卓建明 陆 勇 郭士新 陈 鹏

1. 浙江省建工集团有限责任公司 浙江 杭州 310012；2. 杭州市建设工程质量安全监督总站 浙江 杭州 310012

1 工程概况

浙建钢构生产基地宿舍楼工程位于浙江省湖州市德清县雷甸镇，占地面积520 m2，建筑面积1 040 m2，建筑层数2层，建筑高度7.6 m。该宿舍楼属于装配整体式建筑，其PC体系为装配整体式混凝土框架结构，PC范围为二层柱，二层梁、屋面梁，二层板、屋面板，外墙板，楼梯等，其中梁和楼板为叠合；现浇范围为基础及一层柱。本工程内墙采用成品隔墙，门窗采用预制外墙后安装技术，该宿舍楼同时也作为浙江省建工集团在国家“十三五”重点课题“BIM和物联网的装配式建筑建造过程关键技术研究与示范”的试验项目。整个项目预制率高达83%，为高预制率装配式建筑。

2 高预制率装配式建筑角码支撑体系简介

2.1 基本认知

高预制率装配式建筑预制构件种类较多，现浇工作量相对较小，结构吊装工作量大，因此结构的吊装效率是影响施工进度的关键因素，而构件的支撑体系是影响结构吊装效率的关键因素。目前多数混凝土装配式建筑依旧采用传统的钢管扣件支撑体系，这样的支撑体系不仅搭设效率低、材料用量大，而且不符合建筑工业化“四节一环保”的要求。可见传统的支撑体系已经不能满足装配式建筑的施工要求，因此我们需要根据装配式建筑的施工特点去研究、探索新型的支撑体系，提高装配式建筑结构吊装效率和施工质量。

2.2 理论依据

高预制率装配式建筑角码支撑体系以“搭拆方便、施工便捷、绿色节材”为原则，以“加快预制构件吊装效率,提高施工质量”为目标，根据装配式建筑的结构特点、构件连接方式和构件之间力的传递规律进行设计改进，综合考虑支撑本身的连接方式、强度、刚度和稳定性等因素，在设计过程中亦考虑预制构件自身的强度和刚度，与支撑体系共同受力，一起成为结构吊装的有效支撑，保证后续施工正常、安全地进行[1-2]。

3 高预制率装配式建筑角码支撑体系的探究

3.1 目标确定

高预制率装配式建筑角码支撑体系打破传统钢管扣件支撑架的搭拆方式，减少材料用量，在施工便捷的同时，节省材料成本，提高结构整体吊装效率。我公司采用头脑风暴法，大胆假设：舍弃繁冗的竖向支撑搭拆环节，探索免竖向支撑体系，以契合建筑工业化便捷高效的施工要求。在此基础上，结合高预制率装配式建筑施工特点，确定以免竖向支撑-角码支撑体系为研究目标。

3.2 深化设计

1）采用BIM技术对支撑体系进行建模，优化其形态、尺寸、连接方式，并将整体支撑架模型放入结构模型中进行模拟，进一步进行优化。

2）运用Midas软件对支撑架进行力学分析验算，并对支撑架进行二次深化，保证支撑架的受力性能满足施工要求。

3.3 试验与应用

将深化设计完成后的支撑架加工成型，运用专业检测设备对支撑架进行荷载试验，检测支撑架的极限承载力，确定其满足正常施工要求后投入现场使用。在使用过程中，对支撑体系操作方便性、安全性、稳定性进行评估，作为日后进一步改进的依据。

4 高预制率装配式建筑角码支撑体系的实际应用

免竖向支撑-角码支撑体系，是采用定型角码固定在预制柱、预制叠合梁顶部，来支撑预制叠合梁、叠合板等构件，实现了装配式建筑预制构件不搭设可调独立支撑体系或钢管扣件支撑体系就可完成安装的一种新型支撑体系。它具有施工快捷、安装方便、性能安全等优点，减少了常规支撑体系搭设，节省了工期、人工和材料等，降低了成本，可广泛用于预制装配式建筑结构吊装施工，具有独特的技术经济优势。

4.1 免竖向支撑-角码支撑体系深化设计

角码支撑体系深化设计，是在采用Revit软件对预制混凝土结构梁、板、柱构件建模的基础上，对支撑角码位置、尺寸进行布置，预制混凝土结构梁、板、柱构件的模型包括了钢筋模型、吊装与起模埋件模型、机电预埋管线与孔洞模型以及支撑角码预埋的连接套筒模型与支撑角码模型，形成构件大样图与分解图，为构件的加工、吊装提供技术支撑；通过深化与位置、尺寸设计进行碰撞检查，保证位置的准确，避免构件内部位置冲突造成的缺陷与返工。通过Midas软件进行受力分析，验算支撑体系的力学性能，保证其受力安全、稳定。

4.1.1 角码和连接套筒尺寸、形态设计

根据BIM建模和深化设计，对角码和连接套筒尺寸、形态设计如下：

1）支撑段角码：采用厚10 mm的钢板折制而成，角码呈L形，规格为120 mm×120 mm×120 mm×10 mm，两腋中间设置2道加劲肋，以加强角码刚度；角码两腋开20 mm×50 mm长条形槽孔，用来调节角码标高（图1）。

图1 角码大样

2）预埋段连接套筒：采用φ30 mm、长150 mm的三级螺纹钢筋制作，套筒朝构件外一侧有套丝孔，可拧进M20螺栓；另一侧开φ13 mm穿孔，穿入φ12 mm钢筋，加强连接套筒与混凝土的锚固强度。因叠合板厚度较薄，故板中套筒长度可根据板厚作相应调整，形态保持不变（图2、图3）。

图2 连接套筒深化示意

图3 角码与连接套筒连接示意

4.1.2 角码和连接套筒位置、数量设计

根据BIM建模和深化设计，对角码和连接套筒位置、数量设计如下：

1）连接套筒：常规柱顶布置2个，梁两端底部对应柱位置各布置1个，梁两侧边按板的分块进行布置，每块板边两端对应位置各布置1个，板须对应梁的设置位置进行布置。

2）角码：常规柱顶布置1个，梁侧对应套筒位置每2个套筒布置1个角码。

4.1.3 力学性能验算

通过有限元分析软件对一种预制装配式建筑构件吊装支撑角码施工过程中的受力性能进行详细的分析计算研究，依托工程背景使用MIDAS/Gen和MIDAS/FEA分别建立杆系有限元模型和实体有限元模型进行结构分析。

经过分析，受力最不利阶段为所有预制构件吊装完毕，现浇层混凝土浇筑完成并达到设计强度之前这一阶段。此阶段除了后浇筑混凝土自重外，还有施工活载作用在楼板位置，在此阶段时结构并未形成整体，整体受力还是通过单元板传递至梁侧面螺栓再传至梁，梁通过与柱角码相连传至柱上。

单元板最大位移发生在单元板中部位置，最大位移为2.1 mm，四角呈现翘起现象，但是位移均较小。最大应变及应力均处在与角码连接的部位，最大压应力22 MPa，小于混凝土抗压强度（图4）。

图4 单元板受力计算结果示意

此阶段结构预制梁的最大剪力为29.3 kN，发生在沿纵向的梁端部位置，结构柱及结构梁均处在弹性阶段（图5）。

图5 框架结构受力计算结果示意

此时角码最大位移发生在顶面悬臂段最边缘角部位置，最大位移为0.3 mm，其余变形均较小。应力及应变均处在弹性阶段，最大应力380 MPa，虽然该处应力较大，但单元数占总单元数只有0.1%，98.4%的单元应力处在228 MPa以下，95.9%的单元处在152 MPa以下，均处在安全状态（图6）。

在本工程施工中，结构框架应力、应变均处在规范允许范围内，受力稳定，满足设计和施工要求；采用该型号的预制装配式建筑构件吊装支撑角码在施工过程中，内力、位移、应变及应力均处在弹性阶段内，且均处在规范允许范围内，能满足施工过程中的力学要求和安全性能。

4.2 角码加工与连接套筒预埋

按照深化设计成果，对角码和连接套筒进行工厂定型化加工，并在预制构件相应位置预埋连接套筒（图7、图8）。

图6 角码受力计算结果示意

图8 梁侧连接套筒预埋模型

4.3 角码支撑体系安装与构件吊装

1）构件运输至现场后，先吊装预制柱。

2）预制柱吊装完成后，在柱顶安装支撑角码，调整角码至预制叠合梁底标高，采用M20螺栓将角码与柱顶预埋套筒连接固定；柱顶支撑角码的主要作用是支撑预制叠合梁，角码上设置的条形孔可方便安装高度的调节，采用普通扳手将M20螺栓拧入预埋连接套筒，螺栓应拧紧、密实。

3）将预制叠合梁吊运至离柱顶30 cm左右，吊机下落速度放缓，在校正定位位置后，搁置在柱顶支撑角码上；梁两端用M20螺栓将柱顶支撑角码与梁端预埋套筒连接固定，即采用普通扳手将M20螺栓拧入预埋连接套筒，螺栓应拧紧、密实，连接固定作用是保证梁的稳定、牢固，并保证预制梁在预制板吊装过程中不会产生滑落、偏移等问题。

4）安装梁侧边的支撑角码，调整角码标高至预制叠合板底标高，采用M20螺栓将角码与两侧面预埋套筒连接固定，主要作用为支撑叠合板，支撑角码上设置的条形孔可方便安装高度的调节，即采用普通扳手将M20螺栓拧入预埋连接套筒，螺栓应拧紧、密实。

5）将叠合板吊运至距离梁面30 cm左右，吊机下落速度放缓，在校正定位位置后，搁置在支撑角码上，用M20螺栓将梁侧支撑角码与板内预埋套筒固定，即采用普通扳手将M20螺栓拧入预埋连接套筒，螺栓应拧紧、密实，连接固定作用是保证板的稳定、牢固，并保证在预制叠合板上进行水电安装施工、钢筋绑扎施工等作业过程中，叠合板不会产生滑落、偏移等问题。

综上所述，免竖向支撑-角码支撑体系（图9）施工流程为：预制柱吊装→柱顶支撑角码安装→叠合梁吊装→梁侧支撑角码安装→叠合板吊装[3-6]。

图9 柱、梁、板连接节点示意

5 结语

免竖向支撑-角码支撑体系的研究应用，避免了高预制率装配式建筑竖向支撑体系的搭设，利用预制构件自身的强度和刚度，完成构件安装，节省了材料成本，提高了施工效率，可广泛应用于高预制率装配式建筑，具有良好的社会效益和经济效益。

在国家政策引导下，装配式建筑进入了快速发展的时期，但其支撑体系仍需要进行多种形式的研究与开发。如何针对不同预制率的装配式建筑选用不同的支撑体系而达到同样的施工效果，是我们今后需要进行深入研究的一个方向。