1、226超超大大异异形形预预制制混混凝凝土土柱柱帽帽预预制制及及安安装装施施工工工工法法1 1前前言言大约在上世纪 80 年代，随着钢筋桁架式的叠合楼板的发展，将全预制和现浇这二者的优点完美的结合在一起。使预制构件在住宅和公共建筑中得到大量的推广和应用。但预制构件的应用大部分集中在预制楼板、墙柱、楼梯等规则构件上，对异形预制构件及高空拼接却少有报道。阿尔及利亚大清真寺项目地处地中海边，部分建筑四周无维护结构，柱帽常年被海风腐蚀，钢结构柱帽无法满足业主对结构耐久性的要求。为体现建筑的宗教风格，建筑师将屋面结构设计成耐久性更好的异形混凝土预制柱帽。但柱帽造型特殊，且构件超重超大，正常预制吊装办法无法2、满足施工要求。如此大面积的超大异形混凝土预制柱帽的施工在以往的工程中没有相关的工程经验可以借鉴。因此项目经过各项试验研究，整理出一套适用于高空超大异形预制柱帽的预制施工的工法现已对相关关键技术申报国家专利 3 项。2 2工工法法特特点点2.0.1 构件分解，异形拼装，实现工业化生产将异形构件分解成由多个规则构件拼装，设计连接节点将分解部分拼装成异形构件，将预制混凝土构架和现浇混凝土完美结合实现工业化生产，解决超大异形预制构件生产拼装问题。2.0.2 柱帽分类、提高精度、消除误差将相邻柱帽分类，区分不同类别柱帽的边梁浇筑顺序，将误差消除在边梁混凝土内部。2.0.3 场外拼装，释放现场场地，提高组3、织效率。自制超大异形构件转运拖车，将异形柱帽在场外预拼，运输到吊装点附近吊装，释放吊装点附近施工场地。与传统方法相比，将预拼场地转移到施工区以外，能完全释放施工区域场地，不影响柱帽吊装区域周边的结构施工，对整个项目的工序安排和施工组织是十分有利的。2.0.4 固定钢片与模板连接，保证埋件定位准确采用固定钢片与模板连接，通过固定钢片穿入带丝螺杆与预埋件连接，保证了预埋件的定位准确，在混凝土浇注完成凝固后将螺杆及钢片拆除即可，解决了传统方法预制埋件固定困难的问题。2.0.5 独特钢模设计，简化拆模工序，提高施工效率将钢模设计成上大下小的梯形，构件建筑完成后直接将构件往上提，可轻松脱模，在不影响构件4、外形和受力的前提下简化拆模工序，极大的提高了施工效率。2.0.6 自制三脚架，节约成本设计一种简易的拆卸式三脚架，用锁扣固定在预制构件主梁上。在三脚架上挂葫芦吊进行埋件的定位调整。避免构件的调整占用大型垂直运输设备，节约成本。3 3适适用用范范围围本工法适合于建筑工业化的装配式建筑，尤其适用于超大异形预制构件的生产、拼装和高空安227装。4 4工艺原理工艺原理根据柱帽外形构造，经过受力分析，将柱帽拆解成多个较小的规则构件拼装而成，在拆分交接处设置连接节点。规则构件在预制厂内生产，然后运输到现场，现场根据异形柱帽的特点设计拼装支撑架和模板体系进行拼装，将连接节点用现浇混凝土浇筑形成完整柱帽。拼装5、完成的柱帽在场内用自制的转运拖车运输到吊装点附近，使用重型起重设备安装，各柱帽之间采用钢连接件连接，形成屋面整体，即方便更换又有利于抗震消能。5 5施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.15.1 施工工艺流程施工工艺流程整个施工工艺分生产、拼装、吊装 3 部分。生产在预制厂内完成，拼装在现场空旷场地内完成，吊装在现场吊装点进行。图 5.1 施工流程图5.25.2 操作要点操作要点5.2.1 钢模加工经拆分后的构件内部为一个封闭的三角形，该部分侧模的拆除难度大，若制作成几段，施工工效低，组装及拆除工作量大。因此将内侧模与底模形成一个整体，构件上边缘比下边缘截面尺寸大5mm。混凝土浇筑完6、成后，将外侧模脱开。由于混凝土上表面比下表面大 5mm，内侧模与底模之间为钝角，直接将构件往上提，可轻松将构件与钢模分开。如图 5.2.1-1：图 5.2.1-1 钢模加工图228图 5.2.1-2 钢模实物图5.2.2 钢筋安装根据钢筋深化图绑扎构件钢筋，设置钢筋保护层垫块。由于钢筋密集且异形钢筋较多，钢筋绑扎困难。需要根据图纸布置理清每根钢筋的绑扎顺序，在钢筋绑扎区将钢筋绑扎成型，运到混凝土浇筑区吊装到钢模内，如图 5.2.2：图 5.2.2 钢筋安装图5.2.3 预埋件固定（吊点预埋）在设计阶段，将内部装饰石膏龙骨、金属屋面等支撑埋件综合考虑，设置埋件与预制构件一起浇筑在混凝土内。该预埋7、件的固定是本工法的一个重点，采用固定钢片与侧模螺栓连接，通过固定钢片穿入带丝螺杆与预埋件连接，保证了预埋件的定位准确，在混凝土浇注完成凝固后将螺杆及钢片拆除。详见图 5.2.3-1：图 5.2.3-1 构件内部埋件安装图构件运输吊装的吊点采用哈芬吊点，吊点承载力大，预留洞口小，对结构影响小，吊装操作方229便，安全可靠。如图 5.2.3-2。图 5.2.3-2 吊装吊点5.2.4 砼浇筑养护埋件安装固定完后，进行混凝土浇筑，混凝土浇筑完 3 天后脱模，强度达到 75%后运输到现场进行拼装。图 5.2.4 砼浇筑照片5.2.5 运输养护完成的构件经验收合格用平板车托运至施工拼装现场。5.2.6 8、现场拼装支撑架搭设预制单元运输到现场前，先进行拼装场地的准备工作。包括场地硬化、根据图纸将需要拼装的柱帽定位线投放到地面、浇筑芯柱模板、搭设拼装支架等。芯柱模板使用混凝土浇筑，芯柱模板直径比柱帽内空略小，确保顺利脱模。以大清真寺项目为例：芯柱模板采用 C30 混凝土浇筑，直径 760mm（比柱帽内空心筒小 80mm），高 3650mm，底部设置 18001800300mm 基座，基座与芯柱一起浇筑，保证拼装过程中芯柱的稳定。芯柱混凝土外侧设置钢模。保证柱帽上下节点浇筑成型。如 5.2.6-1：230图 5.2.6-1 芯柱模板示意图拼装支撑根据柱帽的形状设计，确保稳定，方便支拆。如图 5.2.9、6-2：图 5.2.6-2 拼装支撑架示意图图 5.2.6-3 拼装现场脚手架布置5.2.7 下节点钢筋安装231下节点处钢筋通过预制单元下端伸出的预留锚筋锚板将拆分的预制单元连接起来，如图5.2.7-1：图 5.2.7-1 下节点与预制单元钢筋锚固实例由于下节点钢筋绑扎复杂多为环形钢筋，且由于其与预制单元锚固节点的特殊性，可在钢筋加工场内制作，现场吊装的方式，可简化施工工序提高施工功效。如图 5.2.7-2：图 5.2.7-2 下节点处钢筋制作安装5.2.8 构件吊装就位使用起重设备将预制构件吊到拼装支撑架上。根据地面弹线调整预制构件定位。5.2.9 上节点钢筋绑扎预制构件吊定位好之后绑扎上10、节点钢筋，如图 5.2.9-1：图 5.2.9 上节点处钢筋绑扎5.2.10 上下节点外模封闭浇筑混凝土由于上下节点处混凝土的强度是限制柱帽吊装的关键点，因此上下节点钢筋绑扎完成后立即封模浇筑混凝土。浇筑完成后覆盖保温保湿养护。5.2.11 钢连接件埋件安装232由于柱帽之间的钢连接件的可调节的余地很小，单个拼装完吊装上去，误差较大，连接件无法安装。在地面将整个区域的柱帽按照吊装完成后的定位全部拼装完成，在拼装过程中将连接件连接好，将连接件的埋件浇筑到混凝土内。吊装时将连接件解开吊装到屋面再次连接。这样做能消除部分连接件埋板的误差。由于钢连接件较重，无法使用人工安装调节，但使用起重设备调节则需11、长时间占用起重设备，对工期和成本控制不利。因此可以通过在柱帽主梁上设置自制简易支撑杆挂葫芦吊进行埋件的定位调整。图 5.2.11 上节点处钢筋绑扎5.2.12 边梁模板钢筋安装屋面系统由多个柱帽连接形成，允许误差只有 3mm。由于柱帽之间的钢连接件的可调节的余地很小，单个拼装完吊装上去，误差较大，连接件无法安装。因此采用预拼装的办法在地面将整个区域的柱帽按照吊装完成后的定位全部拼装完成，并且将柱帽分为 A/B 两种类型。在预拼装过程中将连接件连接好，将 A 型的边梁和连接件埋件浇筑到混凝土内。B 型的边梁和埋件待吊装完成调整埋件定位后再浇筑混凝土。这样能消除连接件埋板的误差，保证连接件能完美连12、接起到抗震作用，如图 5.2.12-1 所示：绿色表示 B 型柱帽，紫色表示 A 型柱帽。图 5.2.12-1：A/B 型柱帽方案示意图AB 型柱帽边梁模板均采用钢模，其中 A 型柱帽边梁混凝土在拼装时浇筑，采用普通钢模底部设置钢管支撑。B 型柱帽边梁混凝土需要在吊装完成后浇筑，施工作业面距离地面较高。因此 B 型柱帽边梁的支撑通过在拆分预制单元的横向主梁上安装型钢挑梁牛腿支撑边梁底模板。侧模在钢筋绑简 易 支撑杆233扎完成后固定在底模上。如图 5.2.12：图 5.2.12-2 B 型柱帽钢模板支撑5.2.13 A 型柱帽边梁混凝土浇筑及养护钢筋及连接件安装验收完成后，浇筑 A 型柱帽边梁13、混凝土。B 型边梁混凝土待吊装完成后浇筑。5.2.14 自制设备脱模运输待上下节点混凝土强度达到吊装条件，边梁混凝土养护达到拆模条件后再进行脱模运输。柱帽脱模主要是将柱帽上下节点外模、内模、A 型柱帽边梁模板拆除。其中上下节点外模和边梁模板在拼装支撑架上拆除。上下节点内模需要将柱帽吊起脱离混凝土芯柱模后才能拆除。为了节省接卸设备时间。根据柱帽外形设计柱帽支撑架。将吊出来的柱帽放在支撑架上，柱帽顶部支撑在支撑架横梁上，底部离地约 1m。工人进入支撑架内部拆除上下节点内模。并在柱帽顶部搭设走道方面吊装定位时上人进行连接件连接。支撑架见图 5.2.14-1：图 5.2.14-1 柱帽脱模支撑架脱模后14、的柱帽通过自制的转运拖车运输到履带吊吊装范围内。234转运拖车由车头+车身+支撑架 3 部分组成。其中车头使用半挂牵引车的牵引车头作为控制、动力、制动系统，车身由两根 HEA300 的型钢与底部双轴单列轮胎相连，组成整个车身的骨架。支撑架与脱模架相似，固定在车身上。车身宽 5m，能保证车身稳定。车身后轴车轮设置刹车系统与车头控制系统连接。图 5.2.14-2 柱帽转运拖车示意图和实例图5.2.15 现场准备花瓣吊装前清理吊装点附近场地，检查起重设备工况，搭设上人脚手架或设置举人车。5.2.16 现场柱帽吊装柱帽吊装采用大型起重设备吊装。吊点设置在柱帽 4 条主梁处，使用布吊带吊装，避免钢吊索吊15、装损坏混凝土。图 5.2.16 柱帽吊装现场照片5.2.17 测量定位柱帽的标高通过钢垫块进行调节。在柱帽底部和八角柱支承柱帽的底座分别设置十字线，安装时使上下十字线重合来实现柱帽的初步定位，如下图所示：235图 5.2.17 柱帽定位控制示意图柱帽定位调整完成后连接相邻两个柱帽之间的钢结构连接件5.2.18 柱帽与柱间灌浆柱帽与八角柱之间使用插隼式连接。柱帽上下节点与八角柱之间的间隙使用微膨胀灌浆料填充，确保柱帽与八角柱之间连接紧密。灌浆料使用举人车进行施工。5.2.19 B 型柱帽边梁混凝土浇筑B 型柱帽与周边的 A 型柱帽全部连接完成后浇筑边梁混凝土，在周边地面架设汽车泵浇筑。浇筑完成后16、，将侧模和底部松开，与混凝土脱离。最后接触支撑抱箍将钢模用绳子放到地下。整个拆模过程工人站在柱帽顶部铺设的走道上操作，无需悬挂施工保证了施工安全。6 6材料与设备材料与设备6.16.1 材料材料本工法使用的材料主要为钢筋、模板、混凝土、钢管、钢板等平台建筑施工材料.6.26.2 设备设备以阿尔及利亚大清真寺项目为例，使用的设备如表 6.2 所示：表 6.2 施工设备使用表编号名称型号数量主要使用说明1汽车吊50t3预制单元吊装拼装2龙门吊100t1柱帽脱模转运3履带吊400t1柱帽吊装4平板车/2拆分预制单元运输5自制拖车/1柱帽场内转运6举人车JLG-20081吊装上下人7 7质量控制质量控17、制7.17.1 质量控制标准质量控制标准EN 13369：预制混凝土产品的共同规则EN 13225：预制混凝土制品线性结构元件EN 206-1 2000混凝土规范，性能，生产和合格证7.27.2 钢筋间距、保护层及埋件定位控制钢筋间距、保护层及埋件定位控制由于预制单元内部钢筋较为密集，埋件较多。为保证钢筋间距、保护层厚度及埋件定位准确。236在施工前对图纸进行详细翻样，并做样板实验将钢筋与埋件在样板内反应，若有冲突及时与设计人员沟通调整。7.37.3 混凝土裂纹控制混凝土裂纹控制为防止混凝土表面出现贯通的微小裂缝，应在混凝土浇筑过程中控制预制台的震动，及时湿水养护。收光面在终凝前进行抹压收光。18、必须在混凝土达到强度后进行拆模和运输。构件堆放必须严格按照堆放要求堆放，高度不超过8 层。7.47.4 测量定位控制测量定位控制柱帽拼装前柱帽的投影线投放到拼装场地上。严格按照投影线控制预制单元的定位。并使用全站仪对柱帽每个角点进行复核。柱帽吊装完成后灌浆前，使用全站仪将柱帽的中点再次复核确保与图纸一致。避免误差超过金属屋面及内装饰的要求。8 8安全措施安全措施8.18.1 预制构件生产过程中的安全措施预制构件生产过程中的安全措施8.1.1 预制构件吊装过程中注意吊装设备的检查与维护，防止构件掉落伤人；8.1.2 定期检查预制厂内施工用电安全；8.1.3 定期检查预制厂内钢模支座的稳定性，防止19、发生坍塌施工。8.28.2 拼装过程安全措施拼装过程安全措施8.2.1 拼装场内起重设备附近设置安全警戒线，防止发生伤人事故；8.2.2 拼装支撑架周边设置安全防护措施防止高处坠落；8.2.3 定期检查龙门吊、汽车吊等大型起重运输设备，防止发生安全事故，操作工人及指挥持证上岗并定期交底培训。8.38.3 柱帽转运和安装过程安全措施柱帽转运和安装过程安全措施8.3.1 柱帽运输道路平整度满足转运拖车行驶要求，避免因道路不平发生侧翻；8.3.2 柱帽运输过程中有专人指挥交通；8.3.3 转运拖车为自制非标准设备严禁开出施工现场；8.3.4 柱帽吊装过程中，起重设备工作范围内严禁站人，柱帽顶部设置安20、全防护，确保吊装工人安全；8.3.5 定期检查重型起重设备和举人车的设备安全。9 9环保措施环保措施9.0.1 场专门划出一块场地用于在地面进行灌浆料搅拌。9.0.2 灌浆料施工过程中，要细心操作。在灌注过程中要均匀把灌浆料倒入灌浆洞口，速度不能过快，以免灌浆料溢出，污染八角柱和混凝土墙面。9.0.3B 型环梁浇筑只能白天进行施工，防止发生高处坠落，防止夜间扰民。9.0.4B 型柱帽边梁浇筑前仔细检查边梁模板接缝，防止发生漏浆污染环境。9.0.5 混凝土浇筑完成后，及时打扫现场，把剩余的施工废料归堆，清出厂外。同时对相关的灌浆设备，如搅拌机，塑料桶等进行清洗，确保没有残留物，以免影响下次施工。21、1010效益分析效益分析10.110.1 社会效益社会效益237由于预制柱帽的良好性能满足环境对建筑的耐久性、防火性的要求，并且预制构件的绿色环保、方便施工、耐久性好的特点，使得预制构件越来越受重视。本工法的推广能推动超大异形预制构件的生产拼装和吊装，解决传统的预制构件外形不够灵活的缺点，使预制构件样式多样化发展。10.10.2 2 经济效益经济效益以阿尔及利亚大清真寺项目为例，共有预制混凝土柱帽 422 个，通过本工法的成功实施，以每天不小于 2 个的速度（每天完成屋面面积不少于 131.22）完成柱帽吊装，为项目节省工期约 4 个月，预测节约成本约 130 万元。由于采用吊装场地外拼装，拖22、运到吊车附近吊装的办法，大量的释放了施工场地，将吊装点对周边结构施工的影响降到最低。例如：若选在吊装点附近拼装，则吊装点附近最少 100m45m 的范围内结构施工需等到吊装完成后才能进行。但采用本工法拼装+转运的方式施工，则施工现场只需留置 14m 宽道路供履带吊行走即可，对其他区域不影响。1111应用实例应用实例阿尔及利亚大清真寺项目位于阿尔及利亚首都阿尔及尔市的默罕默迪亚（Mohammadia）,占地面积约 27 万 m2，建筑面积约 40 万 m2，共有 12 个建筑物，为世界第三大清真寺。工程开工时间为 2012年 3 月，预计竣工时间为 2018 年 12 月.其中 A 区祈祷大厅及庭院、B 区 C 区广场及南区局部开阔型的空间屋面结构全部采用预制混凝土柱帽。多个柱帽连接形成屋面支撑结构。项目共有预制混凝土柱帽 422 个，通过本工法的成功实施，以每天不少于 2 个的速度（每天完成屋面面积不少于 131.22）完成柱帽吊装，为项目节省工期约 4 个月。工程实例图片如下：图 11-1 预制柱帽成型效果图238图 11-2 柱帽吊装完成后照片