王娟莉 吕俊杰 马航勃 李 滨 万 锐

陕西建工新型建设有限公司 陕西 西安 710077

1 工程概况

西安交通大学科技创新港15#楼位于陕西省西咸新区科创基地内，是一座多层民用公共建筑，结构体系为框架-剪力墙结构，地下1层，地上3层，建筑层高5.65、5.10 m不等，建筑高度15.90 m，长98.80、宽19.90 m，总建筑面积8 323.76 m2。在主体结构设计时，地上1～3层部分采用装配整体式框架结构，抗震等级二级，预制的混凝土结构构件有框架柱、框架梁、次梁、叠合板、楼梯。预制构件混凝土强度等级除1～2层柱为C40外，其他均为C35。预制框架柱规格有700 mm×700 mm、800 mm×800 mm；预制框架梁规格有350 mm×650 mm、300 mm×650 mm、400 mm×650 mm；预制次梁规格有200 mm×550 mm等及相应的预制叠合板、预制楼梯，共计362个，单块构件质量分布在0.88～10.17 t之间。预制框架柱上下之间采用钢筋套筒灌浆连接，预制框架柱、框架梁、叠合板节点之间采用现浇钢筋混凝土连接，预制框架梁与预制次梁节点之间采用牛担板和钢筋混凝土现浇连接，叠合板上部采用厚80 mm现浇混凝土连接成整体。

2 工程拆分设计关键技术

2.1 预制钢筋混凝土框架柱连接

预制框架柱上下连接是在结构楼板面位置，高于框架柱、框架梁和楼板交接处（图1），为的是便于施工操作和控制工程质量。本工程预制框架柱连接采用钢筋套筒灌浆连接形式，选用半灌浆接头，金属套筒固定在预制钢筋混凝土柱竖向受力筋的根部，与下部柱的预留钢筋正对套接，现场装配后满灌水泥基灌浆料结合成整体，起到承力和传力作用[1-2]。

2.2 预制框架柱与预制框架梁连接

预制框架柱拆分设计时，要考虑构件预制偏差和便于现场框架梁施工装配等因素，预制高度低于同层框架梁底标高10 mm。框架柱与梁节点要进行钢筋配筋优化，框架柱的纵向预留钢筋要尽可能少，可以进行等截面“以粗代细”，纵向受力钢筋的位置为不均匀排布，为框架梁底筋下落留足空隙。在构件拆分设计时，框架梁外露预留底部钢筋位置要重新排列，要与预制柱纵向钢筋留置空隙相匹配，必要时采取并列2排筋的形式。纵向框架梁与横向框架梁底部外露预留钢筋在位置和标高上也要进行相互错位处理（图2），确保拆分设计的预制梁构件在装配时位置正确，能下落到位。

图1 预制框架柱上下连接

图2 预制框架梁与柱连接

2.3 预制框架梁与预制次梁连接

预制框架梁与预制次梁采用牛担板连接形式（图3）。在预制框架梁时，在与次梁交接位置处留出卡槽，上大下小，呈楔形。预制次梁时受力钢筋收头，连接预埋预留钢板。预制框架梁、预制次梁的外露箍筋采取封闭箍形式，在预制构件吊运装配到位后，再现场穿插梁上部纵向受力钢筋与预留箍筋、板筋绑扎，浇筑混凝土形成整体。

图3 预制框架梁与次梁连接

2.4 预制梁与预制叠合板连接

预制叠合板采用单向叠合板，下部预制板厚60 mm，上部现浇混凝土厚80 mm，预制板和顶部现场现浇混凝土共同形成受力整体。预制叠合板与预制梁之间采用密缝连接形式，即预制板要伸进梁构件侧边沿5～10 mm，预留钢筋伸进现浇混凝土部位形成锚固。预制叠合板之间采用分离式连接形式，即预制板构件相互之间留有5～10 mm通透缝隙，顶部浇筑混凝土后形成密封整体（图4）。

图4 预制叠合板分离式连接

2.5 预制楼梯与结构连接

预制楼梯是一次性成品构件，不再做二次粉刷。预制楼梯与框架结构的连接采用铆接方法。在预制楼梯端部预留有φ50 mm孔洞，在建筑物现浇楼梯梁处有预留锚固钢筋（图5），楼梯梁现浇混凝土达到一定的强度后，吊运预制楼梯装配对孔就位，再灌浆密实孔洞。

图5 预制楼梯与框架结构连接

3 工程装配施工关键技术

3.1 组织管理

15#楼是西安交大科技创新港的重要配套设施工程，由陕西建工集团有限公司总承包，现场成立了项目总指挥部，下属分设土建施工项目部、装配式构件设计项目部、装配式构件预制运输项目部、装配式构件现场装配项目部、水电安装施工项目部等。在项目建造方面充分发挥大集团资源的优势，参与建造的都隶属陕建集团，是集勘察、设计、预制、运输、装配施工于一体的大团队协作，为装配式建造施工的顺利完成提供了有力保障。

3.2 工序安排

1）区段吊运安装顺序：沿建筑物纵向，从中间向两端部逐层逐部位吊运、装配，而后进行连接部位混凝土浇筑。

2）每个楼层预制构件吊运安装顺序：预留钢筋复核→预制框架柱吊装→内支撑搭设→预制框架梁吊装→预制次梁吊装→预制叠合板吊装→现浇部位钢筋绑扎→接槎模板支设加固→水电安装布设预埋→质量检查验收→楼层混凝土浇筑→预制楼梯吊运安装。

3）主要预制构件柱吊运安装流程：预留钢筋复核→弹放控制线→标高测定→放置钢垫块→构件吊装就位→构件安装校正→连接缝堵塞→灌浆处理。

4）其他预制构件吊运安装流程：支撑搭设→标高测定→投放控制线→构件吊装就位→构件安装校正→连接处钢筋绑扎→连接处模板支设→水电安装配合→质量检查验收→混凝土浇筑。

3.3 技术控制

3.3.1 BIM技术应用

装配式建筑施工虽然跟普通建筑施工类同，但是在工程质量和操作精细化、协同作业等方面有更高的要求，因此采用BIM技术进行了建筑模型创建工作。对预制钢筋混凝土构件创建了族库（图6、图7），也对梁柱复杂的节点连接部位创建了详细的模型（图8），搭建装配了建筑物主体结构模型（图9），实现了施工可视化交底、施工方案的前期模拟等虚拟化操作，为适应新型装配式建筑施工、提高工作效率、保证工程质量提供了助推力[3-5]。

图6 柱构件模型

图7 梁构件模型

3.3.2 套板定位钢筋

图8 梁柱节点模型

图9 15#楼主体结构模型

预制装配式框架结构柱竖向钢筋采用套筒灌浆连接。预制的钢筋混凝土柱底端预留有套筒孔，为不均匀分布，在预制工厂可以通过模板侧向固定定位来制作完成。在施工现场，首次连接框架柱的结构面层预留有钢筋，四面分布要和预留套筒孔大小、位置、数量一致，预留钢筋位置准确与否不仅关系到装配施工的质量，而且影响到安装拼接工效，为此采用了厚4 mm的套板来定位预留钢筋（图10）。在后面的结构板面浇筑混凝土时，也采用此套板来控制预留钢筋定位。

图10 套板定位钢筋示意

3.3.3 构件垫铁标高

预制的钢筋混凝土框架柱与结构层连接处一般都留有20 mm左右的空隙，以此来消除构件预制偏差和保证灌浆连通连接。采用厚1 mm、直径40 mm垫铁，分别放置在预制柱下4个角，用水准仪找平，以协助调整预制柱的平整度、垂直度和标高（图11）。

图11 构件垫铁标高示意

3.3.4 构件的支撑件

钢筋混凝土框架预制柱在现场装配就位后，采用φ80 mm的钢管分别从相互垂直的2个方向进行斜支撑，斜支撑带有可调节螺杆和固定件，斜支撑角度控制在45°～60°，转动可调节螺杆可以微调预制框架柱的垂直度（图12）。

图12 构件斜支撑示意

由于工程层高超过5 m，在现场钢筋混凝土预制梁、叠合板装配时采用了插扣整体式支撑架，竖向和水平间距1 800 mm。预制梁底支撑体系采用“U”形可调顶托＋“I”铝合金龙骨＋“L”形定位卡体系，将支撑体系顶部铝合金龙骨顶面标高调至预制梁底面标高位置。预制叠合板底支撑体系采用“U”形可调顶托＋“I”铝合金龙骨体系，根据放出的楼板标高线，将支撑体系顶部铝合金龙骨顶面标高调至预制叠合板底面标高位置（图13）。

图13 插扣整体式支撑架示意

3.3.5 套筒灌浆

在预制框架柱吊装完成固定后，采用专用封边料对构件接槎处进行封边处理，保证封堵严密、牢固可靠。封边料凝固后，按照套筒配套的灌浆料产品说明书要求计量灌浆料和水的用量，搅拌均匀并进行流动度检测，满足要求后方可灌浆；采用压力灌浆机从下部灌浆孔进行灌浆，当灌浆料从其余套筒出浆孔流出时，持压30 s后再用配套橡胶塞封堵；每次灌浆时间必须控制在30 min以内，要准确计量控制，随拌和随灌浆。灌浆后24 h内不得对构件造成任何振动或冲击等影响，在楼面混凝土浇筑后方可安排拆除临时斜支撑再周转使用。

3.4 质量验收

在整个预制构件现场装配过程中，质量员要随时跟班检查，每完成一道工序检查一次，符合要求才可进行下一道工序，尤其是构件装配偏差控制和灌浆质量控制。构件装配严格按照相关规程进行偏差控制，切忌偏差累积超标。灌浆过程中要全程录像，并制作灌浆料抗压强度试块。同种直径钢筋每工作班留置抗压试件不得少于1组（每组3个试块），每楼层取样不得少于3次，试件规格尺寸采用40 mm×40 mm×160 mm的棱柱体，抗压强度检验应符合相关规定，满足设计要求[6]。

4 结语

1）本工程是预制装配式框架结构在本公司的首次应用，对预制钢筋混凝土装配式建筑设计、生产、物流运输、现场装配等方面进行了全面的实践，工程效果表明实践是成功的。

2）本工程从设计优化、预制生产、运输安装、灌浆固定等方面进行了组织管理和技术质量预控，均达到了工程质量标准要求。还对装配式建筑作业工人进行了技术培训和优化组合，成效显著。

3）本工程预制装配式建筑施工技术研究及应用可为预制钢筋混凝土框架结构装配式建筑提供思路和方法，在今后类似工程中可以被借鉴并进一步推广使用。