村镇装配式住宅的关键技术研究＊

何丽琴

（甘肃建筑职业技术学院，甘肃 兰州 730050）

1 引言

农村住房工业化直接影响着农村居民的幸福生活，是促进农村和谐发展以及实现全面小康社会的关键[1]。随着国家经济水平的不断提高，村镇的条件也发生了变化，传统的砖混房屋已经不能满足当前人们的需求，迫切需要推广一种新式建筑模式来进行改造和生活。为此，应用而生了一种建造速度快、生产成本低的建筑结构--预制装配式建筑结构。装配式建筑结构是指将结构图所示的结构构件在工厂进行预处理，接着运输到施工现场通过现场吊装、安装就位、节点连接进一步形成完整的建筑结构[2]。相较于传统的房屋建筑，预制装配式建筑结构具有以下优点[3-4]：（1）施工效率高；（2）施工质量容易保证；（3）可降低人工使用率，降低人工成本；（4）现场组装，节能环保；（5）抗震性能好；（6）住宅使用面积大。

西欧作为预制混凝土的发源地，有着悠久的历史，在这方面积累了大量的技术经验，其预制装配式的应用极为普遍[5]。日本是亚洲预制混凝土发展最先进的国家，尤其是二战以后日本的装配式混凝土建筑发展最为迅速，其广泛应用于多发地震区的高层和超高层建筑中[6]。中国装配式混凝土结构虽起步较晚，但发展极为迅速，20世纪末期就已广泛应用于各类建筑。20世纪50年代我国开始从事整体式、块拼式屋面梁和吊车梁的制造，到70年代末，国外预制预应力混凝土板柱结构体系被引入，中国预制混凝土的发展越来越快[7]。

现阶段国内外学者也对该结构做了大量的讨论，Pourabdollah等[8]讨论出一种连接结构来提高轻钢龙骨墙的抗震性能；针对高层建筑结构，Jia等[9]研制了一种新型的建筑密筋组合板轻型框架建筑，采用预制和外部框架进行一体浇注；欧佩等[10]以柳州市某装配式钢结构住宅项目预制构件节点设计为例，结合钢结构特点和相关规范，对钢结构预制构件节点设计要点进行了探讨；马中[11]结合浙江省宁波市首个装配式钢结构住宅项目，对其施工过程中存在的各种难点进行了分析；刘程炜等[12]通过试验的方法研究了半装配式单排配筋混凝土剪力墙结构的抗震性能以及再生混凝土在预制剪力墙中的应用效果；李胜强等[13]提出了一种新型的装配式混凝土结构体系，并阐述了该结构体系的总体思路及其结构构件预制、梁柱节点连接及装配施工做法。本课题拟产生的研究成果有：建立村镇装配式住宅结构体系标准构件库，改进工业化制造机械和数字控制系统，提升工业化生产效率，降低构件制作成本；研发能满足预制组合构件承载力、刚度、构造等要求的组合构件内部简易连接件；研发简易轻型的预制组合构件起吊装备和技术，研发适用于现场作业的预制构件高效拼装技术，建立优化的装配式住宅施工标准化工艺流程；建立符合装配式建筑特点的技术标准和质量验收体系，确保实现预期的施工质量，并形成村镇装配式住宅施工质量验收标准。

2 村镇装配式住宅基本构件低成本制作技术

针对村镇装配式住宅结构体系的特点，按照“少规格、多组合”的原则，对结构体系进行构件拆分并归类整理，形成规格较少的基本构件种类；综合考虑力学性能、工艺难度和制作成本等多个指标，设计性能优、成本低的标准化构件。结合产业需求，建立村镇装配式住宅结构体系标准构件库。基于建筑信息模型技术，建立结构设计软件与构件制作控制软件之间的连接通道，实现基本构件设计和制作的交互和融合，提高住宅体系的整体建造质量和效率。

在预制构件施工过程中，其安装质量难以控制。如果预制构件没有按照要求进行安装，质量控制进度、精度就会有偏差，随着构件的进一步装配，误差会成倍增加，而且误差基本无法调整，这样便会导致预制构件安装在不合适的位置，不仅无法体现预制构件施工质量的优越性，而且会增加施工成本。而建筑信息模型（BuildingInfomationModelingBIM）技术的应用可以防止这种问题的发生[14]。

除此之外，BIM技术在装配式建筑的设计规划阶段有着很大的用途，它的主要作用是协同性、相关性和参数化，很好地解决了传统建筑中的一些由于设计不当而导致整个建筑发生安全事故的问题。现阶段，BIM技术可以进行建筑场地的选择、图纸的绘制和模型的建立，以及进行工程预算。

BIM技术在装配式建筑的构件生产制造阶段，可与无线射频识别技术进行完美结合，将构件的材料类型、尺寸和位置等的信息植入到预制的构件中。并且由于无线射频识别技术的标签编码的独特原理，在预制构件的生产、存储、吊装等信息得到保证。这样，在这两种技术的完美有效结合下，可以使得预制构件零缺陷和零库存的目标得以实现。

BIM技术在装配式建筑施工建造阶段，可以通过建立实体模型对建筑施工、成本及工程的进度和现场管理进行有效的控制。

BIM技术在装配式建筑运营维护阶段，在物业管理方面发挥着重要作用，它可以与相关设备软件连接，通过各项参数分析来对建筑物的运行情况进行判断，减少管理人员的工作量，做出科学的管理决策。并且在建筑物拆除过程中，可以进行结构各项指标的分析，避免结构发生损伤。

3 组合构件设计与制作技术

基于村镇装配式住宅的结构功能要求，考虑构件的受力和连接特点，设计便于现场安装的标准化预制组合构件。分析预制组合构件生产、运输、吊装过程中的受力特点，研究组合构件的强度、刚度以及稳定性。基于以上主要性能指标，对如何优化装配式构件进行了研究。

对于装配式钢结构来说，预制件是其最基础的组成部分，其结构和连接的设计要符合其设计的需要。利用有关软件进行预成型零件的几何尺寸确定，提高产品加工效率的同时，也可将设计模式应用到预制装配流水线中，大大改善产品的加工质量与精度。

在混凝土浇注套管部位，采用注浆法将混凝土浇筑成直立构件。根据工程的具体条件，预制立杆现浇段的连接方式主要包括“一”字型、“L”型和“T”型三种[15-17]。

其预制竖向构件示意图如图1所示。

图1 预制竖向构件示意图

使用预制的层合板作为预制水平构件，与所述现浇混凝土交叠，从而构成一块完整的楼板，最后通过留存的钢筋进行连接[18-19]。在图2、图3中分别表示了预制板与下降板之间的连接点。

图2 预制板连接节点（mm）

图3 预制板降板处连接节点（mm）

4 村镇装配式住宅简易高效施工技术

为了推进预制装配式建筑的普及和发展，有必要对其施工技术进行深入了解，除了要保证其施工的质量以外，也要考虑到经济效益和施工效率。装配式住宅建筑结构类型包括现浇剪力墙结构、全预制剪力墙结构和部分预制剪力墙结构，在住宅建筑的施工过程中，必须要对建筑工程的施工质量进行整体把控，保证其整体的抗震能力达到规范要求，确保在日后的使用中，该建筑不会因不可抗力事件发生意外。

预制构件的吊装是保证构件质量的重要环节[20]。在吊装预制构件之前，要考虑建筑工程的施工和现场车辆卸货以及预制构件堆放的位置，提前准确确定吊装设备的位置。在选取位置过程中，数模化也是一种重要的分析方式。同时，检查预制构件的编码、型号并及时标明截面控制线。

在进行预制构件的吊装作业时，按照构件编码顺序有序地展开作业，确保整个吊装作业更加合理和稳定。另外，在吊装预制构件时，需要对吊装速度进行严格的控制，若构件在吊装过程中有较大的晃动幅度，则应该将构件静置待其稳定后再继续开展作业，在垂直构件的起升工作结束后，应在其一侧进行加固，以防止其结构的失稳[21]。针对村镇区域搭设脚手架耗时长、费用高且空间受限等问题，研发适应不同场地条件的简易可移动、可灵活组装和拆卸的施工作业平台。针对村镇装配式住宅施工模块化、小型化、便捷化等特点，研发简易轻型的预制组合构件起吊装备和技术。基于村镇装配式住宅体系和起吊装备的特点，研发适用于现场作业的预制构件高效拼装技术。

5 村镇装配式住宅施工质量控制技术分析

针对村镇装配式住宅现场施工的特点，在施工前，装配式住宅需要按照规范标准确定前期的准备工作，注重装配安装施工的质量控制管理，结合地质地形、气候环境等因素，判断建筑强度、承载力、稳定性是否达标[22]。

在装配式住宅施工前，需要率先确定材料供应商。从审定经营预期的方法入手，深入分析项目建设的生产规模、业务流程、许可标准和测试水平。依据建筑工程质量验收规范，并结合有关零件工厂的产品资料，对其进行归类，并形成相应的文件资料库。按照产品的检查、生产、运输、验收等流程进行全面的剖析，研究加工作业计划，明确运输要求。对符合强度标准的构件进行验收，做好发放工作。

装配施工的安装质量控制管理包括组件验收操作管理、组件存储计划分析、组件安装质量管理和施工泄漏措施评估。

对已装配好的部件进行精确识别[23]，并对各部件进行分析和检验，若不能通过，则不得继续用。若未对其进行补强加工，则应评估其后续工程。在贮存组装部件时，应设置品种、规格、吊装位置等的先后次序，并明确仓储吊装设备的操作区域及操作需求。

根据装配式住宅预制施工中使用的实际插入方法，进行堆架承载能力的计算，以判断其弱点部位，并采取一定的防护措施，提高质量控制管理水平[24]。

对于装配式的结构设计来说，叠合板和剪力墙是其最重要的部分，因此在设计的过程中，应根据现场条件进行有针对性的设计工作。根据现场情况的不同，分别设计有针对性的方案工作[25]。利用装配板、立柱、梁的叠合作业，计算装配板、梁叠层，并决定了下层与中间层的支撑。在支护层的平整阶段，必须对其进行上下对正的规范，并对其进行评价[26]。装配式板、柱、梁的叠合板在装配时，要使叠板与工作面之间的间距保持一定的适当间距，一般不超过40 cm，并按施工需要进行调整[27]。在满堂脚手架的搭设过程中，为了避免出现质量安全问题和工程进度问题，采用免脚手架可调施工支撑技术。另一方面，楼板支撑体系可调系统在吊装过程中安装在叠合板梁下方[28]。对工地的建设状况进行分析，并制定有效实施方案。根据堆垛的需要，分析支撑、堆叠和承载验算。分析整体结构，选择最优的代表性构件，并进行初步的调试。在监督机构的假定判断中，依据安装作业程序，对组装件进行了测量[29]。要特别留意在进行墙体施工时的平整程度及与墙体裂缝相关的作业，预留横向纵向缝线，对邻近的阳角处进行校正，采用阳角竖向定位作为基准进行校正。

在评价和剖析安装工程中的防渗方法时，应留意针对密封性的防水作业方法。表面必须均匀、致密，防止起砂、剥落、蜂窝等现象。按嵌缝式密封件的工程施工工艺，进行多层地基的制作与施工，以实现有效地施工和使用。

因此，结合建筑信息模型技术，建立能保证施工质量同时降低综合经济成本的优化施工组织设计方案十分重要。针对村镇装配式住宅的结构特征和施工特点，研究合理的施工质量控制指标，建立质量控制目标和科学的施工质量控制流程，开发施工质量控制技术，提出健全的质量监督机制和安全防护方案，保证村镇装配式住宅的施工安全和效率，提高施工质量。基于施工全过程中的重点工序，提出合理的施工验收时间节点和验收方案，建立符合装配式建筑特点的技术标准和质量验收体系，确保实现预期的施工质量，并形成村镇装配式住宅施工质量验收标准。

6 展望

本研究旨在推进我国农村住房的工业化进程，推进农村建筑建设、居民居住品质、居民住房安全，以及实现绿色建筑、保护环境、减少能源使用的可持续发展等方面的政策。有助于培养装配式结构创新人才及团队，推动相关领域研究发展以及成果转化。项目提出的村镇装配式住宅基本构件低成本制作技术，能够提升工业化生产效率，降低构件制作成本。项目提出的村镇装配式住宅预制组合构件设计与制作技术，能够保证标准化组合构件的加工精度，降低组合构件的制作成本，保证预制组合构件的制作质量。项目提出的村镇装配式住宅简易高效施工技术，能够解决村镇区域搭设脚手架耗时长、费用高且空间受限等问题，建立优化的装配式住宅施工标准化工艺流程。项目提出的村镇装配式住宅施工质量控制技术，保证村镇装配式住宅的施工安全和效率，提高施工质量。同时，项目提出的村镇装配式住宅是名副其实的绿色建筑，有利于保护环境、节约能源，其社会效益显著。