装配式建筑预制阳台精确安装控制措施分析

安腾飞，张 伟

（华中科技大学土木与水利工程学院，湖北 武汉 430074）

0 引言

2016 年 9 月国务院办公厅印发《关于大力发展装配式建筑的指导意见》（国发办〔2016〕71 号）［1］，我国装配式建筑发展出现新的机遇，装配式建筑在新建建筑中所占比例不断攀升，显著提高了建筑行业的建造水平。2020 年 12 月全国住房和城乡建设工作会议提出，2021 年加快发展“中国建造”，推动建筑产业转型升级，完善装配式建筑标准体系，推动装配式建筑全产业链协同发展，进一步提高装配式建筑在新建建筑中的比例。

装配式建筑相较于传统现浇施工具有节能、环保、施工效率高等优势，在国家及各省市地区政策的指引下，装配式建筑必然成为当今建筑行业的发展趋势。但在装配式建筑蓬勃发展的同时，也产生了较多问题，如建筑整体性、构件节点的稳定性、安装精确度、防水性等质量问题以及施工组织管理体系不健全、预制构件造价成本高等限制其进一步发展的问题。本文就装配式预制阳台安装精确性及其稳定性进行探讨，分析其安装施工过程存在的问题，提出改进措施并总结。

1 装配式预制阳台简介

装配式预制阳台是装配式预制构件中的重要组成部分，主要由预制阳台底板、阳台底梁与侧梁、阳台前栏板和两个侧栏板及栏杆等部分构成。

预制阳台按构件型式分类包括全预制梁式阳台、全预制板式阳台和半预制（叠合板）式阳台。全预制阳台按照承重方式可分为全预制梁式阳台和全预制板式阳台。

全预制梁式阳台是指将阳台板及其上的荷载通过挑梁传递到主体结构的预制梁、预制墙体、预制柱等结构上，一般将底梁与侧梁同主体结构的圈梁等绑扎并焊接后进行现浇处理。全预制板式阳台在其根部与主体结构的预制梁、叠合板等现浇在一起，预制阳台板及其上的荷载通过悬挑板传递到主体结构的梁板上。半预制阳台也称叠合板式预制阳台，该类型阳台板，底板厚度设计较小，底梁布置仅做连接功能，预制底板仅做支撑作用，生产时按设计要求设计一定数量的外露分布钢筋，在预制阳台吊装完成后，在阳台底板上按设计要求布置受力筋，而后进行现浇。

本文主要对目前装配式建筑领域应用最为广泛的悬挑全预制梁式阳台板进行分析。

2 装配式预制阳台安装现状

预制阳台板不同于预制楼板、预制梁、预制柱等标准构件，作为大中型异型 PC（Precast Concrete，混凝土预制件）构件，预制阳台吊装时容易因吊点设置不合理造成偏心起吊，严重时可致使预制阳台板损坏，因此其起吊应当提前进行力学分析设置合理的起吊点，并且设计专用吊具，如平衡架、吊梁等以此保持起吊的平衡，防止倾覆［2］。

2.1 安装前期准备

进行吊装前技术准备，对阳台安装所需设备、材料进行检查，保证设备稳定运行、安装所需材料符合设计标准。在此基础上，进行安装前准备，施工人员在预制阳台板及外墙板顶面或叠合楼板上弹出阳台板外挑尺寸控制线及两侧边线，校核标高；凿出并调直阳台边梁内及走道板内的预埋环筋；测出预制阳台内边控制线，根据设计布置支撑体系。

2.2 预制阳台安装过程

在前序工作完毕后，开始进行预制阳台板的安装。安装过程主要分为坐浆、吊装、焊接、现浇混凝土、构件安装质量验收等步骤。安装流程如图 1 所示。

图1 预制阳台安装流程

1）在预制阳台吊装前对阳台板与墙体及叠合板接触部分按设计要求浇筑素水泥浆，保证阳台板与墙体及叠合板紧密贴合，严丝合缝。

2）吊装是预制阳台板安装过程中最关键的步骤之一。由于阳台板形状不规则，且悬挑结构安装精度、防水要求高，所以安装难度较大。吊装过程可简单分为安装吊具、起吊调平、阳台板静停、阳台板落位、校核、取钩等。

3）在预制阳台板就位后，将阳台底梁与测量外伸筋同圈梁进行绑扎并进行焊接，待焊接及绑扎完成，将阳台侧梁伸入叠合板或预制墙内部分同圈梁进行混凝土浇筑。上述工序完成后，对安装质量进行检验，检查阳台板安装标高是否正确，预留洞口、预埋线盒位置是否正确，阳台板下与外墙板顶部的拼缝宽度是否在设计范围内，检查阳台板底与支撑工字木是否有缝隙。

3 预制阳台安装问题总结

阳台板作为悬挑结构，外露于主体建筑，十分容易出现裂缝、漏水、保温隔热等质量问题。这些质量问题主要源于设计缺陷、安装施工失误等，主要分为以下几种问题：吊装操作不当导致预制阳台破损；阳台与主体建筑整体性差，现浇部分产生裂缝；阳台与墙体或叠合板连接处对接不准，产生缝隙，造成漏水。

1）吊装操作不当导致预制阳台破损。安装施工现场环境复杂，突发情况难以准确估计，使得构件吊装时极易发生碰撞，导致磕碰严重、缺棱掉角。预制阳台作为异型构件，吊点及数量的设置不当容易造成偏心起吊，致使阳台板受损，这些吊装过程的失误，不仅影响阳台安装的后续工程，而且会对阳台板安装产生质量安全隐患，容易出现断裂、漏水等问题，使建筑寿命降低。

2）阳台与主体建筑整体性差。悬挑阳台由于阳台主体与预制墙体或叠合板连接处分离，进行后浇处理，导致整体性较差，同时悬挑结构在其尾端会产生较大倾覆力矩，如果阳台外伸侧梁及底梁布置不当，不能满足设计要求，进而导致使用过程中后浇部分容易产生裂缝，严重时甚至会出现安全问题。

3）安装精度不够，造成安装位置偏差。预制阳台落位后，连接处安装偏离设计位置，最终导致预制阳台与墙体或叠合板之间存在缝隙，致使建筑出现防水、隔热等质量问题。具体成因如阳台竖向支撑标高存在误差导致阳台各处竖向标高不同；构件落位处位置偏离设计要求，固定时产生偏差；阳台外伸筋与箍筋绑扎较松，现浇振捣时造成预制阳台水平方向滑移等。

4 提高预制阳台安装精确性及质量

4.1 保证阳台板质量

PC 构件的质量直接影响工程的质量，保证预制构件质量贯穿于整个生产安装过程，包括构件的生产、运输、安放、吊装、施工等。

作为异型构件，预制阳台设计、生产难度均高于预制墙体等标准构件，因此在预制阳台设计、定制生产环节，应充分把握材料性能与质量指标，保证构件出厂时符合质量要求。同时，预制阳台由于结构方面的特性，在运输、场内放置时要充分考虑放置对预制阳台进行保护的方案，防止构件损坏或其形状、性能发生变化。

在预制阳台吊装阶段，应充分验证相关工艺技术，对工程所使用的各种预制阳台进行分类，根据施工设计要求，编制吊装专项方案，选用适当型号的吊装机械，布置合理位置及数量的吊点，保证预制阳台起吊过程的平稳，防止产生吊点破损、混凝土剥落等质量问题。在吊装操作前应检查提升梁下预留孔洞的尺寸和位置，起吊过程中也不能和墙板之间有碰撞，以免破坏构件影响结构质量［3］。

4.2 提高节点连接处结构强度及整体稳定性

预制阳台通过外伸侧梁及底梁与主体结构相连，形成悬臂结构，现有预制梁式阳台普遍存在与主体结构连接时强度较低、整体性较差的问题。

由于全预制阳台在与墙体或叠合板连接时强度较低、整体性差，为减少预制阳台裂缝、下沉等情况产生，可将全预制阳台改用半预制阳台，即叠合板式阳台。预制底板仅做支撑作用，生产时按设计要求设计一定数量的外露分布钢筋。在吊装就位后，在阳台底板上按施工设计布置一定数量受力钢筋，其远离阳台板一端与预制框架梁绑扎，随后进行现浇，使预制阳台板、预制框架梁和预应力板通过阳台现浇叠合层浇筑成一体，如图 2 所示。此种预制阳台省去了底板受力筋，使生产、运输、吊装过程大大简便，并且提高预制阳台板与建筑整体性，一定程度上提高了建筑物的抗震性能。

图2 带叠合层的预制阳台板

在提高预制阳台整体性及连接强度方面，也有其他改进措施，较为普遍使用的如在预制阳台紧贴预制墙体或叠合板的端面设置剪力键槽。在预制阳台就位后，对其进行现浇混凝土，随即形成剪力键，一方面提高预制梁式阳台与其他预制构件之间的连接强度，另一方面能提高阳台梁的抗剪能力［4］。

4.3 保证预制阳台准确就位

预制阳台在吊装落位后由于操作员不可避免的误差以及工作失误时常导致预制阳台最终位置与设计产生误差，或水平偏移，或竖向偏移，造成漏水、开裂等质量问题。在竖向定位中，传统预制阳台安装会在吊装前预先布置竖向支撑体系，该竖向支撑坐落于下一层（已安装）阳台上，该支撑既能起到阳台支撑作用，也能保证上下安装位置一致，减小竖向误差，如图 3 所示。该支撑体系存在的问题是，由于装配式建筑施工速度较快，且预制阳台结构的特殊性使得该构件安装后需要较长时间进行养护，如果支撑体系坐落于下层阳台，使下层阳台承受一定重量，可能会导致下层阳台结构发生形变、现浇时产生裂缝等质量问题。

图3 传统支撑体系

基于此种情况，可将竖向支撑改为斜支撑，即在预制墙体上预先安装斜向支撑，同时为了保证阳台安装位置与设计相符及下层阳台位置一致，可以预先安装定位板及定位片，将其限制在同一位置，保证两相邻两层阳台位置一致，如图 4 所示。

图4 改进后支撑及定位装置

在水平方向，由于在预制阳台就位后，现浇部分需要对混凝土进行振捣，导致水平方向发生位移，造成上下层预制阳台板错位。就此问题，可以在构件生产时，在预制阳台与叠合板相接侧预先安装对称的加固用暗螺母，在吊装就位后，将其通过刚性连接件和限位螺栓连接，起到水平方向约束［5］，如图 5 所示。

图5 水平向约束

4.4 创新设计及智能化设备引用

4.4.1 创新设计

在提高预制阳台与预制墙体或叠合板整体连接强度上，可以进行创新设计，如装配式混凝土嵌入式预制阳台［6］，通过设计将预制阳台板的部分弯矩分给预制墙体和预制柱，在阳台靠近墙体端面设置相邻高度不同的两个竖向混凝土结构，在柱或墙体上预留相应的竖向条形槽，安装时将其嵌套进去，并采用水泥砂浆密封，如图 6 所示。该结构的好处是通过阳台板及其一体的竖向混凝土结构与预制墙体上的条形槽嵌套在一起，大大提升了结构整体性及阳台承载力。

图6 装配式混凝土嵌入式预制阳台

4.4.2 结合信息管理系统与智能终端相结合

近年来，BIM（建筑信息模型）越来越多地被应用于建筑设计中，BIM 技术凭借其可视化、数字化等优势在工程设计、施工和运维管理中被广泛运用［7］。将 BIM 技术应用于装配式建筑也得到了充分的研究与发展。一方面，通过 BIM 结合物联网，搭建智能建造管理系统成为可能；另一方面，随着人工成本、质量要求、施工效率等要求的逐步提升，通过智能建造终端设备结合智能建造管理系统打造无人化智能施工平台已成为建筑行业未来发展的趋势。目前已经初步得到应用的有 Hadrian109 砌筑机器人，某公司研制的室内喷涂机器人、地砖铺贴机器人、墙砖铺贴机器人等，如图 7、图 8 所示。

图7 砌筑机器人

图8 建筑机器人

目前建筑机器人在装配式建筑领域主要应用于预制构件、构件模板的生产环节，而现场装配环节智能化水平较低，当前针对预制构件安装定位的智能化设备也较少。笔者认为，利用机器视觉、WSN、RFID 标签等技术实现预制构件的辅助定位，结合 BIM+ 物联网智能建造系统打造智能操作终端——装配式建筑预制构件精确定位机器人，该机器人可以应用于预制剪力墙、预制柱等构件的安装定位工作中。

由于预制阳台安装工作面的限制，可在预制阳台底板上安装两只构件定位机械臂，其上均安装工业摄像头，利用两个视觉调整机械臂前段的工业摄像头组成双目系统，通过获取的位置图像将信息反馈到数据处理平台，平台对构件位置进行检验将数据处理信息反馈到构件吊装设备，进而对预制阳台的位置进行调整，实现精确安装，提高预制阳台安装的自动化程度和精度。

5 结语

预制阳台板是装配式预制构件中少有的异型构件。由于其外形、结构及安装位置的特殊性，如何确保其安装质量显得格外重要。本文重点分析了目前装配式建筑领域应用较为广泛的全预制梁式阳台板，从整个安装流程出发，通过构件质量、结构设计、精确吊装与施工三个角度指出目前预制阳台较为常见的问题并提出相关的改进措施，以提高预制装配式建筑安装质量。Q