可逆安装装配式水平支撑系统设计与研究*

韩 超,江志晟,周雨嫣,张伟方,双晨晨,车志岩,刘永多,朱 融

(1.中国建筑装饰集团有限公司,北京 100037; 2.中国建筑上海设计研究院有限公司,上海 200062; 3.中建深圳装饰有限公司,广东 深圳 518021)

0 引言

随着我国相继出台关于推动绿色建筑发展的政策,建筑行业结合我国近年来的政策措施,从装配式建筑技术、绿色低碳技术、BIM技术、数字化运维技术等多方面开展工作,以推动建筑行业的转型升级。在此背景下,建筑装饰装修工程也在不断改进和突破,通过采用新型施工技术,简化现场工艺流程,提高施工管理和质量水平。但装饰基层骨架的施工仍以传统的粗放型施工方式为主,存在诸多问题。

1)二次加工问题多 装饰基层骨架做法多以焊接和切割为主,过于依赖临电的使用,且存在动火作业,危险源难以控制、固废堆放占空间、安全施工有隐患、文明施工把控难、绿色管理难度大。同时,产生的气体和粉尘均对现场人员的身体有危害。

2)安装拆卸不方便 当遇到变更拆除或尺寸不符合现场情况时,多采用破坏性拆除或更换,废材费工,工期把控难。

3)质量效率难控制 现场二次加工、安装及拆卸都依赖于人工,工艺及安装质量难以控制,效率低,人工成本较高。

为更好地解决以上问题,应不断探索新型施工技术,加大装饰骨架装配式技术的应用深度。例如,以装配式施工为管理思路的模块化骨架基层。首先对现场数据进行定量和变量分析,统一骨架模块,在现场设置小型加工间,将骨架的二次加工作业集中至同一区域,方便管理,也可提高加工效率,最后再进行装配化安装。目前,此类方法已有项目应用,但装配化程度并不高,现场安装灵活性较低,材料拆除无法利用,且前期设计数据分析量太大,对工期把控存在隐患。本文结合某医院项目,以工业化建造为整体理念,采用装配式构造研究一种可拆卸、可调节、可周转的可逆安装装配式水平支撑系统,解决装饰工程中装配式基层骨架施工难点。

1 工程概况

九江学院第二附属医院门诊医技综合楼位于江西省九江市濂溪区十里大道与学府二路交会处,项目总建筑面积为77 436m2,装修面积约59 000m2, 医院效果如图1所示。装饰施工范围为门诊医技综合楼所有区域装饰作业(医疗区除外)。其施工段分为南、北区段的内外科楼和地下室3大区域。

图1 某医院项目效果Fig.1 Effect of a hospital project

2 项目重难点分析

1)工期紧张,质量要求高 该项目精装修工程的工期约为200d,且施工周期经历春节等重大节日。该工程质量目标为江西省优质工程,配合项目总承包单位争创鲁班奖。须在既定工期内高质量、高标准地完成本工程施工范围内的所有专业工程施工。

2)材料运输、现场管理是难点 现场施工区域大、分布广,劳动作业人员多,现场管理人员较少,管理压力大;与其他单位交叉作业施工多,垂直运输能力不足。

3)卫生间施工是重点 本工程病房卫生间、公区卫生间较多,如何合理安排该区域各工序的实施是保证关键线路按期完成的关键之一。

卫生间区域作为项目的施工重难点部位,洗手台基层钢骨架的制作安装尤为突出,涉及区域集中在内外科楼的卫生间,共计341套。由于结构施工误差导致洗手台处的墙体存在较大偏差,进一步增大了该区域的施工难度。根据项目对结构的反尺得到骨架基层的宽度为650～840mm,长度850～1 100mm。 若按常规做法,需制作21种规格,通过焊接后再运至现场安装。存在以下几个问题:①二次加工耗时耗工,存在大量的施工问题;②安装难度大,骨架不可调节且规格多;③增加了前期设计的工作量;④骨架预组装成框后,增大了运输难度;⑤耗费的作业人员更多。

3 可逆安装的装配式水平支撑系统

根据项目实际情况,研发一种可逆安装装配式水平支撑系统,主要应用于装饰工程中水平装饰面内部的钢骨架基层系统,如台面石、柜面等。该系统适用于新建和既有建筑改造项目,以“少规格、多组合”为设计理念,通过不同构件搭配连接满足固定、调节的功能,同时也满足现场安全、节能、节材、降噪等方面的要求,属于“小而美”的装配式快速建造基层系统。

3.1 主要构件设计

该系统由转接件(4个)、波纹板(2块)、连接件(2个)、底托(1套)共4个主要构件组成(以台盆为例),如图2所示。4个转接件为一组,搭配其他构件形成框架,分别布置在4个角,起支撑作用;2个连接件和1块波纹板组成“工”字结构,一端与结构连接为主受力点,一端与角钢连接后形成一个整体框架,通过波纹板上“凹槽”可增强整体的抗扰性能,防止其受力扭曲变形;角钢连接件主要箍紧角钢和转接件,使两段波纹板和角钢形成一个整体;底托主要为台盆托底而设计,作为台盆的保险装置。

图2 系统构件组成Fig.2 Composition of system components

3.2 系统力学计算

根据该系统承受的荷载情况,为确保该系统的安全、可靠、适用,采用有限元软件SPA2000对各构件及整体受力情况进行力学计算分析。以受力情况最不利的单墙受力作为计算方案,该方案的骨架系统一侧固定于结构墙上,后排的2个转接件承受主要荷载,单侧受力系统如图3所示。

图3 单侧受力系统Fig.3 Single-side force system

3.2.1系统所承受荷载计算

1)台盆面板荷载为1 100N/m2,即Gk=1.1kN/m2。台盆所受均布面荷载为:标准值Pk1=1.1kN/m2;设计值P=rGP1k=1.43kN/m2。

2)上人情况按GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》规定取值1kN考虑,即标准值Pk2=1.0kN;设计值P2=1.5kN。

3.2.2水平支撑系统结构计算

采用有限元软件SAP2000进行整体建模计算分析。主要分析转接件根部受力、波纹板的强度和挠度。经过计算分析,该系统主要受力构件均满足规范要求。

1)波纹板强度校核 在极限荷载下,σ=110.84MPa<215MPa,强度校核满足要求。

2)转接件强度校核 在极限荷载下,σ=59.90MPa<215MPa,强度校核满足要求。

3.3 系统安装

3.3.1系统安装设计

洗手台区域三侧均有结构墙体,因此采用系统三墙受力的安装形式,除此之外,为使该系统能满足不同情况的安装需求,通过巧妙的设计,使其既能满足单墙、两墙、三墙受力的情况,也可满足单盆和多盆的安装形式,如图4所示。

图4 两墙和三墙受力安装形式Fig.4 Installation forms of two-wall and three-wall force

波纹板上设计了上下、左右对称的腰形孔,不破坏材料的刚度和强度,同时可减小施工时的安装误差,满足不同情况的安装需求。安装时,先将转接件与波纹板预固定,然后将转接件固定在结构墙上,待其位置调整无误后固定波纹板。由于波纹板为主要受力部位,当其一侧或两侧与结构固定后,其整体受力情况较单墙受力时更强。

除本项目安装的三墙受力情况外,该系统以其受力最不利的单墙受力为主要工况展开设计。主要通过波纹板部分与结构墙体固定后形成一个悬臂状态。2个转接件与波纹板固定牢固后形成一个“工”字结构,波纹板上设计了多条凹槽可增加其力学性能,使其具有更好的抗剪和抗压能力。

3.3.2工艺流程

工艺流程为:测量放线→安装骨架波纹板→安装前端角钢→安装台盆托架→放置找平垫片→安装洗手台盆及五金件(见图5)。

1)测量放线 根据弹好的墙面完成线和1m水平标高线,结合图纸弹出骨架安装水平标高线和膨胀螺栓开孔点位。

2)安装骨架波纹板部分 将组装成套的波纹板按定位线对齐放置,调整到适当位置后,采用M10膨胀螺栓固定其根部;波纹板上设置了调节功能,可满足10cm以内的调节需求;先将波纹板部分预调到对应位置,待位置确定后再拧紧螺栓。

3)安装前端角钢 波纹板部分一端与墙面固定,另一端则连接角钢;上、下两段角钢通过连接件固定于转接件上,连接完成后形成一个矩形框架。

4)安装台盆托架 台盆托架两端设有2个挂件,将挂件分别挂在波纹板上,可调节前后位置。台盆托架由挂件、调节长板、调节短板组成,可实现上、下、左、右4个方向的调节。

5)放置找平垫片 垫片主要起找平作用,同时可缓冲金属构件与石材间的压力;分别将垫片放置于两个角上,并粘接牢固。

6)安装洗手台盆及五金件 待台盆安装牢固后,将台面石材正面朝上,放置于骨架之上并连接牢固。

4 系统应用效果及效益分析

该系统已在项目顺利应用,提高了现场的安装效率,保证了现场的施工质量。如按常规做法制作骨架基层,需对21种规格的数据进行分析,将21种规格简化后再制作后续骨架。而采用本系统,只需2套规格便可满足项目现场的安装要求,大大提高了设计、加工、安装效率。对比分析如表1所示。

常规做法安装1套台面石基层骨架系统工效为2套/天,其中包含现场切割下料、焊接组框、运输和安装等。按每天8h计算,其工效为4h/套。

以本系统方案进行安装,其构件均在工厂加工,到场后只需组装部分构件,再进行安装,所需时长可分为组装10min,安装10min,运输10min,其工效为30min/套,在安装工效上,提高近8倍。

综上所述,该系统在设计和安装效率方面均有显著提高。通过简化安装工艺、提升安装效率和提高材料使用率,间接降低综合成本,较传统方式降低约30%。

5 结语

随着绿色建造和工业化建造理念的不断深入,装饰工程中部品部件的装配化程度不断提高。其中,装饰骨架基层作为装饰工程中的重要组成部分,对推动绿色建造和工业化建造有积极意义。通过研究以工业化和产品化设计思路为核心的全装配式钢骨架水平支撑系统,实现系统的干法连接、可拆卸、可调节、可逆安装,解决骨架系统现场需二次加工及焊接带来的管理和安全问题,提高装配效率和质量,经多个项目应用及测算,该系统工效较传统骨架系统提高近8倍,综合成本降低30%。该系统的研究及应用,将进一步提升装饰骨架系统的工业化及产品化水平,推动装饰工业化高质量发展。