1、 高高预预制制率率装装配配式式建建筑筑施施工工研研究究与与应应用用一、工程概况浙建钢构生产基地宿舍楼工程位于湖州市德清县雷甸镇林家坝，是浙江浙建钢结构加工制造厂内的一栋员工宿舍楼。该宿舍楼占地面积520，建筑面积1040，建筑层数2层，建筑高度7.6米，结构形式为框架结构，抗震设防烈度六度，耐火等级二级，屋面防水等级级,设计合理使用年限50年。该宿舍楼属于装配整体式建筑，其PC体系为装配整体式混凝土框架结构。PC范围为二层柱，二层梁、屋面梁，二层板、屋面板，外墙板，楼梯等，其中梁和楼板为叠合；现浇范围为基础及一层柱。基础形式为桩-承台基础，桩基采用先张法预应力混凝土管桩。整个项目预制率达到832、%，实现了建筑工业化，满足建筑工业化的发展要求。二、小组概况1、小组简介小组名称课题类型创新型课题名称高预制率装配式建筑施工研究与应用成立时间2016年8月1日小组注册编号活动时间2016年8月1日2017年1月5日课题注册编号小组人数14小组平均年龄32平均接受教育时间45h出勤率96%以上小组成员名称 简况姓名年龄性别文化程度职务组内分工TQC教育情况35男大学分公司总工程师指导QC活动36h30男硕士集团技术研发工程师协调、策划36h34男大学分工司技术研发中心主任协调、策划36h35男大学项目经理对策制定，组织实施36h25男大学技术负责信息分析，协调48h26男大学质量员信息搜集483、h29男大学施工员现场协调48h29男大学安全员负责施工安全48h31女大学资料员技术资料48h31男大学构件加工厂事业部经理负责构件生产协调48h24男大学构件加工厂技术员负责构件技术质量48h44男高中木工施工班长现场实施48h41男高中钢筋施工班长现场实施48h60男初中吊装队施工班长现场实施48h制表人：郭士新 制表日期：2016年8月1日2、小组活动活动计划与实施进度制表人：郭士新 审核人：制表日期：2016.8.1三、选择课题1、预制装配式混凝土结构建筑是国内运用最多、推广最热门的工业化结构体系之一，本工程预制率达到83%，为高预制率装配式建筑，而现阶段高预制率装配式建筑在施工时还4、没有形成一套完整、快捷、安全的施工方法。2、传统的现浇混凝土建筑施工方法已经无法满足高预制率装配式建筑的施工要求，完全照搬传统的施工方法，不仅不能加快施工进度，还会造成成本升高，这与建筑工业化的发展要求相悖。综上所述，我们迫切需要寻找一种安全、优质、快速的施工方法，提高高预制率装配式建筑混凝土结构构件安装效率与安全性。因此，本QC小组在2016年8月1日开始进行QC活动，并确定本次活动课题为：“高预制率装配式建筑施工研究与应用”。四、设定目标本工程定量目标一览表定量目标保证工期单层施工工期8天竖向构件（柱、墙）10构件中心线对轴线位置水平构件（梁、板）5构件标高梁柱墙板底面或顶面5确保质量结构5、构件满足允许偏差（mm）构件垂直度柱墙（5m）5制表人：郭士新 皇甫飞飞 制表日期：2016年8月15日五、提出各种方案并确定最佳方案1、方案提出2016年9月1日至9月15日期间，本QC小组在会议室共召开三次“高预制率装配式建筑施工研究与应用”专题会议。QC小组结合现实情况运用，以创造性思维、运用“头脑风暴法”，充分提出各种创新途径。最后在大家提出各方案基础上，使用亲和图整理、归纳比选方案，最终得出了三类（6种）施工方案：高预制率装配式建筑施工研究与应用亲和图制图人：郭士新 制图日期：2016年9月10日预期方案一览表方案列表类别方案编号方案方法方案一普通钢管脚手架与传统施工方法一样，在梁底6、板底搭设钢管架，梁底、板底小横杆标高调整到位后进行构件吊装普通支撑方案方案二碗扣式钢管脚手架与普通钢管架施工方法类似，梁底、板底搭设碗扣式脚手架，架体顶部标高调整到位后进行构件吊装方案三可调独立支撑架在梁底、板底整体搭设独立支撑，通过自身调节支撑高度，待顶部标高调整到位后进行构件吊装可调支撑方案方案四可调门式支撑架在梁底搭设门式支撑架，门式支撑可同时支撑梁和板，通过调整插销和螺纹来控制门式支撑顶标高，全部调整到位后进行构件吊装方案五钢牛腿支撑先在预制柱和叠合梁里面预埋连接件，然后将加工成型的钢牛腿固定在柱头和梁侧，调整钢牛腿标高，进行构件吊装，柱头钢牛腿支撑梁，梁侧钢牛腿支撑板免竖向支撑方案7、方案六角码支撑先在预制柱和叠合梁里面预埋连接套筒，在柱头和梁侧安装角码，调整角码顶面标高，通过螺栓与套筒连接将角码固定，然后进行梁和板吊装。柱顶角码支撑梁，梁侧角码支撑板。制表人：郭士新 制表日期：2016年9月10日2、方案分析、对比2.1各种方案分析对比方案对比分析表类别方案经济分析单层工期优点缺点结论普通钢管脚手架脚手架租赁及人工费：6.3万10天施工工艺成熟，安全性较高搭设繁琐，不够便捷；材料及人工消耗大，不够经济不适合普通支撑方案碗扣式钢管脚手架脚手架租赁及人工费：6.8万9天施工工艺成熟，安全性高，搭设相对快捷，材料及人工消耗量大，不够经济备选可调独立支撑架脚手架租赁及人工费：6.8、9万10天搭设相对简便，高度调节方便安全性低，仍需要使用钎杆加固；材料费用高。不适合可调支撑方案可调门式支撑架门式架加工及人工费：7.0万9天搭设简便，高度可根据需要自由调节；材料用量减少，节省成本不能单独成组，需要钎杆加固；不够轻便，相对单根立杆较重。备选方案钢牛腿支撑钢牛腿加工及安装费用：7.5万9天安装方便，施工效率高；避免了竖向支撑搭设，节省了人工和材料，节省了成本钢牛腿加工费用较高；自身材料消耗大；自身较重，不易携带不适合免竖向支撑角码支撑角码（和套筒）加工费用和安装费用：5.8万8天安装快捷，施工速度快；标高调节方便；避免了竖向支撑搭设，节省了人工和材料，节省了成本角码应用前需要进9、行三维建模和深化设计，对技术人员要求较高。备选方案制表人：郭士新 制表日期：2016年9月15日施工方案初步比选系统图制图人：郭士新 制图日期：2016年9月15日2.2三种备选方案进行进一步评价：三种备选方案评价表1、碗扣式钢管脚手架方案描述：与普通钢管架施工方法类似，梁底、板底搭设碗扣式脚手架，架体顶部通过顶托将标高调整到位后进行构件吊装方案类别单层工期经济分析普通钢管脚手架9天脚手架租赁及搭设人工费：6.8万优点缺点施工工艺成熟，搭拆速度相对快捷，可加快施工进度；架体整体性好，安全系数高；材料费和人工费投入较大，不够经济；搭设时模数不易控制，施工前需要事先排布立杆位置并编写施工方案。2、10、可调门式支撑架方案描述:在梁底搭设门式支撑架，门式支撑可同时支撑梁和板，门式架中间的小横杆用来支撑梁，两根立杆加上顶托后支撑板，可通过调整插销和螺纹来控制门式支撑顶标高，全部调整到位后进行构件吊装。方案类别单层工期经济分析可调支撑架9天门式架加工费及搭设人工费：6.9万优点缺点搭设简便，施工效率高；高度可根据需要自由调节，调节方便；材料用量减少，节省成本不能单独成组，需要钎杆加固；单品门式架不够轻便，相对单根立杆较重；加工费比一般钢管租赁费略高。3、角码支撑方案描述:先在预制柱和叠合梁里面预埋连接套筒，在柱头和梁侧安装角码，调整角码顶面标高，通过螺栓与套筒连接将角码固定，然后进行梁和板吊装。柱11、顶角码支撑梁，梁侧角码支撑板。方案类别单层工期经济分析免竖向支撑8天角码（和套筒）加工费及安装人工费：5.8万优点缺点携带轻便，安装快捷，施工速度快；标高调节方便；避免了竖向支撑搭设，节省了人工和材料，节省了成本；待混凝土浇筑完成后到达一定强度，角码可拆卸重复利用，经济实用。角码支撑应用前需要进行三维建模和深化设计，前期准备工作量大；构件制作时，对套筒预埋位置精确度要求高，否则角码可能无法正确安装。制表人：郭士新 制表日期：2016年9月2日3、最佳方案确定小组广泛地拓宽思路，运用统计技术，从多角度分析和比较。经过同类初选，分类（三个代表方案）复选，最终决议选取免竖向支撑角码支撑为总体方案。吊12、装方案进一步比选系统图制图人：郭士新 制图日期：2016年9月15日QC小组成员评价结论：此方案虽然前期工作量大，但此方法可充分利用混凝土构件自身的强度和刚度完成构件吊装，节省了竖向支撑的搭设，降低了施工成本，同时又可加快施工进度。六、实施总体方案必须研究解决的主要问题1、首先研究确定需要解决的主要问题通过上述内容确定总体方案，经小组成员分析讨论，对角码支撑的方案进行进一步分解。我们需要对深化设计、加工预埋、使用安装等三方面问题进行分析评价，找出最佳分解方案，并据此制定对策表。2主要问题可提出分解方案，见下图方案分解系统图制图人：郭士新 制图日期;2016年9月25日3、对每个分解方案进行评价13、，确定一个最佳方案。方案优缺点对比分析表方案选定特点分析结论优点缺点Revit建模深化操作简单，可进行多专业模型建模对电脑配置要求高该方案优点突出，满足深化设计要求三维模型建立3DMax建模深化三维渲染效果好操作相对复杂，耗时长该方案耗时时间较长，暂不考虑深化设 计角码及构件受力分析/主要解决问题L型角码节省材料，加工方便，施工快捷受力性能一般该方案优点突出角码深化设计C型角码受力性能较好材料消耗量大，加工相对复杂该方案存在缺陷加工预 埋角码套筒定型化加工和套筒预埋/主要解决问题构件吊装施工流程/主要解决问题连接方式深化设计/直接影响安装质量，需深化设计使用安 装连接质量控制化学植筋/控制植筋14、人员素质，较易控制制表人：郭士新 制表日期：2016年9月25日4、确定最佳方案最佳方案分解图制图人：郭士新 制图日期：2016年9月25日其中：角码深化设计（L型）和连接方式深化设计，均属于深化设计且互相联系，应合并考虑。七、制定对策在确定关键工序后，QC小组成员采用“5W1H”的方法对关键工序制定对策：对策实施表 项目对策（What）目标（Why）措施（How）地点（Where）完成时间（When）负责人（Who）Revit建模深化设计考虑预埋套筒位置是否和构件中钢筋及洞口碰撞；根据支撑原理对角码形态尺寸和连接方式进行深化设计。确保预埋套筒位置与构件中钢筋和洞口位置完全避开；确定角码形态和15、连接方式。根据设计图纸进行三维建模，模型包括混凝土构件模型，钢筋模型，安装模型等，对预埋套筒位置进行碰撞分析，最终确定预埋套筒位置。办公室2016年8月20日郭士新皇甫飞飞角码及构件受力分析根据施工荷载对角码和构件自身进行受力分析。确保角码满足支撑受力要求；确保构件自身受力稳定、安全用Midas软件对角码及构件分别进行使用状态下的受力分析。办公室2016年8月25日程冀郭士新角码套筒定型化加工和套筒预埋角码套筒工厂定型化加工；在混凝土构件制作过程中，套筒预埋。角码套筒形态尺寸加工满足深化设计要求；套筒预埋位置要准确。角码套筒根据深化设计要求，工厂定型化批量生产和构件厂预埋。工厂；预制构件厂2016、16年9月30日沈剑金昊蔡园军构件吊装施工流程根据角码支撑体系制定吊装计划。保证单层工期8天，质量符合规范要求。模拟吊装流程，结合角码支撑制定细化吊装方案。项目部技术办公室、施工现场2016年12月31日郭士新皇甫飞飞金昊制表人：郭士新 制表日期：2016年10月5日八、按对策表实施 实施（一）：revit建模深化设计预制混凝土结构梁、板、柱构件与支撑角码深化设计，采用revit软件对预制混凝土结构梁、板、柱构件建模，模型包括了钢筋模型、吊装与起模埋件模型、机电预埋管线等，形成构件大样图与分解图，为构件的加工、吊装提供技术支撑；通过深化设计进行碰撞检查，保证预埋件位置的准确，避免构件内部品位置17、冲突造成缺陷与返工。1、模型建立采用REVIT绘图软件对设计提供的预制装配式建筑构件数据绘制各专业三维模型。梁柱结构模型和钢筋模型外挂墙板结构模型和钢筋模型结构整体模型机电管线模型2、角码支撑体系深化设计角码形态尺寸深化设计深化图采用10mm厚的钢板折制而成，角码呈“L”型，规格为120mm120mm120mm10mm，两腋中间设置两道加劲肋，角码两腋开长条形槽孔，尺寸为20mm50mm。连接套筒形态尺寸深化设计深化图采用直径为30mm，长度为150mm的三级螺纹钢筋制作，套筒朝构件外一侧有套丝孔，可拧进M20螺栓；另一侧开,13穿孔，穿入C12钢筋。因叠合板厚度较薄，板中套筒长度可根据板厚相18、应调整，形态保持不变。连接方式深化设计深化图连接套筒按深化设计位置预埋在混凝土构件中，通过M20螺栓拧进套筒套丝孔与角码连接。采用此连接方式将预制混凝土构件连接支撑，牢固可靠，安装便捷，拆装方便，成本低。连接套筒预埋位置深化设计深化图根据BIM建模和深化设计，对角码和连接套筒位置、数量设计如下：连接套筒：常规柱顶布置2个，梁两端底部对应柱位置各布置1个，梁两侧边按照板的分块布置，每块板边两端对应位置各布置1个，板对应梁设置位置布置。角码：常规柱顶布置1个，梁侧对应套筒位置每两个套筒布置1个角码。制图人：郭士新 皇甫飞飞 制图日期：2016年10月15日效果验证:2016年10月12日完成深化设19、计，并经设计单位确认，满足图纸和规范要求。实施（二）：角码及构件受力分析1、计算理论和方法依托工程背景使用MIDAS/Gen和MIDAS/FEA分别建立杆系有限元模型和实体有限元模型进行结构分析。2、受力最不利阶段分析经过分析，受力最不利阶段为所有预制构件吊装完毕，现浇层混凝土浇筑完成达到设计强度之前这一阶段。此阶段结构并未形成整体，整体受力还是通过单元板传递至梁侧面螺栓传至梁，梁通过与柱角码相连传至柱上。模拟仿真实验图框架结构受力计算结果框架梁端内力云图框架结构应力云图结论：此阶段结构预制梁最大剪力为29.3kN,发生在沿纵向的梁端部位置，结构柱及结构梁均处在弹性阶段。角码受力计算结果角码约20、束部位整体坐标系X,Y,Z方向的反力图角码DXYZ位移云图结论：此时角码最大位移发生在顶面悬臂段最边缘角部位置，最大位移为0.3mm，其余变形均较小。应力及应变均处在弹性阶段，95.9%的单元均处在152Mpa以下，均处在安全状态。制图人：郭士新 皇甫飞飞 制图日期：2016年10月18日效果验证：2016年10月15日完成角码及构件受力分析和模拟仿真实验。2016年11月2日，运用角码支撑体系完成第一跨构件吊装，并经涉及认可和监理验收，支撑稳定，满足施工要求。实施（三）：角码套筒定型化加工和套筒预埋角码套筒定型化加工和套筒预埋角码和连接套筒定型化加工制作方法注意事项（1）角码由优质钢板折边制21、作而成，其两腋上开有长方形槽孔，其两腋间焊接两道加强撑板，加强角码的整体刚度；（2）连接套筒由三级螺纹钢筋经机械化加工而成，连接套筒顶部加工有套丝孔，可拧进螺栓，尾部打有穿孔，可穿入小规格钢筋，提高连接套筒的锚固强度。钢板冷弯加工时最低室温一般不低于0，热弯需加热至10001100，折弯时应避免一次大力加压成形，应逐次渐增度数，经常用样板检查，千万不能折边角度过大，造成往复反折，损伤构件；连接套筒套丝孔加工时，钻刀中心与套筒中心要保持一致，钻孔过程中要控制好钻速。预制构件加工与套筒预埋预制构件制作时，先组装钢模具；按要求拼装好后，将已绑扎成型的柱钢筋笼放入钢模具中并调整钢筋笼的位置；按深化设计22、位置将连接套筒放置在钢筋笼中，连接套筒采用附加钢筋焊接形式固定或者夹具、螺栓形式固定。预埋工作完成后，浇筑混凝土，振捣，养护。（1）预埋时连接套筒位置须放样准确，同时要避免和钢筋位置冲突、碰撞；（2）连接套筒必须固定牢固，保证连接套筒位置准确，同时防止连接套筒在混凝土浇捣时偏位；（3）构件混凝土浇捣前要再次复核连接套筒的预埋位置是否准确。制表人：郭士新 皇甫飞飞 制表日期：2016年10月25日效果验证：2016年 10 月18日完成角码和套筒加工，2016年 10月31 日完成全部预制构件制作和预埋。实施（四）：构件吊装施工流程结合角码支撑体系的特点，确定吊装施工流程如下：结构构件吊装流程图23、结构构件吊装流程图施工流程预制柱吊装安装柱顶角码叠合梁吊装梁侧角码安装叠合板吊装现浇层混凝土施工1、预制柱吊装预制构件运输至现场，先吊装预制柱。模型图 实景图2、安装柱顶角码预制柱吊装完成后，在柱顶安装支撑角码，采用M20螺栓将角码与柱顶预埋套筒连接固定；柱顶的支撑角码主要作用是支撑预制叠合梁，角码上设置了条形孔可方便安装高度的调节，采用普通扳手将M20螺栓拧入预埋连接套筒，螺栓应拧紧、密实。模型图 实景图3、叠合梁吊装梁就位安装，将梁吊运至离柱顶30CM左右，吊机下落速度放缓，校对定位位置后，搁置在柱顶支撑角码上；梁两端用M20螺栓将柱顶支撑角码与梁端预埋套筒连接固定，连接固定作用是保证梁的24、稳定、牢固，并且在预制板吊装过程中预制梁不会产生滑落、偏移等问题。模型图 实景图4、梁侧角码安装安装梁侧边支撑角码，采用M20螺栓将角码与梁侧面预埋套筒连接固定；梁侧边角码主要用于支撑叠合板，支撑角码上设置的条形孔可方便安装高度的调节；螺栓应拧紧。模型图 实景图5、叠合板吊装将板吊运至距离梁面30CM左右，吊机下落速度放缓，校对定位位置后，搁置在支撑角码上，用M20螺栓将梁侧支撑角码与板内预埋套筒固定，连接固定作用是保证板的稳定、牢固，并且预制叠合板上水电安装施工、钢筋绑扎施工等作业过程中叠合板不会产生滑落、偏移等问题 模型图 实景图6、现浇层混凝土施工现浇层管线预埋和钢筋绑扎完成后，进行混凝25、土浇筑 模型图 实景图制图人：郭士新 皇甫飞飞 制图日期：2016年11月28日效果验证：2016年11月30日圆满完成吊装任务，比计划提前2天完成，并经项目部及监理验收通过。九、确认效果1、目标完成情况1.1工期情况经过QC小组的共同努力，采用“免竖向支撑角码支撑”方案，实现了单层施工7天一层的目标，单层施工比原计划提前一天，提前完成高预制率装配式建筑（宿舍楼）结构吊装任务，同时于2016年11 底，主体结构整体封顶，满足了整体工期要求，未发生任何安全事故，实现了课题设定的目标。1.2质量情况质量情况：经甲方、设计、监理及施工四方联合对宿舍楼进行了质量检查，全部合格。预制构件安装偏差满足混凝26、土结构施工质量验收规范GB50204-2015中的要求。检查验收汇总表项目序号检查内容检查点（个）符合要求（个）合格率（%）1柱墙垂直度20201002梁底标高2525100主控项3板底标高20201004柱墙对轴线的偏差20201005梁对轴线的偏差2525100一般项6外墙板缝隙宽度2525100制表人：皇甫飞飞 制表日期：2016年12月10日预制构件的顺利吊装，为后续装饰装修工程施工做好了充分的准备，为工程顺利进行提供了重要的条件。2、经济效益免竖向支撑角码支撑施工方案费用包括：人工费(5万元)、机械租赁费（7.9万元）、材料加工费（0.8万元）共计 13.7万元；综合以上，免竖向支撑27、角码支撑施工方案提前了工期（节约工期2天），节约了资金（节约成本约1.5万元），获得了良好的经济效益。3、社会效益本工程在QC实施的过程中，真正实现:将工程难点转换为工程亮点！该工程作为高预制率装配式建筑工程，它的完成，为公司乃至整个建筑行业对高预制率装配式建筑施工研究打下了坚实的基础。十、标准化工作通过本次QC活动，积累了大量的经验数据和宝贵的技术资料。活动结束后，QC小组编写了装配式建筑免竖向支撑角码支撑施工方案；2016年11月，向浙江省建工集团提交申报了一种预制装配式建筑支撑角码工具专利；2016年12月，整理完成了装配式建筑结构免支撑施工工法。十一、总结与下一步打算1、活动总结专业技28、术方面：小组成员通过QC活动科学的管理方法与工程专业技术相结合，全面提高混凝土装配式建筑支撑体系等各分项工程专业技术水平和各环节质量控制。运用各种软件分析问题，具有充足的创新能力。管理技术方面：在解决问题的全过程中，QC小组活动按照PDCA程序进行，依照逻辑性思维分析和诊断问题；在各个阶段依据客观数据和统计工具，进行科学的决策。小组综合素质方面：通过本次QC活动，使小组成员创新意识、团队精神、QC工具应用、质量意识、进取精神、个人能力得到了很大提高，我们进行了自我评价。综合素质评价表、综合素质评价雷达图。制图/制表人：郭士新 制图/制表日期：2017年1月5日通过以上评价，小组成员明确了自身的进步；同时看到QC工具运用仍显不足、个人能力有待提高、创新意识应持续拓展等问题，这些方面均是我们今后努力的方向。2、下一步打算在QC小组活动中，我们运用了新方法、新工艺，实现了预期目标。本课题已获得杭州市QC一等奖。我们将以此为起点，围绕“掌握方法、拓展领域、增强活力”的活动主题，更积极地开展QC小组活动，面对新问题，迎接新挑战。本QC小组已经拟定了下一个课题，将对“混凝土装配式建筑结构深化设计研究应用”进行攻关。综合素质评价表活动前（分）项目活动后（分）65创新意识8560团队精神9070QC工具应用8575质量意识9585进取精神9575个人能力85