装配式建筑PC构件深化设计中存在的问题及应对措施

王建民,尹其平

(浙江工程建设管理有限公司，浙江 杭州 310012)

在装配式混凝土建筑的设计、施工、验收和使用中,暴露出不少问题。比如PC构件的设计深度不足，施工管理人员经验欠缺，施工工艺不完善，安全措施简单，质量验收标准不统一等。

为了有利于装配式混凝土建筑的健康发展,我们在项目实地调查研究的基础上,针对装配式混凝土结构中预制混凝土(简称PC)构件深化设计中存在的一些问题,提出相应解决措施。

1 PC构件的类型及特点

1.1 PC构件的类型

装配式混凝土结构的PC构件按安装方向划分,可以分为水平构件、竖向构件和斜向构件。

1)水平构件按功能组合分类见图1。

2)竖向构件按功能组合分类见图2。

3) 斜向构件以板为主,其主要应用是预制楼梯。

1.2 PC构件的特点

1)PC构件一般通过工厂自动化流水线制作,构件生产设备、生产工艺及管理均采用标准化。

2) 梁、板、柱等构件尺寸规格为适应批量化生产和标准化安装均为模数化。

图1 水平构件分类

图2 竖向构件分类

3) PC构件不仅包含钢筋、混凝土、灌浆套筒等混凝土结构本身,还包含设备安装用预埋管线、预留孔洞、装饰或施工用预埋件、外墙保温材料及饰面材料等,使构件的组成复杂化。

2 PC构件的连接方式

PC构件的连接通常采用湿式(钢筋+现浇混凝土)方式,也有个别情况采用干式(螺栓连接、焊接连接)方式。

1)湿式连接方式在装配式混凝土结构中是一种典型的方式,其优点是既可以通过现浇混凝土将不同的预制构件结合在一起,形成整体以提高结构的承载能力和抗震性能，又可以通过其本身尺寸的“可塑性”,对构件安装过程中产生的误差进行调整。

2) 螺栓连接主要适用于非承重构件或承受荷载较小的构件,如外挂墙板及次梁等与梁、柱、楼板的连接等。

3)焊接连接一般适用于端部或边缘构造配置型钢的PC构件,目前应用较少。

4)湿式连接中PC构件之间或PC构件与现浇混凝土之间的钢筋连接方式通常有钢筋套筒灌浆连接、机械连接、浆锚搭接连接、焊接连接和绑扎搭接连接等。

3 PC构件深化设计中存在的一些问题

3.1 节点连接方面

1)梁柱、梁梁主钢筋碰撞。设计时没有充分考虑构件之间各种钢筋在连接部位的空间关系,导致构件安装困难。如某工程两根相邻梁,截面(宽×高)为300 mm×500 mm,梁的上下排为4根Φ16配筋,构件预制时按统一的尺寸制作。现场安装时发现,相邻梁上下排钢筋位置相同,发生对碰,无法连接。

图3 外墙板竖向连接构造

2)墙板与墙板,墙板与柱连接钢筋缺失或不足。如某工程的外墙板竖向接缝没有任何的结构构造措施,仅采用密封胶防水,见图3。随着时间的推移,密封胶逐渐老化或开裂,墙面漏水几乎不可避免。

3)PC构件与现浇结构连接不合理。如某工程的预制楼梯分隔墙板搁置在现浇梯梁上,未采用预留钢筋锚固方式,发生了梯梁下部纵向钢筋在墙板处断开的不合理现象。

3.2 与设备安装的协调方面

1)构件尺寸不能满足水电管线预埋的需求。如某工程设计的叠合板厚120 mm,其中预制板厚度和后浇部分高度均为60 mm,板上部直径10 mm双向配筋。上部钢筋和混凝土保护层的厚度约为35 mm,剩余空间约25 mm,难以满足预埋管线布置的需要,施工实践中将后浇部分高度调整为80 mm才予以解决。

2)PC构件漏埋管线、开关盒或位置偏差过大，不能满足安装及装饰装修的要求。如某工程采用叠合楼板,构件预制时未预埋消防、照明配管和开关盒,为了满足使用要求,不得不在构件上重新开孔开槽，造成破坏。

3)深化设计后的管线与专业规范不符。如预制墙板竖向原设计有1根DG20电源线配管,相邻有1根DG20电视信号线和1根DG20电话线配管,深化后3根DG20合并为1根DG25管。导致强、弱电线合管,配线截面加大的问题,不符合建筑电气设计规范。

4)影响使用功能。如某高层建筑的空调板安装在没有窗户的墙面上,给后续的空调安装或维修带来很大的困难,见图4。发现问题后,设计对空调板进行了位置调整,但移位后的空调板部分锚固钢筋又处于安装预留孔位置(图5),以致降低了锚固的有效性,存在安全隐患。

图4 预制空调板位置 图5 预制空调板锚固筋布置

3.3 PC构件施工方面

1)构件吊装的位置和吊环的规格不合理。吊环的设置没有根据构件的重量、形状和吊装工艺的特点,合理确定。这种情况在叠合板的吊装上表现特别明显,因为叠合板预制部分的厚度较薄,当作业人员随意利用桁架钢筋作为吊点时,容易发生叠合板损坏。

2)构件临时支撑的位置和间距设置不合理。没有根据构件安装过程的特点提出保证施工安全的措施。如没有对叠合梁、板与预制柱等构件的临时支撑及拆除条件作出具体的规定及相应的措施。

3)固定施工外脚手架的预留孔或预埋件缺失。如在使用外挂式防护架时(图6),应在构件制作时预留螺栓紧固孔；在使用普通悬挑脚手架时,应在梁、板结构中预留必要的预埋件。预留孔或预埋件缺失将给安装悬挑脚手架带来困难,造成构件损坏,也给结构施工带来安全隐患。

图6 外挂式防护架

4)施工垂直运输设备与主体结构附着固定埋件缺失或不合理。导致运输设备不能及时、安全、可靠地安装,产生技术性停工,影响工程的正常施工。如果随意安装附着装置,还会给设备使用带来重大的安全隐患。

4 应对措施

1)统筹规划。改革传统的“先总体后拆分”设计方法,从装配式混凝土结构的方案设计开始,就组织建筑、结构、机电设备、室内装饰等专业的设计人员参与,根据项目的使用功能和装饰需求,确定建筑的整体布局和各构件的集成化要求,共同完成项目的总体设计和构件深化设计。

2)考虑施工因素。深化设计应考虑施工技术措施并结合构件制作、安装等方面的技术要求,必要时会同构件制作企业，施工企业技术人员共同设计。

在满足结构安全的前提下,尽可能减少装配难度,提高装配式混凝土结构质量。

3)样板验证。对构件深化设计成果,应组织施工单位对典型或特殊的连接节点，大型构件装配的合理性、可行性进行样板验证,并根据验证结果进一步进行优化。

4)细化节点构造措施。对梁、柱、剪力墙和外墙防水等一些重要的连接节点应细化构造措施。如梁柱节点,应有叠合梁的搁置长度，钢筋的连接或锚固以及模板安装的详细尺寸或大样图;剪力墙的连接不仅要对连接钢筋的位置及套筒的规格和注浆工艺等进行明确的标注和规定,还要对临时支撑和可调垫片的位置提出要求;采用钢筋套筒连接时,应考虑灌浆孔位置，灌浆分仓缝及灌浆检查出气孔设置；外墙板接缝防水应采用刚柔结合的技术措施。

5)采用BIM技术深化设计。鉴于装配式结构的精细化要求和预制构件集成化的特点,应借助BIM技术,才能满足构件分割，节点连接和细部尺寸的精度要求,避免构件、管线、设备空间位置的碰撞,达到方便施工，降低成本，减少工期的目的。