻板內(nèi)相關(guān)機電管線，需要與基礎(chǔ)相連接的位置預(yù)留管線連接槽，連接槽高度為400mm，寬度為100n+100（n為接管根數(shù)），深度等于墻厚，機電管線伸入連接槽100mm。

（3）墻板吊裝完成后，根據(jù)設(shè)計要求分別采用熱熔焊接或者粘結(jié)工藝從下往上進(jìn)行連接。首先將基礎(chǔ)埋管與下部直接焊接或粘結(jié)連接，然后將配管與下部直接連接好，再將配管與上部直接連接，最后將上部直接與墻體埋管連接完。

4.1.2 適用范圍

（1）該方法適用于PPR20、PPR25、 PPR32和PVC電線套管連接。由于UPVC管材材質(zhì)較脆，不易變形，因此不適用此方法。

（2）對管線預(yù)埋精度要求較高，材料變形量不能超過變形上限。根據(jù)工藝實驗可知，基礎(chǔ)、墻板中埋管位置偏差不得大于30mm。

4.2 套管連接法

在基礎(chǔ)澆筑和預(yù)制墻板時，分別在基礎(chǔ)和墻板內(nèi)預(yù)埋套管,套管與機電管線之間間隙需用膠帶封堵，防止?jié)仓r混凝土流入。墻板內(nèi)套管長度為500mm，基礎(chǔ)內(nèi)套管為150mm。管線連接端在套管內(nèi)具有可活動空間，為后續(xù)連接創(chuàng)造條件，節(jié)點詳請如圖2所示。

圖2 套管連接節(jié)點

4.2.1 施工工藝流程

施工工藝同直接連接法。

4.2.2 適用范圍

（1）受限于墻板厚度，如套管選擇過大，套管與套管、套管與墻板內(nèi)鋼筋之間會產(chǎn)生沖突問題；套管選擇過小，套管與管線之間間隙小，導(dǎo)致管線活動空間小，管線位置調(diào)節(jié)作用就不明顯。因此，該方法適用于220mm墻體所有機電管線連接，150mm墻體可選擇性使用，但不適用100mm墻體。

（2）對管線預(yù)埋精度具有較高要求。根據(jù)工藝實驗可知，基礎(chǔ)、墻板中埋管位置偏差不宜大于30mm。

4.3 錯位連接法

參照原機電管線深化設(shè)計圖，按往左或右偏移50mm的原則設(shè)計出新的基礎(chǔ)機電管線點位圖，使基礎(chǔ)與預(yù)制墻板內(nèi)機電管線形成錯位，然后通過45°彎頭相連接，節(jié)點詳情如圖3所示。

圖3 錯位連接節(jié)點

4.3.1 施工工藝

（1）按偏移50mm后的機電點位圖進(jìn)行基礎(chǔ)機電管線預(yù)埋，需要與墻板連接的機電管線需伸出基礎(chǔ)100mm，后續(xù)連接時，伸出長度可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行縮減。

（2）按照預(yù)制墻板深化圖預(yù)埋墻板內(nèi)相關(guān)機電管線，在需要與基礎(chǔ)管線連接的位置預(yù)留管線連接槽，接線槽高度為300mm，寬度為100n+150（n為接管根數(shù)），深度等于墻厚。

（3）墻板吊裝完成后，根據(jù)設(shè)計要求分別采用熱熔焊接或者粘結(jié)工藝從下往上進(jìn)行連接。首先將基礎(chǔ)埋管與下部45°彎頭焊接或粘結(jié)連接，然后將配管與下部45°彎頭連接好，再將配管與上部45°彎頭連接，最后將上部45°彎頭與墻體埋管連接完。

4.3.2 適用范圍

（1）適用于所有機電管線連接，對機電管線預(yù)埋精度要求不高。

（2）錯位連接雖降低接線槽高度，但增大了接管槽的寬度，特別是在廚房、衛(wèi)生間墻板內(nèi)管線較多的場合，預(yù)留的管線連接槽較多，單塊預(yù)制構(gòu)件上連接槽總寬度可能會超過1/4構(gòu)件寬度的限制，此時應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行管線布置優(yōu)化。

從施工工藝和適用范圍等方面對以上三種連接方案進(jìn)行對比分析，PVC穿線套管因容易彎制，且實際施工中其位置偏差可以控制在30mm以內(nèi)，故選擇直接連接法連接。錯位連接方案具有對管線預(yù)埋精度不高、適用范圍廣等優(yōu)點，因此PPR、UPVC管選擇錯位連接方式進(jìn)行連接。

5 實施效果

在沙特保障房PC裝配式建筑項目的施工實踐中，PVC穿線套管采用直接連接法施工，PPR、UPVC管采用錯位連接法施工，分別如圖4、圖5所示。兩種方法省去了二次開槽工序，簡化了施工工藝，縮短了工期，施工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)整體性得到了很好的保證，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

圖4 機電管線直接連接

圖5 機電管線錯位連接

預(yù)制墻體上水電預(yù)留預(yù)埋的實施，減少了現(xiàn)場預(yù)留預(yù)埋施工壓力；工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的制作，保證了預(yù)留預(yù)埋的質(zhì)量[5]；在后期連接時，僅需要普工完成相關(guān)連接工作，極大減少了施工現(xiàn)場水電安裝的人工量，節(jié)約了寶貴的人力資源。

由于省去了開槽工序，大大降低了切割機等開槽機具的使用頻率，減少了有害粉塵和建筑垃圾污染，有利于現(xiàn)場安全文明施工的管理，同時滿足了綠色施工的要求。

6 結(jié)語

根據(jù)PC裝配式建筑的特點，設(shè)計了三種機電管線連接方案，并從施工工藝和適用范圍等方面對以上三種連接方案進(jìn)行了對比分析。在工程實踐中，以上三種PC裝配式建筑機電管線連接方法與傳統(tǒng)后裝法相比，均大大減少了開槽和二次封槽工作量。直接連接法和錯位連接法分別適用于不同材質(zhì)和直徑的機電管線連接，在經(jīng)濟(jì)性和可操作性等方面均體現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢。

本文主要依托沙特保障房PC裝配式建筑項目對結(jié)構(gòu)中機電連接技術(shù)進(jìn)行節(jié)點優(yōu)化設(shè)計，并通過施工現(xiàn)場實踐進(jìn)行檢驗驗證。但研究還具有一定局限性，對以下內(nèi)容研究不夠充分，還需進(jìn)行相關(guān)實驗完善已取得的成果。

（1）僅設(shè)計并通過工程實踐了外徑50mm及以下機電管線的連接方式，對大直徑的管線連接未進(jìn)行應(yīng)用和驗證。

（2）部分管材連接過程中局部需進(jìn)行加熱處理，對管材受熱后物理、化學(xué)性能的變化未做深入研究。