预制预应力免模少撑楼盖体系在“一带一路”工程中的应用_池思源.pdf

2023 年第 06 期总第 300 期福 建 建 筑Fujian Architecture&ConstructionNo 062023Vol300预制预应力免模少撑楼盖体系在“一带一路”工程中的应用池思源 任 彧 张雅杰(福建建工装配式建筑研究院有限公司 福建福州 350001)摘 要:由中国武夷承建的肯尼亚中央银行社保基金大楼,是非洲地区首个采用中国自主知识产权装配式技术建造的超高层办公建筑。由于建筑造型的原因,该项目各层建筑平面均不相同,给预制方案的确定带来很大的困难。设计团队综合运用预制预应力空心楼板、槽型预制梁、叠合楼板等预制构件,实现了预制楼盖的免模少撑。同时,在建造中,全过程应用了智能建造技术。本项目的成功实施,获得了肯尼亚政府的高度评价。关键词:低成本预制体系;少撑免模装配式楼盖;智能建造技术中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:1004-6135(2023)06-0108-04Application of Formwork-free and Less-scaffolding Prestress Precast Floor SystemIn The Belt and Road Initiative ProjectCHI Shiyuan REN Yu ZHANG Yajie(Fujian Construction Engineering Prefabricated Building Research Institute Co.,Ltd.,Fuzhou 350001)Abstract:The Central Bank of Kenya Pension Tower,constructed by China Wuyi,is the first super high-rise office building in Africa builtwith Chinas own intellectual property precast technology.Due to the shape of the building,the architectural plans of each floor of the towerwere different,which brings great difficulties to the determination of the prefabrication scheme.The design team made comprehensive use ofprefabricated components such as prefabricated prestressed hollow core floor slabs,slotted prefabricated beams and concrete precast slabwith lattice girders to achieve a prefabricated floor with formwork-free and less-scaffolding.At the same time,intelligent constructiontechnology was applied throughout the construction process.The successful implementation of this project was highly evaluated by the Kenyagovernment.Keywords:Low-cost prefabricated systems;Formwork-free and less-scaffolding prestress precast floor system;Intelligent constructiontechnology作者简介:池思源(1991.3-),男,工程师。E-mail:595187034 收稿日期:2023-04-140 引言随着我国“一带一路”战略的不断推进,建筑工业化也迎来了战略机遇期;我国的装配式建造技术不断发展,也拥有了“走出去”的自信。由中国武夷承建的肯尼亚中央银行社保基金大楼(以下简称 CBK大楼),是非洲地区首个采用中国自主知识产权装配式技术建造的超高层办公建筑。内罗毕是联合国环境署和人居署所在的城市。因此,当地建筑管理部门在环境保护方面的措施,远超当前国内的要求。其强制承包商尽可能采用有利于环保的技术和施工措施,旨在通过改进建筑物建设工作,减少温室气体的排放。同时,该项目位于肯尼亚首都的政治中心,毗邻总统办公室、外交部、警察总部等部门,施工时段受到严格限制。为确保项目如期竣工,在 FIDIC 合同框架下,福建建工设计团队开展“预制预应力免模少撑楼盖体系”研发和设计,依托自有的内罗毕预制混凝土构件生产基地,实现了中国装配式技术在“一带一路”工程中的成功应用。1 工程概况CBK 项目位于内罗毕中央商业区,业主为肯尼亚央行,合同价格为 30.49 亿肯先令(约 2.052 亿元)。本项目建筑面积 41 000 m2,地下三层,地上三十一层,建筑高度 140 m,为肯尼亚首都新地标1,如图 1所示。2023 年 06 期 总第 300 期池思源,任 彧,张雅杰 预制预应力免模少撑楼盖体系在“一带一路”工程中的应用109 图 1 项目实景图本项目的建筑立面造型十分别致,电梯筒芯两侧的塔楼竖向轮廓为反向曲线。因此,本项目各层建筑平面均不相同,不存在高层建筑常见的标准层。如采用常规的现浇工艺,模板周转率低,成本高昂;同时,由于非洲本地缺乏熟练的技术工人,复杂的模板支撑作业效率低,严重影响工期。如采用预制混凝土技术,可以将大量的现场湿作业转移到预制工厂,大大减少现场工作量和建筑垃圾,符合当地的监管需求。但是,如何实现无标准层高层建筑的低成本预制,是设计团队需要解决的具有挑战性的问题。2 预制方案的策划本项目的预制策划存在以下难点:(1)众所周知,装配式建筑设计在满足建筑功能和结构安全要求的前提下,需要遵循少规格、多组合的原则,实现建筑构配件的标准化与系列化,通过提升预制构件的复用数量,来降低生产成本。因此,本工程预制方案,首先需要解决由楼层尺寸变化带来的预制构件成本增量问题。(2)预制混凝土构件在预制工厂生产后需要进行整体运输和吊装。由于肯尼亚的基础设施不发达,运输费用相对国内昂贵很多。如果仅仅用简单的预制构件替代现浇构件,即使在自有预制工厂严格控制出厂价的前提下,初步测算建造成本仍然是高于 FIDIC 合同的相应价格,这是本工程预制的第二个难点。图 2 预制方案策划 针对第一个难点,设计团队首先进行了平面分析,发现 CBK 项目的开间方向的主梁距离各层相同,进深方向的主梁距离各层均不相同。因此,将预制构件的架越方向选择为进深方向,就可以实现开间方向的标准化,如图 2 所示。设计团队选用了基于现代抗震技术的预制预应力空心楼板2-3。该楼板采用专用的振动成型滑模机,使用干硬性混凝土在长线模台上一次生产长 120 m,待养护完成后,使用锯切设备,按照指定长度进行切割成型,如图 3 所示。对于不同的板跨长度,预制预应力空心楼板的模具成本均为零。正确选择预制体系后,可以仅使用一种梁模具,一种叠合板模具就能实现楼层 80%面积的预制化。对于东西两侧剪力墙以外的楼梯间,由于标准化条件差,仍然保留现浇工艺。针对第二个难点,设计团队通过工艺设计,使得现场施工时,仅需在预制框架梁底部设置少量的支撑,就能完成楼盖预制区的整体安装,实现了“免模少撑”的效果,如图 4 所示;通过减少现场措施费,抵消了预制构件的成本增量。图 3 预制预应力长线法生产线110 福 建 建 筑2023 年图 4 项目现场支撑情况3 CBK 项目中的预制技术创新海外工程实施过程中的机械化施工条件与国内相比,恶劣很多。本工程的塔吊的起重能力有限,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,吊装和运输均存在困难。为解决起重机远端吊装能力不足的问题,设计团队采用叠合槽型主梁的减重策略,如图 5 所示。图 5 新型叠合槽型梁示意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。这样的工法,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4(专利号:ZL 2019 2 0536413.X),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。4 预制预应力楼板的设计鉴于本工程的实际应用功能,选择设置50 mm 现浇面层的预制预应力空心板楼盖。根据作用在板上的恒载和活载,根据 PCI 手册6的相关规定,确定截面和预应力筋配筋形式。需要指出,对于预制预应力空心板上砌墙的情况,集中线荷载的有效受力宽度为净跨 l 的0.5 倍,如图 6 所示;对于墙体间距小于 0.5l,集中线荷载的一侧有效受力宽度取相邻隔墙间距的一半;进而按照荷载作用效应相等的原则,将非均布荷载转换为均布附加恒荷载。图 6 板上非均布荷载的处理根据技术手册5,选定按照如图 7 所示的预制预应力空心板端部连接构造,以确保装配式楼盖的整体性。图 7 预应力空心板端连接大样5 智能建造技术的应用本项目针对“一带一路”项目远程协同应用场景丰富的特点,将信息化技术和智能建造技术贯穿项目建造全过程。2023 年 06 期 总第 300 期池思源,任 彧,张雅杰 预制预应力免模少撑楼盖体系在“一带一路”工程中的应用111(1)设计阶段由于本项目建造周期正值新冠疫情大流行期,人员交流遇到很大困难;且施工场地可用于临时设施的空间极为有限,需要设计团队与现场执行团队进行高效的信息交流。设计团队在国内应用 BIM 技术结合云技术,对本项目进行数字化交付和现场服务,如图8 所示。本项目在方案、施工图和深化设计阶段,采用 Ar-chicad、Planbar、Tekla 等软件进行全专业 BIM 正向设计;并使用 OpenBIM 技术,将不同软件生成的数据在同一轻量化浏览系统中进行整合、碰撞检查。图 8 BIM 技术结合云技术实现数字化交付(2)生产阶段预制混凝土构件,全部采用中国武夷内罗毕建筑工业化基地的 EBAWE 智能化预制构件生产线和全自动钢筋网片生产线进行作业。通过内梅切克公司的 TIM 系统,可将装配式预制构件的 BIM 设计数据自动传递至生产线设备,进行智能识别和自动排产,如图9 所示。图 9 BIM 模型数据驱动的生产管理6 结语在新冠疫情大流行的背景下,本项目应用福建建工自主知识产权的“预制预应力免模少撑楼盖体系”,与传统现浇工艺相比,可节省 15%的成本,工期减少 1 d/层,实现比中标工期提前 5 个月竣工;同时,建筑工人职业健康和安全条件得到极大改善,产生的建筑垃圾、噪声等极大减少,得到了建设单位、监理单位等各方的高度赞赏。该项目前期,业主、建筑师和结构工程师均对中国标准持怀疑态度,认可度较低。通过邀请肯方团队来中国考察装配式项目、预制产品及 BIM 等技术,增强了互信。设计团队还将当地标准及中国标准做专项论证对比,突出安全、品质、工期短的特点,通过标准作业样板,逐渐让中国标准被对方采纳。2022 年 5月 28 日,肯尼亚总统乌胡鲁肯雅塔出席了由中国武夷承建的 CBK 基金大楼揭幕仪式,对大楼的建设给予了高度的肯定和赞扬7。鉴于上述贡献,本项目入选住建部主编的中国工程建设标准在“一带一路”相关国家工程应用案例集。图 10 项目竣工交接仪式装配式技术在一带一路沿线国家有广阔的应用前景和市场容量。中国政府的大力推动,让中国装配式建筑技术有了较大的提升。中国企业要走出去,首先应注重发挥集团优势,因地制宜。在 BQ 封顶前提下,遵守当地法规,控制整体成本,在中国标准基础上,融入当地认可或主流的标准,并加以验证,增加可信度。同时,需尊重当地设计习惯,根据当地消费水准及发展需求,研究与不同需求对应的装配式建筑产品。参 考 文 献1Brian Okello.What The New CBK Pension Tower DesignRepresents N.https:/www.citizen.digital/business/what-the-new-cbk-pension-tower-design-repre-sents-n298298.May 28,2022.2 潘本栋.SP 预应力空心板在居住建筑中的应用和发展J.混凝土,2002(01):44-46.3 王洪欣,孙占琦,钟志强,等.预制预应力混凝土楼板设计关键技术与应用J.混凝土与水泥制品,2022(11):63-67.4 任彧.槽形叠合梁P.福建省:CN 210195036 U,2020-03-27.5 庄国伟.SP 预应力空心板技术手册S.1999.6 Precast and Prestressed Concrete Institute.PCI design hand-bookM.8th Edition PCI,Chicago,Illinois,2017.7 Jackson Okoth.CBK Pension Towers Opens for BusinessN.https:/ 27,2022.