施工技術(shù)
裝配式鋼結(jié)構(gòu)幼兒園的案例分析
信息來源： 中建科技有限公司深圳分公司 信息提供日期：2019-06-19 瀏覽：4000
裝配式鋼結(jié)構(gòu)幼兒園的案例分析
廖欠明 李亞軍 陳賡
（中建科技有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）
摘要：以某裝配式鋼結(jié)構(gòu)幼兒園項(xiàng)目為例，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，從工期、質(zhì)量、使用功能、節(jié)能環(huán)保、主材消耗等方面對裝配式鋼結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了分析，為進(jìn)一步發(fā)展預(yù)制裝配式建筑提供了有價(jià)值的參考信息。
關(guān)鍵詞：裝配式；鋼結(jié)構(gòu)；混凝土；BIM技術(shù)
近年來，國家多次出臺鼓勵推廣裝配式建筑的相關(guān)政策。裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)體系受力明確，工業(yè)化程度高，質(zhì)量較有保證；同時(shí)，由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件小，更能有效提高建筑使用空間。隨著勞動力成本不斷提高、熟練勞動力和技術(shù)工人越來越短缺，發(fā)展裝配式建筑是未來建筑行業(yè)的必然趨勢。
1.項(xiàng)目概況：
本項(xiàng)目是裝配式鋼結(jié)構(gòu)幼兒園，共3層，總建筑面積5354m2，建筑高度12.2m，建筑抗震設(shè)防烈度為 7 度。主體結(jié)構(gòu)采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系，樓板除衛(wèi)生間部分采用現(xiàn)澆樓板外，其余均采用倒T型預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板和鋼筋混凝土疊合板，外墻采用預(yù)制外墻板與鋼結(jié)構(gòu)主體連接（詳見圖1、圖2），內(nèi)隔墻采用ALC加氣混凝土條板，結(jié)構(gòu)裝配率達(dá)到93%。
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圖1：幼兒園首層平面圖 |
圖2：幼兒園三維效果圖 |
2.裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)勢
2.1工期管理
①工期管理方面。項(xiàng)目在施工前期精心編制了項(xiàng)目實(shí)施策劃書，對項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行合理安排，并運(yùn)用BIM技術(shù)建模，對項(xiàng)目場地布置、碰撞檢查、施工模擬等方面進(jìn)行模擬分析，排查出了各專業(yè)設(shè)計(jì)圖紙上存在的問題（詳見圖3），并針對問題通過修改設(shè)計(jì)、調(diào)整施工順序等措施制定了解決方案，有效的減少了設(shè)計(jì)變更、返工、窩工等情況的發(fā)生。項(xiàng)目結(jié)合進(jìn)度計(jì)劃統(tǒng)計(jì)出每個施工階段需運(yùn)至施工現(xiàn)場的預(yù)制構(gòu)件種類及數(shù)量，便于項(xiàng)目合理配置機(jī)械、人員等關(guān)鍵資源，確保了項(xiàng)目可以按進(jìn)度計(jì)劃順利的實(shí)施，較傳統(tǒng)施工方式，結(jié)合BIM技術(shù)的裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑更加便于施工工期的管理與控制。
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多處管線交錯碰撞 |
樓梯間位置鋼梁牛腿集中，影響其他構(gòu)件安裝 |
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圖3：BIM模型構(gòu)件碰撞檢查圖
②由于本項(xiàng)目采用了大量的鋼柱、鋼梁、預(yù)制外墻掛板等預(yù)制構(gòu)件，工業(yè)化程度高，現(xiàn)場濕作業(yè)工作量少，受氣候條件等外界影響小。此外，采用了構(gòu)件預(yù)埋件連接法、外墻免抹灰施工工藝等先進(jìn)的施工方法，施工方面機(jī)械化程度高，制定好科學(xué)的管理流程后，可以快速、高效的推進(jìn)施工作業(yè)進(jìn)程（詳見圖4）。項(xiàng)目施工進(jìn)度為約15天一層，傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也約15天左右一層，二者施工進(jìn)度相當(dāng)。但現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)澆筑完后，還需拆除建筑模板、拆除支撐體系、外腳手架等，還需再費(fèi)一些時(shí)日，同時(shí)還造成很多建筑垃圾需要清理、外運(yùn)等，現(xiàn)場的安全文明施工較差，尤其是對于大城市而言，建筑垃圾的處理會變得越來越困難。
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圖4：預(yù)制構(gòu)件安裝流程圖 |
2.2質(zhì)量控制
項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)、PC預(yù)制構(gòu)件由構(gòu)件廠負(fù)責(zé)生產(chǎn)加工，預(yù)制構(gòu)件由車間熟練工人操縱大型專業(yè)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，有的還采用機(jī)器人自動化生產(chǎn)，成品質(zhì)量更易保證；此外，混凝土的養(yǎng)護(hù)具有相對標(biāo)準(zhǔn)的溫度及濕度，可靠性更有保證。構(gòu)件的制作采用鋼模板制作，其表面平整度、垂直度等質(zhì)量品質(zhì)更容易得到保證，構(gòu)件的外形尺寸更加準(zhǔn)確（詳見圖5）。工廠按照科學(xué)的管理制度和規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)體系，對構(gòu)件出廠前的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，確保每一個出廠的構(gòu)件都達(dá)到設(shè)計(jì)施工的要求。高質(zhì)量的預(yù)制構(gòu)件加上現(xiàn)場規(guī)范的施工，裝配式建筑很大程度的改善了墻體開裂、滲漏等傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量通病，提升了建筑的整體安全等級。
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圖5：預(yù)制構(gòu)件工廠加工圖 |
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2.3使用功能
①鋼結(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)重量輕、施工工藝成熟，現(xiàn)場只需采用高強(qiáng)螺栓與焊接組合的連接方式，安裝簡便迅速。在同等條件下，鋼梁的截面尺寸較小，以本項(xiàng)目GKL1為例（詳見圖6、圖7），其跨度為8.1m，截面高度為400mm，若采用混凝土梁，按設(shè)計(jì)規(guī)范要求，其梁高約為跨度的1/12，經(jīng)計(jì)算，所需混凝土梁高度約為675mm。通過對比可以看出GKL1比混凝土梁截面高度減少了275mm，在同等層高的條件下，采用鋼結(jié)構(gòu)梁可以有效提高室內(nèi)凈高，提升了室內(nèi)的有效使用空間，增強(qiáng)了建筑的使用舒適度性。若相同凈高條件下，層高可以做到更低。此外，由于鋼結(jié)構(gòu)具有良好的延性和可靠性，在地震、臺風(fēng)等極端情況下，裝配式鋼結(jié)構(gòu)幼兒園可作為良好的緊急避難場所，為周邊居民提供良好的臨時(shí)庇護(hù)場所。
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圖6：二層梁平面布置圖（局部） |
圖7：鋼梁構(gòu)件表 |
2.4節(jié)能環(huán)保
我國建筑不僅能耗高，且能源利用效率低，單位建筑能耗比要高于同等氣候條件下發(fā)達(dá)國家。實(shí)行建筑節(jié)能，降低建筑能耗，減少環(huán)境污染，是國家實(shí)施節(jié)能戰(zhàn)略的重要方面。本項(xiàng)目從鋼結(jié)構(gòu)框架、預(yù)制樓板、預(yù)制外墻三個方面介紹了裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑在節(jié)能環(huán)保方面的優(yōu)勢。
①框架：主體結(jié)構(gòu)采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系（詳見圖8），鋼材用量經(jīng)過精細(xì)的核算，工廠根據(jù)計(jì)算結(jié)果合理下料制作，減少了材料的浪費(fèi)，且產(chǎn)生的建筑垃圾少。此外，鋼結(jié)構(gòu)材料具有可拆裝、可循環(huán)、可回收等優(yōu)點(diǎn)，在垃圾二次倒運(yùn)、清理、最終垃圾的處理上節(jié)省了成本，有利于大氣、水資源和土壤的保護(hù)，符合綠色建筑發(fā)展的要求。
②樓板：本項(xiàng)目大量的使用了倒T型預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板，走廊區(qū)域采用鋼筋混凝土疊合板等預(yù)制板。其中倒T型預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板無需使用支撐，減少了施工現(xiàn)場腳手架和木模板的使用量，不僅節(jié)約了成本且減少了鋼材和木材的消耗。
③墻板：建筑外墻為PC預(yù)制外墻掛板（詳見圖9），通過提前預(yù)埋構(gòu)件的方式實(shí)現(xiàn)與主體框架的有效連接，內(nèi)隔墻均為ALC加氣混凝土條板，安裝簡單施工方面。相較于傳統(tǒng)的施工方式，裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場濕作業(yè)少，噪音、煙塵、水資源污染等也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)建筑施工現(xiàn)場。
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圖8：幼兒園鋼框架現(xiàn)場施工圖 |
圖9：外墻掛板構(gòu)件圖 |
2.5主材消耗
項(xiàng)目就傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)與裝配式鋼結(jié)構(gòu)在主體結(jié)構(gòu)施工階段的主材消耗方面進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析。傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)主材主要考慮墻柱、梁板、樓梯等部位混凝土及鋼筋的使用量；裝配式鋼結(jié)構(gòu)主材考慮梁、柱、樓梯等構(gòu)件的鋼材用量以及預(yù)制疊合板及現(xiàn)澆部分的混凝土及鋼筋用量。通過對數(shù)據(jù)的整理分析，得出兩種結(jié)構(gòu)形式在主材消耗方面的差異（詳見表1）。
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表1：主材消耗對比分析 |
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鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) |
鋼含量為結(jié)構(gòu)42-80kg/m2 |
混凝土含量為0.24-0.37m3/m2 |
備 注 |
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裝配式鋼結(jié)構(gòu) |
鋼含量為 86.77kg/m2 |
混凝土含量為0.14m3/m2 |
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注：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)參考其它幼兒園主材數(shù)據(jù)，具體項(xiàng)目會有所不同。 |
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從表1可以看出，在主材消耗方面，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)用鋼量有所增加，混凝土用量減少。由于近期鋼材價(jià)格較高，加工和安裝費(fèi)用高，就結(jié)構(gòu)造價(jià)而言，混凝土結(jié)構(gòu)更具有優(yōu)勢。
3.結(jié)語：本文結(jié)合具體的裝配式鋼結(jié)構(gòu)幼兒園項(xiàng)目實(shí)例，總結(jié)出裝配式鋼結(jié)構(gòu)在工期進(jìn)度的管理、建筑質(zhì)量的控制、節(jié)能環(huán)保、建筑使用功能的提升等方面具有一定優(yōu)勢，尤其是在同等層高條件下，鋼結(jié)構(gòu)的空間優(yōu)勢尤為明顯，為行業(yè)內(nèi)裝配式建筑的發(fā)展提供具有價(jià)值參考的信息。但現(xiàn)階段由于PC預(yù)制構(gòu)件的制作成本相對較高，裝配式鋼結(jié)構(gòu)在用鋼量方面較高，成本比混凝土結(jié)構(gòu)有所增加，但隨著PC構(gòu)件工廠產(chǎn)能的不斷提升、建筑工人勞動力成本的日益增加以及環(huán)保壓力的持續(xù)加大等因素，發(fā)展裝配式建筑必將成為未來建筑的大趨勢。
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