对混凝土框架剪力墙结构装配化施工的若干建议.pdf

第 4 2卷第 9期 2 0 1 5年 9月 建筑技术开发 Bu i l d i n g T e c h n i q u e De v e l o p me n t Vo 1 42 NO 9 S e p t 2 0 1 5 对混凝土框架剪力墙结构 装配化施 工 的若 干建议 杨嗣信 ( 北京建工集团有限责任公 司，北京 1 0 0 0 5 5) 摘 要 在框架剪力墙结构中推广装配化施工是一大课题 ， 而扩大混凝 土预制装配范围， 是在混凝土框剪结 构中大力推广装配化施 工的有利时机。 装配化施工并非单指预制装配 ， 现浇混凝 土同样可以做到工 业化施工。 从柱、 梁、 楼板、 外墙、 剪力墙、 楼梯等方面均可因地制宜， 分 阶段在结构体系上实现较理 想的装配化施工。 明确主导思想、 做好创新工作等方面的思考是做好装配化施工的前提。 关键词 框架剪力墙 ；装配化施工；现浇；预制；结构体系 中图分类号 T U 7 4 1 文献标志码A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 x( 2 0 1 5 ) 0 9 0 0 8 0 4 S oM E oPI NI oNS oN ASS EM BLY CoNSTRUCTI oN oF CoNCRETE FRA M E S HEAR W ALL S TRUCTURE Ab s t r a c t I t i S a g r e a t t a s k t o p r o mo t e a s s e mb l y c o n s t ruc t i o n o f f r a me s h e a r wa l l s t r u c t u r e a n d e n l arg e me n t o f c o n c r e t e p r e f a b r i c a t i o n s c o p e p r o v i d e s a g o o d o p p o r t t mi t y f o r i mp l e me n t a t i o n o f t h i s tas k As s e mbl y c o n s t r u c t i o n i n c l u d e s n o t o n l y p r e f a b r i c a t i o n ， b u t a l S O c a s t - i n - p l a c e c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n Ba s e d o n p r a c ti c a l c o n d i t i o n s ， r e a s o n a b l e a s s e mb l y c o n s t r u c t i o n c o u l d be r e a l i z e d i n d i ffe r e n t p h a s e s o f s t r u c t u r a l c o n s t r u c t i o n s u c h a s c o l u mn ， b e am ， fl o o r s l a b ， e x t e ma l Wa l l ， s h e a r wa l l a n d s t a i r c a s e ，e t c Le a d i n g i d e a an d i n n o v a t i o n a r e p r e c o n d i t i o n s f o r e ffe c t i v e a s s e mb l y c o n s t r u c t i o n Ke y wo r d s f r a me s h e ar wa l l ； a s s e mb l y c o n s t r u c t i o n ； c a s t - - i n - -p l a c e ； p r e f a b r i c a t i o n ； s t r u c t u r a l s y s t e m 目前 ，我国一般公共建筑均采用混凝土框 架 一 剪力墙结构 ( 以下简称框剪结构 )，量大 面广 ，如何在这些框架剪力墙混凝土结构工程 中推广装配化施工是一个大课题。近几年来， 我国住宅工程中的装配化施工 已开始迅速发展 ， 并建立了预制混凝土构件厂，不少地区还制订 了装配化施工的发展规划 ，但是绝大部分工程 为混凝土剪力墙结构住宅 ，而混凝土框剪结构 的公共建筑则未能得到发展 ，原因很复杂。而 收稿 日期 ：2 0 1 5 _ 0 8 一 l 0 作者简介： 杨嗣信 ( 1 9 3 0 一) ， 男， 浙江余姚人， 教授级高级工程师， 北京建工集团有限责任公司原总工程师，北京政府专家 顾问，原清华大学兼职教授。 据有关资料介绍，国外采用装配化施工较多的 工程却是混凝土框剪结构的公共建筑 ，结合我 国实际情况 ，如何发展混凝土框剪结构是 目前 须认真考虑的重要问题。 最近全国不少地区新建混凝土构件厂 ，如 雨后春笋般发展很快 ，有的构件厂规模很大 ， 设备很先进 ， 机械化水平很高， 生产能力很强 ， 但实际产量很小，与其生产能力相差甚远。 因此 ，扩大混凝土预制装配范围，是在混 凝土框剪结构中大力推广装配化施工的有利时 机。其实早在 2 0 世纪 5 0 ， 6 O 年代 ，北京已开始 接触混凝土框剪结构的装配化施工，如 ：新华 第 4 2卷 杨嗣信 ：对混凝土框架剪力墙结构装配化施工的若干建议 第 9 期 社大楼 、民族饭店 、海洋局大楼等工程 ，并不 存在过于复杂的技术问题 ，而当今 的条件比过 去优越许多，更具备在混凝土框剪结构工程中发 展装配化施工的条件。 发展 昆 凝土框剪结构的装配化施工，首先 要解决该类结构的体系问题，要根据混凝土框剪 结构的特点逐步发展，哪类构件应优先做预制装 配，哪类构件仍适合做现浇 ，需要认真研究 ，并 非千篇一律全部搞预制装配 ，因为现浇混凝土也 可以搞工业化施工。 具体建议如下。 1 柱 柱宜采用现浇工艺 ，原因是柱子能够早拆 模 ( 1 2 d )，模板工艺非常简单 ，成本低，且 支拆模工艺简单 ，质量有保证。可将整个工程划 分为几个阶段， 模板可进行流水作业 ， 周转率高 、 用工少，并且可将柱模设计成折叠式的工具式模 板。另外，柱中的钢筋接头可采用直螺纹连接 ， 质量有保证，且工艺简单，大大简化了装配式柱 的运输、接头连接及二次浇筑混凝土接头的复杂 工艺，且抗震效果好。 2 梁 宜采用预制 叠合梁 ，也可做预应 力预制 叠合 梁 ，原 因是 现浇梁模 板工艺 过于复 杂 ， 除梁 本身需 要底模 、侧模 ，还 需要大 量支撑 系统 ，需 要投 人大量 的模板和 资金 ，尤其是 须等到混凝土强度达到 1 0 0 后才可拆模 ，使 得模 板周转 率很低 ，特别 对于低温 环境 和冬 期施工 ，拆模 时 间将 拖延更长 ，模 板周转 率 更低 。 梁的支模和拆模工艺十分复杂 ，用工多、 体力劳动强度大 ， 施工周期也长， 劳动效率低， 层 高越高难度越大。由于考虑上层施工荷载 的 影响 ，往往要配置 2 3 层楼 的模板 ，大大增加 了支模成本 ，拆模后还要用人工从下一层搬运 到上面两层再支模 ，需耗费大量搬运人工 ，成 为在结构施工耗费劳动力最多的一道工序。由 于叠合梁与楼板连接成整体 ， 因此抗震性能好 ， 并且预制混凝土梁 自身的质量也优于现场现浇 梁的质量。采用预制梁还可大大加快整体工程 进度 ，提前插入室 内机 电、二次结构及装修等 项 目。 3 楼 板 可采用叠合楼板。近几年 已在多个装配式 工程中大量应用 ，效果尚佳。实际上该工艺早在 2 0 世纪 8 0 年代的北京便曾得到大面积推广应用 ， 推广面积达百万 m2 。包括双钢筋叠合板、预应 力叠合板等 ，甚至 8 m 以上 的跨度也得到过尝 试 ，已有十分成熟的经验。此外也可采用预制 空心楼板 ，两端 留出胡子筋 ，与叠合梁连成整 体 ， 从设计方面再考虑形成一个抗震梁板节点 ， 从而使楼板工程的装配率进一步提高。这样使 得楼板下的支撑也可全部省去 ， 工艺更为简单。 由于框剪结构梁与梁之间的间距较大 ( 一般超 过 8 m)，因此楼板跨度也较大，可采用预应力 圆孔板或加次梁的方法加 以解决 。 如果加次梁 ， 还可考虑采用钢梁，两端 固定在主梁上 ，通过 预埋钢板和焊接工艺进行连接 ，该方法值得进 一 步研究探讨。 4 外墙维护结构 可采取多种预制外墙板 ，最理想的则是采 用 “ 三合一”钢筋混凝土外墙板 ，这类板 2 0 世 纪 8 O 年代曾在北京 5 2层的京城大厦工程中使用 过 ，后来也曾在建国门外中信大厦等多个工程中 推广应用 ，效果 尚佳。这种 “ 三合一”板是将外 墙板的结构层、 保温层和装饰层三层组合在一起， 在预制构件厂内一次完成 ，运到现场一次吊装就 位 ， 大大简化了外墙施工工序 ， 无须搭设脚手架， 大大加快施工进度。其更大的优点是使保温层和 装饰层与结构同寿命。过去保温层材料较多的是 岩棉等，近几年来我国保温材料发展迅速 ，品种 颇多 ，内蒙古生产的 S MX T复合保温板达到 Al 级防火等级，干密度不大于 2 5 0 k g m ，导热系 数不大于 0 0 1 2 W mK，可将保温层厚度降低到 3 0 ra m，对三合一外墙板的质量大有裨益。由于 采用反打工艺 ，装饰层与结构层牢牢粘合 ，质量 有保证 ，4 0 年来 面砖未见脱落。采用单一材料 生产具有三合一功能的外墙板也是可取的，但到 目前为止 ，由于找不到十分理想的轻骨料 ，尚未 研发出理想 的采用单一材料 ( 轻质混凝 土 )的 9 第 9期 杨嗣信：对混凝土框架剪力墙结构装配化施工的若干建议 第 4 2卷 外墙板。过去曾使用过的浮石、陶粒等 ，因 目 前节能要求高，这些轻骨料 已无法满足节能指 标 ，粘土陶粒也禁止使用。最近出现了 “ 发泡 水泥” ( 加气混凝土之类 )和粉煤灰陶粒 ，情 况有了变化 ，建议对单一材料生产三合一外墙 板这个课题进一步研发 ，以生产 出更理想的三 合一外墙板。 5 剪力墙和核心筒的施工工艺 这一部分混凝土用量很大 ，最值得引起注 意，究竟采用现浇还是预制装配?这是值得探 讨 的。须从工艺 、经济、效率 、施工简便 、安 全、质量等多方面综合分析。较高的高层建筑 和一些超高层建筑一般均设计核心筒作剪力墙 来承受地震力 ，这类核心筒的施工方法已有十 分成熟 的经验 ，可采用液压爬模 的现浇工艺 ， 不仅效率高、用工省，且有利于保证工程质量 和安全施工，工期快 ，可达 3 - 4 d 层。由于此 工艺每次安装时间较长，设备较复杂 ，因此开 始安装 时费劲 ，并且投资较大 ，适用于较高的 高层建筑 的核心筒施工 ，一般可适用于高度超 过 l O O m 的工程 ，对于百米以下工程 ，由于爬 模 向上爬升高度 尚不足 ，使用时间不长就要拆 除，因此其每次安装 、拆除费用较大还要 占工 期，但只使用很短时间，得不偿失。所以对于 在百米以下的高层建筑， 其剪力墙 ( 含核心筒 ) 采用大模板施工工艺为宜。 混凝土浇筑后 1 2 d即可拆模， 模板周转快 ， 用工少 、效率高 ，也可将模板根据工程情况组 成工具式筒模或采用 “ 简易爬模”的工艺来解决 剪力墙 ( 核心筒 )的施工工艺 ， “ 简易爬模”工 艺即不采取较复杂的液压系统或电动进行爬模 ， 而是仍利用塔式起重机提升模板平台，其他工艺 与液压爬模相似，这种工艺组装 、拆除均非常简 单，适于在高度百米以下高层的建筑工程中推广 应用 。 6 楼梯、阳台等其他小型构件 一 律采用不再进行抹灰的清水混凝土预制 混凝土构件 ，这方面经验丰富，不再详述。 7 非承重内墙 ( 隔断墙) 这一问题长期 以来未能得到妥善解决，一 1 0 般用加气块 2 0 0 mm厚砌筑，双面抹灰这种落后 手工操作工艺，不再允许使用。 因此 ，必须改革这种落后工艺 ，解决方法 有以下几种。 ( 1 )采 用 预 制 轻 质 混 凝 土 空 心 条 板 ( 6 0 0 8 0 0 m m 宽 )， 两 面 光 不 抹 灰 ， 厚 度 8 0 1 5 0 mm，在结构施工阶段随即安装 ( 指主要 隔墙板 )，厕浴间的隔断墙可在结构阶段现将板 吊上楼层，结构完后再进行分散拼装 ，也可在结 构施工阶段随即安装。应该指出：在结构施工阶 段先行将条板吊上楼层 ，搞装修时用人工再安装 就位 ，这种工艺并不理想，只是在必须抢结构、 减少塔式起重机负担的情况下才采用。 ( 2 ) 采用加气混凝土条板或强度较高的发 泡水泥隔断条板 ( 6 0 0 m m宽 ，1 0 0 1 5 0 mm厚 )， 安装后无须抹灰 ，只进行表面处理。 ( 3 ) 轻钢龙骨石膏板 ( 或水泥压制板等 ) 也可使用 ，但仍未脱离手工操作，用工多、效率 低、功能差 ，只在特定情况下采用，并且使用功 能也不理想。 ( 4 )其他预制轻钢隔断 ( 如玻璃及木骨架 玻璃隔断等 )这些隔断也在结构完成后装修阶段 施工时进行安装。 8 使用幕墙 目前不少工程都采用各种幕墙，如玻璃幕 墙 、铝合金幕墙等 ，这些幕墙具有各 自的优点 ， 如自重轻 、立面多样化、美观等，但往往节能性 能不甚理想 ，安装工艺大多数采用吊篮及人工操 作的散装或小单元组装工艺。 建议采用大单元的组装工艺 ，扩大工厂化 生产，仍采用塔式起重机进行安装 ，减少手工操 作和外檐操作风险，并且可以采取与结构同时进 行立体交叉作业，在结构进行到一定阶段时立即 在下几层插入幕墙安装工艺进行立体交叉作业 ， 当下几层安装完幕墙后，随即可进行室内机电及 装修工程 ，这样便可加快整体施工速度 、缩短工 期 ，取得较好的经济和社会效益。国外部分超高 层建筑已能做到上部还在装修施工，外面已开始 营业 。 以上是一些初 步设想 ，各工程都要 根据 第 4 2卷 杨嗣信 ：对混凝土框架剪力墙结构装配化施工的若干建议 第 9期 当地 条件及该 工程 的实 际情 况 因地制 宜决定 结 构体系 ，分 阶段实现 以上 较为理想 的结构 体 系。 9 几点建议 提出以下几点 ，在推广过程中必须特别重 视的几项重要工作。 ( 1 )必须明确 主导思想 ：建筑产业现代 化是 国家新型城镇化规划 ( 2 0 1 4 2 0 2 0 年 ) 中的重要部分 ，各级主管部门领导及企业包括 设计 、施工 、监理等有关单位，均应从思想上 重视这一重大发展方向， 它是通过标准化设计 、 工厂化生产 、装配化施工、一体化装修 、信息 化管理和智能化应用， 整合投融资、 规划设计 、 构件部品生产与运输 、施工建造和运营管理等 产业链 ，转变建筑业生产方式 ，全面提高建筑 工程的质量 、效益和建设效率 ，实现建筑业节 能减排和可持续发展。建筑产业现代化还有利 于提高劳动生产率 ，改善作业环境 ，降低劳动 强度和劳动力依赖， 减少建筑垃圾排放和污染 ， 促进建筑业绿色发展 ，实现建筑业 由大变强的 跨越式发展 ，须使各级领导 、各建设单位、全 体建设者高度重视为建筑产业现代化作出 自己 应有的贡献。 ( 2)建筑产业现代化的基础是建筑工业 化。没有 “ 建筑工 业化 ”就 没有建 筑产业 现 代化 ，而 “ 建筑工业化”设计师是 “ 龙头”。 首先要 确定其 结构 体 系，所 以须做 “ 系统工 程”， 尤其是在混凝土框架剪力墙结构中做 “ 建 筑工业化”。设计标准化尤为重要，包括各类 不同工程的标准化 ，如办公楼 、医院 、学校 、 库房等 。 对工程个体来讲 ，框架结构 的柱距 、梁的 长度 、层高 、楼板的尺寸甚至核心筒尺寸等都 要考虑设计标准化 的问题。各种构件的规格尺 寸 ( 可以分为若干种 ) 都应该定型为标准构件 ， 然后以不 同规格尺寸的构件 ，组拼成多样化 、 多功能 的不同类型、性质的各类不 同功能 的建 筑 ，这样便于构件生产和施工 ( 包括模板配置 和生产线的设置等 )。 ( 3 )建筑业各单位 ，包括设计、施工 、建 材等 ， 须以创新作驱动 ，全面发展品质至上 、绿 色高效 ，着力加快技术创新和管理方式创新 ，促 进协同创新 ，建立适应建筑产业现代化的技术体 系 、生产体系和监管体系，实行全产业链的联动 发展 ，切实提高建筑安全性 、耐久性和舒适性 ， 有效提高建设效率 ，降低资源消耗。 ( 4)须坚持政府引导、政策扶持 、市场 主导 、因地制宜 ，要发挥政府统筹规划 、协调 推进作用 ，加大政策扶持力度 ，创造 良好发展 环境 ，形成市场竞争有序 ，政府 、企业 良性互 助的发展机制 ， 全 国各地宜结合 当地实际情况 ， 制定发展 目标与推进措施 ，各地要建立推进箭 镞产业化工作 的领导组织机构 ，强化政策扶持 ( 如加大信贷支持 、 实行相应税收优惠政策等 ) ， 并且要突出示范引导 、注重科研支撑 ，同时还 要大力加强宣传培训工作 ，不要过分强调装配 化率等指标。 ( 5 ) 关于搞 “ 建筑产业化”影响工程造价 的问题 ：这是 目前搞 “ 建筑产业化”尤其是搞建 筑装配化中最大的阻力，这是不可回避的事实， 也是发展建筑装配化初期必然的结果。施工单位 和构件厂两个企业都应有 自己企业的应收管理费、 利润以及税金等一系列费用，缺一不可。如果全 部产品都由一个企业 自己来生产，就可以降低很 多费用，如果这些构件就在现场预制，那成本几 乎差不多了。所以搞产业化 ( 装配化 )企业必须 自己设立生产构件、部件基地 ( 构件厂等加工单 位 )，或称 “ 产业园”。 我国有许多大的施工企业集团和开发商实力 雄厚 ，完全可以自己独立下属设计、施工 、各种 产品工厂甚至成立一些建材生产企业 ，这样有些 费用在企业内部就可以消化掉了，并且具有强大 的市场竞争力，充分体现产业化的优势，这是我 们在发展建筑产业现代化中值得进一步探讨的重 大问题。 上世纪九十年代 日本、美国均在施工现场生 产预制构件 ( 特别是外墙板 )，日 本在正在施工的 高层建筑的地下室生产预制混凝土三合一外墙板， 预制完成后通过楼板预留洞向上层运输吊装，从而 大大降低了工程造价。