重载多层工业厂房免撑免模装配式技术的创新与实践_刘梅婷.pdf

2023 年第 06 期总第 300 期福 建 建 筑Fujian Architecture&ConstructionNo 062023Vol300重载多层工业厂房免撑免模装配式技术的创新与实践刘梅婷 任 彧 张雅杰 池思源(福建建工装配式建筑研究院有限公司 福建福州 350001)摘 要:针对当前装配式建筑成本高、工期长的难点,以具有大跨、重载、大层高、大体量特征的需要设置高大支撑模板的建筑结构为研究对象,按系统论的方法,将预制装配式混凝土楼盖进行解构,分析各组成部分在不同阶段的受力特点和关键技术指标;按装配式建造模式创新的原则,对现有通用装配式节点进行改进,研发了具有自主知识产权的水平楼盖全预制装配式建造体系及免模免撑工法。试点工程成功验证了该体系的安全性、经济性及施工便捷性。关键词:高大支撑模板;预制楼盖;免撑免模技术中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:1004-6135(2023)06-0112-05Technological Innovation and Practice of Formwork-free and Scaffolding-free Precast Systemof Heavy Load Multi-story Industrial PlantsLIU Meiting REN Yu ZHANG Yajie CHI Siyuan(FujianConstruction Engineering Prefabricated Building Research Institute Co.,Ltd.,Fuzhou 350001)Abstract:In view of the difficulties of high cost and long construction period of prefabricated buildings,we take the building structure withthe characteristics of large span,heavy load,large storey height and large volume,which needs to set High supporting formwork,as the re-search object.Deconstruct the precast concrete floor according to the system theory method,analyze the force characteristics and key techni-cal indexes of each component in different stages,and following the principle of innovation of assembly construction mode,the existing gen-eral assembly nodes were improved.The formwork-free and scaffolding-free precast floor system,with independent intellectual propertyrights,were developed.The pilot project successfully verified the safety,economy and construction convenience of the system.Keywords:High supporting formwork;Precast floor;Formwork-free and scaffolding-free precast technology作者简介:刘梅婷(1993.7-),女,工程师。E-mail:769193625 收稿日期:2023-04-140 引言过去几十年,我国城市土地中工业用地占比30%左右,而给到商品住宅的仅有 10%。但是,工业用地领域存在相当程度的供给错配:一边是土地指标紧缺,优质项目无地可用;另一边是部分土地闲置,利用效率低。近年来,为了解决这些难题,全国多地出台了各种对应的政策及措施。其中,“工业上楼”开发模式可以更少的用地面积,实现更高的利润和税收,缓解了当前经济发展与用地紧张之间的矛盾。在可以预见的未来,“工业上楼”模式不仅是产业园区成长壮大的重要方向,也将成为工业区建设的主要趋势。“工业上楼”的发展模式,在厂房空间标准上,以“更高”“更宽”“更大”“更全能”为理念。对于此类大体量的钢筋混凝土工业建筑,采用现浇工法时,和常规预制工法需要设置高大模板支撑体系。模板及支撑材料耗费大、施工措施费非常昂贵,且施工周期长。而施工现场免撑免模的装配式技术,相比现有的施工技术,更具成本优势1。福建建工装配院研发团队依托“年产 40 000 吨锂离子电池材料产业化项目”(以下简称“海沧厦钨项目”),开展开了水平楼盖全预制装配式构造体系及免模免撑工法的研究工作,综合运用现代消能减震技术和装配式建造工法,获得了良好的经济效益,引起了行业及社会的广泛关注,成功入选为福建省第一批装配式建筑典型工程案例。现将相关技术方案及工程情况进行梳理分析,供业内参考。1 水平楼盖全预制的免撑免模体系及工法研发团队按照系统论的方法,将预制装配式混凝土楼盖进行解构,分析各组成部分在不同阶段的受力2023 年 06 期 总第 300 期刘梅婷,任 彧,张雅杰,等重载多层工业厂房免撑免模装配式技术的创新与实践113 特点和关键技术指标,并按照装配式建造模式创新的原则,对现有通用装配式节点进行改进,研发了具有自主知识产权的全预制装配式构造体系及免模免撑工法。其主要创新点如下:(1)免支撑水平预制楼盖的梁柱节点及其施工方法2(专利号:ZL 2020 2 2457674.8)柱顶采用钢牛腿支托预制叠合梁,并具有足够的变形调节能力,可以实现主梁无支承施工;柱纵向钢筋集中布置于柱角部,同向的梁底纵向钢筋水平错开,降低了节点钢筋密集度,安装简便,提升了效率。专门设计的节点构造,确保了节点域的施工质量,如图 1 所示;通过梁柱节点的先行浇筑施工,保证了后续安装过程的主承重体系的稳固性。图 1 新型装配式梁柱节点示意(2)免支撑主次梁系统及其施工方法3(专利号:ZL 2020 2 2305218.1)对现有的主次梁连接节点进行改进,主次梁连接通过“钢企口+混凝土暗牛腿”双重构造和专门的安装工法,通过“两阶段设计”4,保证该节点在传力可靠的同时,实现便捷性施工,如图 2 所示。图 2 新型装配式主次梁节点示意(3)新型叠合槽型梁5(专利号:ZL 2019 20536413.X)现有的装配式混凝土建筑通常采用矩形截面叠合梁。当梁跨度较大时,矩形截面叠合梁的自重较大,在吊装和运输时均存在困难。为解决起重机远端吊装能力不足的问题,采用叠合槽型主梁的减重策略。常规的槽型截面预制叠合梁,采用可重复使用的钢制内模。为保证脱模时不致损伤预制混凝土构件,内模表面需较光滑,且在内模表面需涂刷脱模剂。这种工法,使得新旧混凝土结合面结合能力较差,影响槽型截面叠合梁组合作用的发挥,在安全性方面存在隐患。新型叠合槽型梁通过永久设置的结合钢板,显著提升了工厂的生产效率。同时,使得新旧混凝土的结合面的粗糙度明显提升且可控,在设计中可以充分应用叠合梁的组合强度,如图 3 所示。图 3 新型叠合槽型梁示意(4)用于水平叠合结构的装配式施工平台6(专利号:ZL 2020 2 2456572.4)通过便携式钢施工平台与预制构件的组合同步吊装如图 4 所示,现场无需从下层楼面搭设施工平台至本层楼面,与上部土建工序同步施工,节约了措施费及工期。图 4 新型装配式施工平台示意本工程为福建省首个实施免撑免模装配式技术的项目。为保证工法安全可行,项目团队建造了 1 1114 福 建 建 筑2023 年工法验证区(图 5),根据项目现场施工条件,编制详细免撑免模施工方案,通过了厦门市建筑行业协会组织的施工专项论证。图 5 工法验证区、起重设备(QUY260 履带式起重机)2 消能减震技术应用由于建筑功能和生产工艺的限制,本项目的钢筋混凝土剪力墙的布置受到很大限制,难以采用框架-剪力墙结构。如采用常规的以“抗”为主的混凝土框架结构方案,则存在梁柱尺寸偏大及配筋密集难以施工的问题。本项目成功应用了碳纤维增强型屈曲约束支撑(BRB),如图 6 所示。按照“均匀、分散、对称”的平面布置原则,应用消能减震技术,可有效解决大跨、重载、大层高、大体量多层工业厂房采用常规混凝土框架方案所存在的局限性。有限元分析表明,屈曲约束支撑的布置,结构层间位移角有明显减小,满足减震目标;同时,还具有良好的抗震耗能机制和塑性变形能力,较大程度地提高了结构主体的安全性。图 6 BRB 应用实景经验算,采用消能减震技术可有效减小构件截面,柱、主梁节约混凝土量约 20%,柱钢筋节约 20%,如图 7 所示,大大降低了预制构件生产及施工难度,提高了结构方案的合理性。装配式建筑结合消能减震方法优势突出,不仅提升装配式建筑安全性和工艺性,又能实现成本控制的目的1。(a)非减震方案(b)减震方案图 7 优化前后结构梁柱节点布筋对比图3 基于 BIM 的智能设计研发团队在 PLANBAR 深化设计平台上,采用自主设计开发的“快速预制构件设计软件”进行预制混凝土构件的参数化设计,如图 8 所示。该软件集成了预制混凝土构件短暂工况验算、参数化快速建模、图模一体化等完整的设计功能;具有设计快速、集成度高、模拟精细、操作相对简便等特点。图 8 快速预制构件设计软件该项目的设备管线复杂,预留预埋要求高;同时由于采用免撑免模预制体系,预制构件生产和安装的协调性和复杂度高于常规建造工艺。为此,采用全专业、全过程 BIM 应用,实现构件安装零碰撞、设备安装零碰撞,达到提高施工效率,减少返工,节约成本的效果,如图 9 所示。图 9 全专业 BIM 模型4 应用成效免撑免模装配式技术的应用,避免了模板和支撑2023 年 06 期 总第 300 期刘梅婷,任 彧,张雅杰,等重载多层工业厂房免撑免模装配式技术的创新与实践115 的搭设及拆除,缩短了施工工期。除在构件交接的节点核心区局部使用现场模板外,其他区域不再使用现场模板,减少了施工临时设施的材料使用,符合减碳、节材、环保的要求,如图 10 图 14 所示。项目观感质量良好,创造了良好的社会效益,获得了建设单位及主管部门的一致好评。图 10 预制主梁安装实景图 11 预制次梁安装实景图 12 梁柱节点实景图 13 免撑免模预制楼盖体系施工实景图 14 免撑免模预制楼盖完成实景5 经济和社会效益分析(1)直接经济效益免撑免模工法,减少了约 9 万 m3高大支撑模板的搭设费用,比现浇工法节省了 688.16 万元。(2)间接经济效益总承包单位确认,在使用“免撑免模预制装配式体系”后,压缩工期 40 d,使得业主可以提前投产。根据该项目的设计年产值 15 亿元测算,应用“免撑免模预制装配式体系”,可以带来间接经济效益1.64 亿元。(3)社会效益为促进业界交流,推广免撑免模等先进设计及工法,助力我省建筑行业转型升级、赋能高质量发展,结合新冠疫情防控的新要求,研究团队在 2021 年 9 月,将研究成果以“云展厅”的形式,传至线上观摩平台,如图 15 图 16 所示。该平台可在电脑 PC 端、手机微信端运行,开发了学术直播间、调查问卷、资料下载等 5 个功能模块,搭建了厦钨云实景、工法展示区、设计创新馆、施工创新馆等 7 个虚拟展厅,并通过实景漫游、自主虚拟漫游、虚实场景切换、指尖数字模型、工艺展板等多种形式,全方位展示了免撑免模工法的先进性。据不完全统计,先后有 4 万人次在网上进行观摩,社会效益显著。图 15“免撑免模装配式技术云观摩平台”虚拟前厅(下转第 136 页)136 福 建 建 筑2023 年的问题,鉴于地下室或楼栋配电间设置的配电总箱,是否可定义为分配电室配电母线段存在异议,设计前需与当地审查确认,以满足不同建设单位对项目的设计要求。(4)人防电站在满足规范及实际使用的情况下,使项目达到更高的效益,移动电站能满足项目要求的情况下不超配,以便提高地下室车位的停车能力。(5)随着项目不断的实践过程中,也将不断提升电气设计方案所具有的合理性以及适用性,以满足居住舒适、美观、造价经济、管理安全、维修方便的要求,进一步促进建筑工程建设实现可持续发展目标。参 考 文 献1 杨大岭.变压器在民用住宅项目中实际运行负载率分析J.建筑电气,2021,40(01):43-50.2 刘侠.住宅小区用电负荷计算方法及供电优化配置研究J.光源与照明,2021(01):133-134.3 郑垚.住宅项目柴油发电机容量计算J.电世界,2022,63(01):42-43.4陈汉民.福建省住宅的配电设计J.福建建筑,2013(11):6-7,106.5 DB35/T 1036-2019 10kV 及以下电力用户业扩工程技术规范S.2019.6 GB 50016-2014(2018 年 版)建 筑 设 计 防 火 规 范S.2014.7 GB 51348-2019 民用建筑电气设计标准S.2019.8 GB50038-2005 人民防空地下室设计规范S.2005.9 GB 51309-2018 消防应急照明和疏散指示系统技术标准S.2018.10 2009 全国民用建筑工程设计技术措施电气Z.2009.11 DBJ 13-278-2019 福建省电动汽车充电基础设施建设技术规程S.2019.(上接第 115 页)图 16 云观摩截图6 结语2021 年 8 月,福建建工免撑免模预制装配式体系通过福建省住房和城乡建设厅组织的“福建省建设科技研究开发项目(2020-K-12)”的结题评审。评审专家认为:该课题紧扣当前装配式建筑成本高、工期长的现状难点,以具有大跨、重载、大层高、大体量特征的需要设置高大支撑模板的建筑结构为研究对象,按照系统论的方法,将预制装配式混凝土楼盖进行解构,分析各组成部分在不同阶段的受力特点和关键技术指标;按照装配式建造模式创新的原则,对现有的通用装配式节点进行改进,研发了具有自主知识产权的全预制装配式构造体系及免模免撑工法。该体系为国内首创,已形成相关知识产权成果,对于今后福建省在多层物流仓库、大型混凝土厂房、大型混凝土厂房、大型公共建筑等项目应用上,具有重要的指导意义。课题研究成果总体达到国内领先水平。参 考 文 献1 任彧,刘梅婷,张雅杰,等.厦钨年产四万吨锂电池项目主厂房消能减震设计研究J.福建建筑,2021(06):18-24.2 任彧,阮锦发,王赛华,等.一种免支撑水平预制楼盖的梁柱节点P.福建省:CN 213952487 U,2021-08-13.3 任彧,阮锦发,王赛华,等.免支撑主次梁系统以及预制叠合主梁槽口模具P.福建省:CN 214739261 U,2021-11-16.4 GB 50010-2010 混凝土结构设计规范S.20105 任彧.槽形叠合梁P.福建省:CN 210195036 U,2020-03-27.6 任彧,黄昌钦,池思源,张雅杰.用于水平叠合结构的装配式施工平台P.福建省:CN 214117460 U,2021-09-03.