預(yù)制裝配技術(shù)在超高層建筑中的應(yīng)用
文/Article ＞趙曉龍 王保林 楊 濤
作者單位：深圳市華陽國際工程設(shè)計有限公司
【摘 要】
裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑在我國超高層中的應(yīng)用案例還比較少，本文通過塔樓高度達到180m 的潤府三期項目來解析超高層裝配式建筑的技術(shù)應(yīng)用。潤府三期項目是現(xiàn)今全國最高裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑，采用預(yù)制構(gòu)件種類為：預(yù)制外墻板、疊合樓板、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺、預(yù)制內(nèi)隔墻條板。根據(jù)十多年裝配式設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合我國現(xiàn)行規(guī)范、圖集以及試驗和論證，對預(yù)制裝配技術(shù)進一步進行了優(yōu)化改進，使預(yù)制裝配技術(shù)在結(jié)構(gòu)安全和施工操作上又得到了進一步的提升，并且在本項目中還將PC 裝配體系和外幕墻體系進行了有機的完美結(jié)合，有效提升了裝配式建筑的品質(zhì)。本文將通過分析預(yù)制裝配技術(shù)在超高層建筑中的可靠應(yīng)用，希望能夠?qū)ξ覈b配式建筑的進一步的健康發(fā)展有所借鑒價值。
1、引言
現(xiàn)階段，我國的裝配式建筑處于剛剛發(fā)展的初始階段，針對裝配式建筑的安全性以及技術(shù)先進性爭論很多，但是我們應(yīng)該看到現(xiàn)澆和裝配各有各自的優(yōu)缺點，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)在我國發(fā)展了幾十年還是有很多質(zhì)量通病問題沒有解決，所以我們針對裝配式建筑出現(xiàn)的問題也應(yīng)該以辨證的、發(fā)展的觀點去分析?！堆b配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ1-2014 中明確“由預(yù)制混凝土構(gòu)件通過可靠的連接方式裝配而成的混凝土結(jié)構(gòu)”為裝配式建筑，因此很多專家和領(lǐng)導(dǎo)認為，預(yù)制混凝土構(gòu)件應(yīng)用越多裝配程度也就越高，所以也就出現(xiàn)有些城市未結(jié)合本地實際情況就不斷盲目提高預(yù)制率（預(yù)制構(gòu)件體積比）的情況，而在一味追求高預(yù)制率時，由于整體市場資源嚴重不匹配，使裝配式建筑的質(zhì)量控制出現(xiàn)了一系列問題?！堆b配式混凝土建筑技術(shù)標準》GBT51231-2016 裝配式建筑定義為：“結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)的主要部分采用預(yù)制部品部件集成的建筑”，這里面引入了4 大集成系統(tǒng)對裝配式建筑重新進行了定義，是真正將側(cè)重結(jié)構(gòu)的概念拓展到整體建筑的概念。根據(jù)國家標準的定義演變，可以看到隨著裝配式建筑的不斷發(fā)展，行業(yè)對于裝配式建筑的內(nèi)涵也在不斷地更新。
我國裝配式建筑行業(yè)在現(xiàn)階段從開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、施工、質(zhì)檢、部品部件等各個環(huán)節(jié)都還沒有熟練掌握裝配式建筑技術(shù)，管理人員、技術(shù)人員、專業(yè)工人還極其短缺。因此現(xiàn)階段的裝配式建筑絕對不能搞“惟預(yù)制化”，如在裝配式建筑市場還未成熟之際，一味的追求高預(yù)制率則必然會給項目帶來很難預(yù)測的質(zhì)量安全隱患。尤其是對于超高層建筑更應(yīng)該進行慎重考慮，而本文將通過潤府三期項目超高層塔樓裝配式技術(shù)的應(yīng)用分析，來解讀裝配式技術(shù)如何在超高層中結(jié)構(gòu)中的合理應(yīng)用。
另外，需要注意的是，裝配式建筑需要從產(chǎn)業(yè)市場、人才培育、技術(shù)發(fā)展、質(zhì)量管控等方面穩(wěn)步推進、持續(xù)發(fā)展。在深圳尤其以萬科、華陽國際等單位為代表的企業(yè)，堅持在確保結(jié)構(gòu)安全前提下來實現(xiàn)提高質(zhì)量、提高效率、減少人工、節(jié)能減排的“兩提兩減”的裝配式建筑初心和目標。深圳市建設(shè)主管單位對于裝配式建筑的開發(fā)，要求在項目設(shè)計階段進行“裝配式建筑技術(shù)認定”，在施工期間組織專家巡查組對項目現(xiàn)場進行“施工質(zhì)量巡查”，通過前期評審和后期監(jiān)督的管理機制，確保裝配式建筑項目的質(zhì)量安全。
2、工程概況
潤府三期項目位于深圳市南山區(qū)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)中部，北為玉泉路，南為科發(fā)路，東側(cè)為規(guī)劃道路大沖二路，西臨銅鼓路，總建筑面積約為30 多萬平方米，由高度為120m~180m 的7 棟超高層塔樓組成。在方案設(shè)計階段采用“模數(shù)化”、“標準化”、“模塊化”工業(yè)化設(shè)計理念，對方案的戶型進行了前期優(yōu)化與改進，使其滿足裝配式建筑“標準化設(shè)計”的基礎(chǔ)條件；通過采用預(yù)制裝配技術(shù)實現(xiàn)了裝配式建筑工廠化生產(chǎn)、裝配化施工的基本特點；通過信息化協(xié)同平臺使建筑各專業(yè)設(shè)計、內(nèi)裝設(shè)計、部品設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)運輸、安裝施工等相互打破壁壘，實現(xiàn)裝配式建筑信息化管理的一體化特點。
綜合考慮項目特點并結(jié)合深圳市環(huán)境特點，本項目采用了預(yù)制外墻板（含凸窗）、疊合樓板、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺、預(yù)制內(nèi)隔墻條板等預(yù)制構(gòu)件，按照深圳市計算標準，各棟塔樓預(yù)制率不低于16%、裝配率不低于56%。本項目在規(guī)范JGJ1-2014 和GBT51231-2016 基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)體系及節(jié)點構(gòu)造進行了充分研究和分析改進，通過節(jié)點處理合理考慮構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的可靠相連以及降低對主體結(jié)構(gòu)的不利影響。雖然本項目具有成本控制嚴格、質(zhì)量要求高、后期維護要求簡單、戶型重復(fù)量大等顯著特點，但是我們通過前期的合理化設(shè)計優(yōu)化、裝配式技術(shù)應(yīng)用以及綜合的科學(xué)化管理，有效提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和科技含量，在實現(xiàn)提高質(zhì)量、提高效率、減少人工、節(jié)能減排的“兩提兩減”的裝配式建筑初心的前提下也為超高層裝配式建筑的發(fā)展提供了堅實的理論和實踐基礎(chǔ)。
3、裝配式建筑設(shè)計
現(xiàn)階段的常規(guī)項目設(shè)計基本是設(shè)計院中各專業(yè)間的一體化設(shè)計，后期會出現(xiàn)很多設(shè)計修改，而且由于我國設(shè)計規(guī)范和施工規(guī)范的脫節(jié)，從而單靠設(shè)計師很難保證設(shè)計質(zhì)量。裝配式建筑采用全產(chǎn)業(yè)鏈一體化設(shè)計模式，其設(shè)計內(nèi)容不但包含常規(guī)的建筑、結(jié)構(gòu)、機電各專業(yè)，還包含裝修、生產(chǎn)、運輸、安裝等各方面內(nèi)容，因此設(shè)計成果更具有可操作性、可實施性。
3.1 建筑設(shè)計
標準化設(shè)計是裝配式建筑的基本要求，通過標準化設(shè)計才可以做到預(yù)制構(gòu)件、部品部件的大批量工廠生產(chǎn)，從而達到提高質(zhì)量、提高效率、降低建設(shè)成本的目的。潤府三期30 多萬平方米建筑采用6 種標準戶型組合成3個標準樓棟；通過優(yōu)化設(shè)計盡量降低預(yù)制構(gòu)件模具種類以及裝修部品的復(fù)雜化程度，共使用38 種外墻構(gòu)件（12對鏡像）、9 種陽臺構(gòu)件（2 對鏡像）、1 種樓梯構(gòu)件，精細化模具設(shè)計共計采用12 種模具。項目中預(yù)制構(gòu)件在立面上并未外露，整個立面由鋁合金窗、陶板幕墻和鋁板幕墻包裹，預(yù)制構(gòu)件預(yù)留埋件為幕墻提供簡單可靠的連接點位。預(yù)制外墻采用PC 和幕墻之間設(shè)置保溫層做法，依據(jù)《深圳市居住建筑節(jié)能設(shè)計標準實施細則》SJG15-2005計算，保溫材料為46 厚保溫巖棉，節(jié)點做法詳見圖2。
圖2 保溫做法詳圖
外墻滲水尤其是窗邊滲水問題是現(xiàn)澆項目的質(zhì)量通病之一，其問題很難得到有效處理，且處理起來也比較困難，后期維修成本占比較高。根據(jù)2009 年入住的萬科第五寓項目、2013 年入住的龍悅居三期項目后期跟蹤調(diào)查，其外墻滲水率基本為零，因此本項目外圍部分均采用全混凝土外墻 外保溫（巖棉保溫） 單元式幕墻，實現(xiàn)外圍護墻、外飾面、防水、保溫一體化設(shè)計。預(yù)制外掛墻板接縫采用材料（密封膠和幕墻系統(tǒng)）、構(gòu)造（高低企口）、結(jié)構(gòu)（混凝土反坎）3 道防水相結(jié)合設(shè)計方式，充分保證外墻的防水效果，節(jié)點做法詳見圖3。
圖3 外墻防水做法詳圖
機電設(shè)備管線系統(tǒng)采用集中布置，管線及點位預(yù)留、預(yù)埋到位：預(yù)制外墻預(yù)留預(yù)埋線盒和空調(diào)留洞、預(yù)制樓梯預(yù)留防滑凹槽、預(yù)制陽臺預(yù)留預(yù)埋欄桿扶手安裝埋件、立管留洞和地漏、吊頂內(nèi)暗藏給水管和空調(diào)管線，采用一體化、系統(tǒng)化設(shè)計及施工解決方案。對管線相對集中、交叉、密集的部位，比如強弱電井、表箱、集水器等進行管線綜合，減少平面交叉；豎向管線集中布置，并滿足維修更換的要求。
3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計
潤府三期按7 度抗震設(shè)防、設(shè)計地震分組為第一組、設(shè)計基本地震加速度值為0.10g、特征周期為0.35。根據(jù)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ1-2014）》、《裝配式混凝土建筑技術(shù)標準（GB/T51231-2016）》、《裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（DBJ15-107-2016）》相關(guān)要求，7 度地區(qū)剪力墻結(jié)構(gòu)高度限值110m，而本項目塔樓高度均超過此限值，因此豎向受力構(gòu)件均未采用預(yù)制構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)體系均為剪力墻結(jié)構(gòu)體系。為積極響應(yīng)國家、深圳市的產(chǎn)業(yè)化政策，本項目采用了預(yù)制外掛墻板（含凸窗）、預(yù)制樓梯、預(yù)制陽臺、預(yù)制疊合樓板、預(yù)制內(nèi)隔墻條板的5 種預(yù)制構(gòu)件種類，在提高質(zhì)量的前提下確保結(jié)構(gòu)主體安全，以5、6 棟塔樓為例，構(gòu)件具體布置如下圖4。
圖4 預(yù)制構(gòu)件平面分布圖
根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范及圖集要求，結(jié)合超高層建筑特點，設(shè)計對預(yù)制部分的構(gòu)造進行詳細分析研究，主要節(jié)點設(shè)計如下：
1） 預(yù)制外墻按頂部懸掛于主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆梁的外側(cè)，兩側(cè)構(gòu)造錨固于窗邊剪力墻，底部設(shè)置平面外限位連接件，結(jié)構(gòu)主體計算時同時考慮樓板與外掛墻板對梁剛度及主體剛度的影響，連接節(jié)點詳見圖5。
圖5 預(yù)制外墻連接節(jié)點
2） 預(yù)制樓梯上端采用固定鉸支座，下端采用滑動鉸支座，結(jié)構(gòu)抗震不考慮其斜撐作用，考慮罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的層間彈塑性位移，梯段下端與主體結(jié)構(gòu)預(yù)留30mm 變形縫，連接節(jié)點詳見圖6。預(yù)制樓梯踏面轉(zhuǎn)角處設(shè)計倒角，防滑構(gòu)造在工廠一次成型。
圖6 預(yù)制樓梯連接節(jié)點
3） 預(yù)制陽臺采用梁式陽臺，預(yù)制懸挑梁部分預(yù)留一級直螺紋套筒連接構(gòu)造，與內(nèi)部梁鋼筋連接，陽臺板位置預(yù)留樓板底筋和面筋錨入結(jié)構(gòu)梁內(nèi)，確保結(jié)構(gòu)安全。
4） 預(yù)制疊合樓板采用預(yù)制層厚度60mm 現(xiàn)澆層80mm 的做法，在確保構(gòu)件生產(chǎn)、運輸、安裝安全的前提下，盡量加大現(xiàn)澆層厚度，確保管線預(yù)埋和澆注質(zhì)量可控。疊合板連接節(jié)點詳見圖7、圖8。
圖7 疊合板端部節(jié)點
圖8 疊合板中部拼接節(jié)點
5） 內(nèi)填充墻考慮免抹灰工藝采用成品預(yù)制內(nèi)隔墻條板，為減少隔墻裂縫，其連接位置采用現(xiàn)澆壓槽、實心補板、轉(zhuǎn)角L 或T 型板等措施，其構(gòu)造節(jié)點經(jīng)過研究分析條板拼接構(gòu)造如圖9~ 圖12。
圖9 單墻一字連接
圖10 單墻與補板一字連接
圖11 單墻直角連接
圖12 雙墻直角連接
4、意義及效益
潤府三期項目在確保結(jié)構(gòu)安全和建筑性能滿足國家、地區(qū)相關(guān)規(guī)范、規(guī)定的前提下，充分體現(xiàn)了裝配式建筑的“兩提兩減”目標。通過管理、設(shè)計和施工的協(xié)同配合，大幅提升項目工程質(zhì)量和項目品質(zhì)。
從綜合體系來講潤府三期主要為以下幾點：
1） 充分利用了鋁模 PC 預(yù)制隔墻條板組合技術(shù)，施工誤差控制在3mm 左右，取消常規(guī)項目的抹灰作業(yè)，從而徹底避免了空鼓等質(zhì)量通病。
2） 外圍護墻全部采用現(xiàn)澆剪力墻 預(yù)制外墻板體系，完全取消了外墻的砌筑部分，徹底解決外墻容易滲漏、開裂的問題。
3） 外圍護采用PC 幕墻體系，對外圍護防水系統(tǒng)采取雙重保護，幕墻系統(tǒng)作為第一道防水系統(tǒng)，全混凝土外墻作為永久性的第二道防水系統(tǒng)。
4） 采用了新式提升外爬架施工方式，有效節(jié)約了外架綜合成本并減少了施工工期。
項目中樓板、外墻、樓梯、陽臺、填充墻等采用工廠生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件并在現(xiàn)場機械安裝，取消木模板采用鋁模板，綜合來看可以有效減少現(xiàn)場用電能耗、減少現(xiàn)場濕作業(yè)、節(jié)約用水、節(jié)約建材、節(jié)約人工等，較傳統(tǒng)施工工藝最大限度的減少木模板、減少浪費、減少現(xiàn)場建筑垃圾、廢水排放，達到了裝配式建筑的示范效果。
2017 年潤府三期項目作為省、市兩級的裝配式建筑重點示范項目進行了大范圍的技術(shù)交流和展示參觀，為廣東省、深圳市的裝配式建筑的技術(shù)研究、成果推廣和標準建設(shè)均作出了積極貢獻。通過本項目的設(shè)計及實施，為超高層建筑應(yīng)用裝配式建筑技術(shù)提供了很好的參考價值，從而為我國進一步研究和推廣裝配式建筑具有較大
的貢獻作用。
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