装配式停车楼建造关键技术

  周光毅，张广韬，白  羽，孙振宇，黄  巍，赵传莹

  （中国建筑第八工程局有限公司大连分公司，辽宁大连  116021）

[摘要]系统阐述了全国首例装配式停车楼施工的难点及特点，从建筑结构体系研究、建筑结构深化设计、装配式施工三方面人手进行了概述性介绍，同时将施工过程中出现的问题及解决方案进行了总结归纳，首次提出了一套完整的装配式大跨结构施工技术，具有广泛的应用前景。

[关键词]装配式；设计；于式连接；模具；安装；灌浆

[中图分类号]TU741 [文章编号]1002-8498( 2016)04-0023-04

 近年来，由于装配式结构符合国家绿色发展的导向，具有建造速度快、美观适用、经济性好等特点，预制装配式在我国迅速发展，装配式结构与保障性住房的结合有效促进了装配式结构的推广。而由住宅类建筑向大跨度公共建筑延伸需要满足大跨度、大空间、重荷载、标准化的需求，其建造技术的研究和实践具有非常重要的现实意义。

 本文以中国第一汽车集团公司技术中心乘用车所建设项目——装配式停车楼工程为载体，结合设计、施工过程中遇到的难题及处理经验，从建筑结构体系研究、建筑结构与深化设计、装配式施工三方面人手，系统全面地对此类大型装配式公共建筑关键施工技术进行总结，提出了一些施工难题的解决方案和措施，对今后此类工程的施工具有一定的参考价值。

1  工程概况

 全国首例预制装配式停车楼建筑总占地面积11 583. 04m2，抗震设防烈度为7度，地下部分为现浇结构，地上部分采用预制装配式大跨双T板一剪力墙结构体系，总建筑面积78 834. 64m2，共7层，建筑高度24m。1层层高4.5m，2~7层层高3.2m，整个停车楼分南楼、北楼2栋，楼长约100m，宽约100m。该楼装配率达95%以上。车位沿剪刀型坡道双向布置，可停放2 508辆轿车（见图1）。

2  工程特点及难点

2.1  结构体系选择及深化设计优化难度大

 要实现结构形式选择与建筑功能划分协调，在确保结构受力及抗震性能的前提下，需形成大跨度、大开间、模数化、重载荷的结构体系，并且要便于实现双向坡道和车位的灵活合理布置和工厂化生产。结构体系选择及设计方面缺乏相关的借鉴经验。而对于竖向及水平构件的连接节点形式不仅直接关系到结构安全，同时也制约着建造过程中的安装效率，急需在现浇节点基础上寻求突破。

2.2装配化程度高，PC构件“三超一多”，生产精度要求高

 受停车楼建筑特点制约，除楼板叠合层采用80mm厚现浇混凝土外，其余墙、梁、板、楼梯结构均采用预制构件，装配率达95%，PC构件“三超一多”即超长、超大、超重，类型多，工艺复杂，生产精度（插筋定位、套筒定位、螺栓孔定位）要求高，给相关PC构件生产工艺提出了新要求（见图2）。

2.3结构安全性要求高，节点设计难度大，可借鉴经验少

 本工程竖向构件1 362个、水平构件2 148个，连接节点32 650个，如何在保证结构安全性能的前提下，使各构件传力路径和组合方式最合理、安全性能最优，并能够满足预埋件精度定位、安装效率高和标准化加工，是节点深化设计的一大难题。

2.4成品保护要求高，运输难度大

 墙、板、梁、柱等构件多达3 780余块，外墙为清水混凝土，成品保护要求较高，加之构件大多超限，对运输车辆选择、构件支承、固定方式、装卸车吊点布置及人员协调的难度大。

2.5施工环境复杂，构件安装施工精度要求高，安装难度大

 装配式大跨双T板-剪力墙结构是根据我国结构设计规范及停车楼特点提出的一种新型结构体系，如何确定合理的安装方案、达到安全高效的目的，是安装阶段面临的主要难题。同时，由于竖向构件采取2层一预制，下层牛腿对应双T板安装不能竖向下落，只能从上下层牛腿间平吊穿板，而水平结构与竖向结构间安装空隙仅为25mm，极大地增加了吊装难度。同时，构件连接采用套筒连接和螺栓连接，允许误差需控制在2mm以内，对构件安装施工精度要求极高，即使在PC构件生产精度能够保证的前提下，也还需对吊装过程严格控制，预制构件在安装定位过程中的精度控制难度较大。

3建造关键技术

3.1装配式大跨双T板一剪力墙结构停车楼体系设计

 考虑大空间及模块化的建筑功能要求，以剪刀梯式双坡道建筑布局为基础，确定最合理的结构布置、抗侧力体系组合、传力途径及节点连接方式等，最终形成了装配式大跨双T板．剪力墙结构停车楼结构体系（见图3），满足了大跨度、大空间、模块化、重荷载的使用功能需求，更利于高强混凝土和高效预应力技术的应用。剪刀梯式双坡道建筑布局比传统8m柱网车库节约建筑面积30%，较平面停车场能提高75%空间利用率，相比钢结构在综合造价、结构耐久性方面具有更大优势。

 竖向构件主要为预制混凝土剪力墙和柱，平面x向和y向都有布置；水平构件主要为预制预应力双T板、预制倒T梁和预制连梁；预制双T板板顶现场浇筑80mm厚现浇混凝土叠合层，加强楼屋盖的自身刚度和整体性，增强各预制柱及预制剪力墙在平面内的联系。

 竖向荷载作用在楼、屋盖上主要通过预制预应力混凝土双T板传递力，再通过竖向构件上预留的预制混凝土牛腿将竖向力传递给预制混凝土剪力墙或通过预制梁传递到预制柱上。水平方向则通过现浇叠合层以及预制双T板顶的预埋件与预制剪力墙埋件的钢板焊接件传递应力。

 为大幅度减少现场湿式作业，减少构件数量、灌浆节点，提高安装速率，首次在预制结构墙．梁、板一墙、梁一柱、楼梯等连接中采用了“干式连接”技术，并对结构体系及节点受力进行充分的分析验证（见图4）。

 采用ETABS软件进行多遇地震下的反应谱及弹性时程分析，以指导构件及节点设计；采用ABA Q.US软件进行罕遇地震下的动力弹塑性分析，以观察结构损伤状态及指导抗震性能设计。

 在此基础上以构件实际配筋及节点连接方式为依据，采用ABAQUS软件进行多遇地震与罕遇地震下的时程分析，以验证结构的整体抗震性能及节点可靠性。验证数据证明，本体系满足结构抗震安全要求。

3.2装配式大跨双T板，剪力墙结构停车楼深化设计

 针对装配式大跨双T板一剪力墙停车楼结构特点，以简化构件安装次数、提高施工效率为原则，通过合理深化拆分，将一层整体划分一个吊装竖向单元段进行拆分，x向抗侧力构件单层拆分，其他y向抗侧力构件2～7层采用两层一预制构件拆分技术（见图5），共减少构件数量和灌浆节点各1 000多个、提高了安装效率，大大缩短了工期。

3.3多类型PC构件生产施工技术

 受坡道、特殊位置构件的拆分、节点连接等因素影响，造成部分构件类型多样，钢模板投入量较大。为解决这一施工难题，本项目采用组合式钢模具，实现了一模具生产多种类型构件的目的，提高了模具的通用性，达到了拆装方便、一模多用，提高工效的效果。

 针对坡道位置墙板牛腿标高不一、类型多样的情况，创新应用了组合式可调牛腿型墙板模板（见图6），通过在3. 5m×9.0m的模台上开凹形牛腿洞，使模板面牛腿位置固定不变，调整边模的位置，同时调整上部可拆卸移动牛腿定位架的位置，实现一模台生产多块墙板，提高了模具的通用性，并通过采用插筋定位器、套筒固定组件等措施，解决了精准定位施工难题。

 双T板模具通用性设计加工难度较大，如不能解决端头截面变化、双T变单T、多模位一次性张拉等问题，会造成一次性模板投入量过多，周转率降低，施工效率降低、成本增加。本工程以多组合、少拆模、脱模简单为原则进行钢模板设计与制作，采用多功能组合式可调型双T板模板体系，通过采用一种可调节端部模板的通用性模具，达到双T板构件改变长短的目的，同时将端头侧模拆卸组装成3部分，根据端头变截面形式，任意变换，最终达到一模多用、便于拆卸的效果。

 通过将端头侧模板优化设计，结合构件生产工艺，将端头模板拆分成3段，分为端头肋压板、端头肋连接板、端头底座定位穿孔板，此3个组件可拆分、可组合，采用螺栓进行连接，便于施工操作。其中，端头肋压板用于控制封堵翼缘板侧的定位，端头肋连接板用于控制肋梁的定位，同时起连接以上2个组件的作用，最后根据构件截面形式，选择与之截面对应的端头底座穿孔板进行替换，达到改变端头截面的目的，大大减少了侧模板的加工量。

3.4  大型异形构件专项运输技术

 针对构件超长、超大、超限的特点制定不同的构件支撑方式及加固措施，以保证运输过程中的安全性及构件成品保护。通过在车底用工字钢焊制钢架，增加车底整体刚度，同时枕木长度应比构件边缘短50mm，减小与墙板构件角部的接触，并在枕木与构件间加设1层硬质橡胶垫，防止墙板构件与枕木接触造成掉角及污染。

 本工程双T板长度大、翼缘板薄，运输过程中剪力的破坏作用更为明显，所以同样要将车底用工字钢焊制钢架，增加车底整体刚度，对于双T板的垫方，下层双T板垫方采用通长木方，垫方放置在吊环对应位置肋梁处，上层双T板采用独立短木方，防止运输过程由于颠簸，木方对翼缘板边缘挤压造成翼缘板开裂甚至破坏，并保证上层木方与下层木方位置一致，木方与肋梁接触位置加设硬质橡胶垫。具体运输如图7所示。

 3)构件堆放时应满足先吊的后进，后吊的先进，先吊的置顶，后吊的置底原则，尽量减少2次搬运，遵循双T板不超过3层，墙板类构件不超过5层的堆放原则，2层及以上的构件堆放枕木禁止采用通长枕木，上下枕木保证在同一直线上，并与吊点位置一致。

3.5  复杂工况下大型PC构件安装技术

3.5.1设备选择

 本工程吊装施工工况复杂，邻近建筑物间隔仅200mm，存在交叉作业，影响大型机械站位和施工，且起重机和运输车辆行走站位需考虑保证结构安全性和合理性。同时，由于构件体积大、质量大，最大的构件达到20t，最长的双T板达到17. 25m，最远的吊装距离达到34m，这样对吊装设备的选型和吊装过程的操作提出了较高要求。针对上述情况，通过采用1台220t和1台130t汽车式起重机分别对南、北楼覆盖区域进行吊装，同时采用1台250t履带式起重机作为主吊兼顾2栋楼覆盖区域吊装，3台主吊装设备共同配合完成吊装任务。

3.5.2递推阶梯式安装施工

 由于竖向构件采用套筒灌浆连接，吊装过程存在灌浆技术间歇最少24h，为减少或避免套筒灌浆、坐浆料封堵等技术间歇，缩短工期，墙板采用递推阶梯式安装施工技术，按楼层段划分4个安装梯段，底层率先吊装推进的原则，在1层、2~3层、4~5层、6~7层处形成阶梯式4个吊装单元，各吊装单元间交替吊装，期间平行穿插灌浆施工、坐浆料封堵，充分利用灌浆强度上升时间，实现流水作业，提高了施工效率（见图8）。

 竖向墙体逐渐形成阶梯式稳定结构受力单元后，开始进行水平构件的安装（双T板、梁），双T板安装按先上后下的顺序进行，上层双T板采用垂直起落方式安装，下层双T板利用局部形成阶梯式空间，采用水平行进式穿板安装。为了降低施工难度，减弱碰撞强度和次数，吊装时以2块或3块为一个整体性单元进行穿板施工，并加强过程调整，保证施工质量。

3.5.3临时支撑措施

 由于构件连接方式特殊，采用钢筋套筒灌浆、焊接、螺栓、后浇叠合层等多种连接方式，施工过程需要进行大量的临时支护，对施工操作和安全防护提出了较高要求，布置结构位置临时固定支撑困难，易产生碰撞，同时要面对大风力、大构件、斜坡道、交叉作业等一系列难题。为了保证吊装过程中的安全性，通过采用可调刚性墙体支撑架实现了各类墙体支撑位置可调（见图9），确保了倒退阶梯式安装的过程中构件的临时稳固，同时可减少临时支撑点的预埋量，节省成本。

 由于本工程墙体采用“平卧式堆放”，并且多数墙体中间带洞口，吊装过程中需进行翻身并且对刚度要求较高，需避免裂缝的产生，通过采用等效梁法计算与MIDAS数值方法分析，佐证了空中翻转的安全性，并为同类工程墙板翻身起吊提供一定的计算依据，避免了超长构件翻转应力集中造成开裂。

3.6  套筒低温灌浆施工

 套筒灌浆质量涉及结构的安全性，而灌浆作业要求环境温度不能低于5℃，且强度增长期间灌浆料不能有受冻的情况，这意味着在北方的冬季采用套筒灌浆工艺的装配式结构施工将受到很大限制。本工程通过积极探索，借鉴混凝土工程冬季施工工艺，形成了套筒低温灌浆工艺，实现了灌浆工艺施工期有效延长20~30d。 

1)通过采用灌浆料热拌技术保证灌浆料前期质量。灌浆料拌合用水通过电加热的方法，将水温提升到30℃，保证搅拌浆料温度，并通过控制灌浆料拌合数量保证灌浆施工温度。

 2)本工程采取创新的电热保温灌浆法进行保温加热施工，通过工业电热带加热升温，棉被和塑料布包裹的方法进行预热和保温，确保灌浆套筒内的浆料温度，使灌浆料强度得以保证。

 3)为了灌浆时能准确测量套筒内浆料温度，参考大体积混凝土测温方法，灌浆前在构件内部放置测温探头，用电子测温仪准确测量其温度；室外温度可直接用水银温度计测量，二者对比实际提升15℃左右。

 本工程通过采用电热保温灌浆法，能有效地提升温度10 ℃以上，保证了构件连接套筒灌浆施工质量，使东北地区延长施工时间1个月以上，加快了施工进度，扩大了套筒灌浆施工的适用条件，对类似结构的低温灌浆施工有一定的参考意义。

4  结语

 装配式停车楼施工技术作为一种新颖的施工技术，具有节约成本、施工方便等优势，在未来的预制停车楼工程中必将得到大量的应用。本文阐述多项关键技术为国内创新，并在长春一汽预制立体停车楼工程得到了非常成功的实施和应用。