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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:3778

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)幼兒園項目為例,與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)進行對比,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)體系進行了分析,為進一步發(fā)展預(yù)制裝配式建筑提供了有價值的參考信息。

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,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.項目概況:

項目是裝配式鋼結(jié)構(gòu)幼兒園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 。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T型預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板鋼筋混凝土疊合板,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%

圖1:幼兒園首層平面圖

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工期管理方面項目在施工前期精心編制了項目實施策劃書,對項目進度計劃進行合理安排,并運用BIM技術(shù)建模,對項目場地布置、碰撞檢查、施工模擬等方面進行模擬分析,排查出了各專業(yè)設(shè)計圖紙上存在的問題(詳見圖3),并針對問題通過修改設(shè)計、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)計變更、返工、窩工等情況的發(fā)生。項目結(jié)合進度計劃統(tǒng)計出每個施工階段需運至施工現(xiàn)場的預(yù)制構(gòu)件種類及數(shù)量,便于項目合理配置機械、人員等關(guān)鍵資源,確保了項目可以按進度計劃順利的實施,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。

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

3BIM模型構(gòu)件碰撞檢查圖

②由于本項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的施工方法,施工方面機械化程度高,制定好科學(xué)的管理流程可以快速、高效的推進施工作業(yè)進程(詳見圖4)。項目施工進度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,還需再費一些時日,同時還造成很多建筑垃圾需要清理、外運等,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。

4:預(yù)制構(gòu)件安裝流程圖

 

2.2質(zhì)量控制

項目的鋼結(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)備進行生產(chǎn)有的還采用機器人自動化生產(chǎn)成品質(zhì)量更易保證;此外,混凝土的養(yǎng)護具有相對標(biāo)準(zhǔn)的溫度濕度可靠性更有保證。構(gòu)件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)的管理制度規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)體系,對構(gòu)件出廠前的質(zhì)量進行嚴(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。

5:預(yù)制構(gòu)件工廠加工圖

 

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)計規(guī)范要求,其梁高約為跨度的1/12,經(jīng)計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庇護場所

6:二層梁平面布置圖(局部)

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。實行建筑節(jié)能,降低建筑能耗,減少環(huán)境污染,是國家實施節(jié)能戰(zhàn)略的重要方面。本項目從鋼結(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)計算結(jié)果合理下料制作,減少了材料的浪費,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)點在垃圾二次倒運、清理、最終垃圾的處上節(jié)省了成本大氣、水資源和土壤的保護,符合綠色建筑發(fā)展的要求。

②樓板:本項目大量的使用了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

8:幼兒園鋼框架現(xiàn)場施工圖

9:外墻掛板構(gòu)件圖

 

2.5主材消耗

項目就傳統(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)

表1:主材消耗對比分析

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

裝配式鋼結(jié)構(gòu)

鋼含量為

86.77kg/m2

混凝土含量為0.14m3/m2

 

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),具體項目會有所不同。

1可以看出,在主材消耗方面,裝配式鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)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格較高,加工和安裝費用高,就結(jié)構(gòu)造價而言,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)幼兒園項目實例,總結(jié)出裝配式鋼結(jié)構(gòu)在工期進度的管理、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。

 

4.參考文獻:

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[6]張建平,李丁,林佳瑞,等.BIM在工程施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù),2012,41(16)