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華南理工大學(xué)廣州國際校區(qū)( 簡稱國際校區(qū))由教育部、廣東省、廣州市及華南理工大學(xué)四方共建，總用地面積為1105922㎡，擬建總建筑面積 140萬㎡ ，其中地上建筑面積120萬㎡ ，地下建筑面積20萬㎡。為縮短工期盡快投入使用，項目采取分期建設(shè)的策略。一期工程總建筑面積達50萬㎡，其中地上建筑面積40萬㎡，采用由設(shè)計牽頭的 EPC管理模式，設(shè)計施工并行。于2018年8月1日開始初步設(shè)計并同時進行基礎(chǔ)施工圖設(shè)計，第一批建筑于2019年7月10日交付使用，以滿足9月開學(xué)的需要。

圖1

根據(jù)《廣東省人民政府辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的實施意見》、《廣州市人民政府辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑加快推進建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的實施意見》，國際校區(qū)一期工程需有至少12萬㎡地上建筑面積的建筑采用裝配式，且達到不低于A級裝配式建筑評價標(biāo)準。綜合考慮建筑形體、建筑功能等條件后，國際校區(qū)采用裝配式建筑的單體包括 B，C，E，S 共四個塊的塔樓，建筑面積共計15. 2萬㎡(圖1) ，地上建筑面積13.8萬㎡。其中 B，C，E 地塊4棟塔樓使用功能為教研用房和實驗室，B 地塊醫(yī)藥醫(yī)學(xué)研究院為13層，建筑高度61. 30m; C地塊材料基因中心為15 層，建筑高度64. 40m; E地塊巖土工程研究院為10 層，建筑高度 45. 90m，大數(shù)據(jù)研究院為15層，建筑高度70. 00m。S地塊為4棟學(xué)生宿舍，S1-A1，S1-A2，S1-B1，S1-B2 分別為18，14，12，12 層，其建筑高度分別為 69. 60，54. 80，47. 40，47. 40m。

圖2

采用裝配式建筑技術(shù)的各棟塔樓的建筑效果圖如圖2所示，與旁邊采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆方式的建筑相比，裝配式建筑塔樓在保證裝配率的基礎(chǔ)上，也較好地保留了建筑的個性化立面和凹凸造型。

根據(jù)建筑方案，并結(jié)合裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本概念，初步確定了結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)件尺寸之后，開始考慮預(yù)制范圍和與裝配式技術(shù)相關(guān)的專項設(shè)計。

除了規(guī)范要求不采用預(yù)制的情況之外，豎向構(gòu)件的預(yù)制范圍在擬定中還遵循了如下幾個原則: 

1.核心筒和剪力墻采用現(xiàn)澆，除了C 地塊塔樓頂部的部分剪力墻采用預(yù)制之外，其他所有核心筒、剪力墻均采用現(xiàn)澆; 

2.中震組合下出現(xiàn)拉力的豎向構(gòu)件采用現(xiàn)澆;

3.躍層柱采用現(xiàn)澆; 

4.剪力和彎矩較大的角柱采用現(xiàn)澆; 

5.因太重而超過塔吊能力的構(gòu)件采用現(xiàn)澆。

在確定構(gòu)件預(yù)制范圍的過程中要經(jīng)過反復(fù)嘗試，比如在遇到構(gòu)件因太重而超出吊裝能力時，嘗試提高塔吊起重能力、更改塔吊設(shè)置位置、提高混凝土強度等級以減小構(gòu)件截面、縮短預(yù)制構(gòu)件長度等方式。每次更改豎向構(gòu)件預(yù)制范圍后，就需要將同層現(xiàn)澆豎向構(gòu)件在地震作用下的彎矩和剪力進行適當(dāng)放大。

圖3

豎向構(gòu)件的連接方式主要為全套筒灌漿連接和半套筒灌漿連接。因套筒直徑大于鋼筋直徑，為了保證箍筋的混凝土保護層厚度，與現(xiàn)澆柱相比，預(yù)制柱的縱筋保護層厚度較大，分析時也做了相應(yīng)調(diào)整。

預(yù)制柱安裝階段的難點主要在于如何使下層柱的縱筋對準上層柱的套筒。對于轉(zhuǎn)換層( 即下層為現(xiàn)澆柱，上層為預(yù)制柱) 節(jié)點，通常難以保證下層現(xiàn)澆柱縱筋的位置都能準確對準上層套筒，故一般采用在現(xiàn)澆柱縱筋之外增設(shè)插筋，同時上方加設(shè)兩道定位板( 圖3) 。

圖4

豎向構(gòu)件的預(yù)制工藝對安裝是否便利的影響很大，舉一例說明，如圖4所示。

圖4( a) 為套筒外接管道采用波紋管，所有波紋管口都從柱的兩相鄰邊伸出，該方式對于構(gòu)件廠很方便; 

圖4( b) 為套筒外接管道采用PVC 管，管口從就近的柱邊伸出，在構(gòu)件生產(chǎn)過程中封閉模板時相對麻煩。但安裝時明顯采用圖4( b) 的方式更好，不僅節(jié)省灌漿料，而且不易堵管。

圖5

C 地塊塔樓頂部的部分剪力墻為預(yù)制形式，連接方式采用了華南理工大學(xué)韋宏研究員與王帆教授研究團隊提出的“基于鋼結(jié)構(gòu)連接方式的預(yù)制混凝土新型連接技術(shù)”。以剪力墻水平拼縫連接為例，其三維構(gòu)造示意圖如圖5所示。

預(yù)制剪力墻在安裝時采用型鋼高強螺栓連接，可以滿足構(gòu)件在施工安裝時的承載力和穩(wěn)定性要求。在暗柱和水平縫連接處理時，將水平后加鋼筋插入從預(yù)制構(gòu)件伸出的環(huán)筋中，再后澆混凝土。

圖5( a) 為上下預(yù)制剪力墻分離示意，未安裝后加鋼筋，圖5( b) 為已安裝水平及豎向后加鋼筋?；阡摻Y(jié)構(gòu)連接方式的預(yù)制混凝土新型連接技術(shù)的優(yōu)點在于鋼結(jié)構(gòu)連接質(zhì)量可檢測，且施工階段無需斜撐，方便后續(xù)裝修施工。

除了規(guī)范要求不采用預(yù)制的情況之外，水平構(gòu)件的預(yù)制范圍在擬定中還遵循了如下原則:

1.懸挑構(gòu)件盡可能采用現(xiàn)澆;

2.核心筒內(nèi)部及周邊板采用現(xiàn)澆; 

圖6

3.本項目除S地塊學(xué)生宿舍的衛(wèi)生間地板采用預(yù)制沉箱外( 圖6) ，其他教研用房及實驗室的衛(wèi)生間地板均為現(xiàn)澆;

4.現(xiàn)澆剪力墻側(cè)面相鄰的樓梯采用現(xiàn)澆; 

5.要求有較厚樓板的特殊功能實驗室采用現(xiàn)澆; 

6.尺寸規(guī)格不多的構(gòu)件采用現(xiàn)澆。

圖7

設(shè)計過程發(fā)現(xiàn)如下情況對預(yù)制構(gòu)件安裝的影響較大。

1.預(yù)制構(gòu)件的鋼筋碰撞問題

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，創(chuàng)建節(jié)點鋼筋模型，可以檢查預(yù)制構(gòu)件的鋼筋碰撞問題( 圖7) 。預(yù)制柱頂標(biāo)高由截面最高的主梁控制，其他截面稍小的主梁不一定能搭在柱側(cè)，在這一步與施工方和深化設(shè)計師共同探討柱頂工具式支架如何設(shè)置。目前的技術(shù)瓶頸在于建立鋼筋三維模型耗時較多，如果這方面更加智能化，則能顯著提高鋼筋構(gòu)造設(shè)計的效率。

2.后澆混凝土區(qū)域的鋼筋安裝問題

裝配式混凝土建筑工地現(xiàn)場安裝工種除了預(yù)制構(gòu)件安裝工外，一般還有鋼筋工、木工、搭內(nèi)架工和混凝土工，其中鋼筋工的安裝量雖然比傳統(tǒng)現(xiàn)澆工程少，但由于后澆區(qū)域空間狹小，故實際上鋼筋工現(xiàn)場插筋、穿筋安裝困難較多。設(shè)計期間和施工安裝期間，設(shè)計團隊與施工方、構(gòu)件廠配合，不斷優(yōu)化構(gòu)件設(shè)計及安裝工法。

圖8

圖8舉例說明在后澆混凝土區(qū)域安裝鋼筋時可能遇到的問題。左圖中箍筋彎鉤設(shè)在后澆區(qū)會影響設(shè)置面筋，右圖中面筋穿筋困難，因此應(yīng)提前裝在梁面以避免后續(xù)穿筋困難。

圖9

圖10

3.主次梁相交節(jié)點

大部分次梁為鉸接，采用鋼企口連接方式。圖9( a) 為已生產(chǎn)的構(gòu)件端部節(jié)點，圖9( b) 為鋼企口標(biāo)準大樣。邊梁或者相鄰洞口的次梁扭矩較大，樓板結(jié)構(gòu)中還有部分連續(xù)次梁的扭矩也較大，采用如圖10所示的端節(jié)點連接方式。

圖11

4.裝配式樓板

目前裝配式混凝土工程大量采用疊合板，應(yīng)用時需注意桁架上弦筋與混凝土面之間的凈空應(yīng)保證方便穿過線管，因構(gòu)件廠對混凝土流動性要求不高，所以在模臺上振搗時多余的混凝土不易泄出，造成混凝土板厚超過設(shè)計值( 圖 11) 。

因疊合板混凝土養(yǎng)護時間短，應(yīng)注意運輸期間的顛簸或者現(xiàn)場堆疊層數(shù)過高造成的開裂問題。對疊合板拼縫的處理尚需進一步研究。板厚較大造成結(jié)構(gòu)自重較大，使疊合板的應(yīng)用受到質(zhì)疑，如現(xiàn)澆板厚 110-120mm時，疊合板厚為預(yù)制65mm+現(xiàn)澆75mm，疊合板厚超過現(xiàn)澆板厚的16%-27%，造成

梁、柱、基礎(chǔ)也進一步增大，建造成本增加。

本項目 C 地塊的部分疊合板和預(yù)制主、次梁采用了再生塊體混凝土，舊混凝土來源于構(gòu)件廠廢棄的產(chǎn)品，破碎成設(shè)計直徑的塊體后，按設(shè)計比例與新混凝土拌和使用。本項目疊合板所用舊混凝土塊體直徑為70-100mm，預(yù)制梁用舊混凝土塊體直徑為 100-150mm。

將再生塊體混凝土應(yīng)用于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)時，替代率( 再生塊體體積占構(gòu)件總體積之百分比) 為30%-40%，本項目預(yù)制構(gòu)件的再生塊體替代率為 20%。

圖12

圖 12( a) 為在構(gòu)件廠模臺上生產(chǎn)的再生塊體混凝土疊合板底板，圖 12( b) 為構(gòu)件廠下料振搗中的再生塊體混凝土梁。

圖13

圖13為7d齡期混凝土疊合板底板承載力對比試驗。試驗結(jié)果顯示:7d 齡期混凝土疊合板底板試件的承載力和剛度明顯優(yōu)于同齡期的全新混凝土試件。

分析原因主要有如下三點: 

1.7d齡期時，再生塊體混凝土強度大于全新混凝土; 

2.由于突出板面塊體的阻擋，模臺上振搗時，多余的混凝土不易從板邊泄出，造成再生塊體底板中部的實際厚度大于全新混凝土，這是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的客觀現(xiàn)象; 

3.突出板面再生塊體的存在增大了混凝土受壓區(qū)面積，相當(dāng)于進一步增加了板厚。

裝配式建筑中，最終的拆分設(shè)計圖中囊括了前期設(shè)計師考慮的內(nèi)容，如結(jié)構(gòu)布置的合理性、構(gòu)件規(guī)格的統(tǒng)一性問題，構(gòu)件接縫位置的選擇，如何兼顧建筑造型以及預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、運輸和吊裝問題等。圖14為本項目實驗樓結(jié)構(gòu)平面拆分布置圖。

圖14

在 BIM 模型的協(xié)助下計算裝配率，根據(jù)《裝配式建筑評價標(biāo)準》(GB/T51129—2017)，本項目采用裝配式技術(shù)的8棟塔樓的裝配率均達到A級評價標(biāo)準( 表1，2)。

采用由設(shè)計牽頭的EPC管理模式，設(shè)計施工并行，這在本項目推進速度方面體現(xiàn)出明顯的效果，8棟裝配式建筑工期也沒有滯后。圖15為航拍宿舍地塊施工場景，4棟采用裝配式技術(shù)的塔樓標(biāo)準層建筑面積約800-1200㎡。從2018年12月底地下室頂板完成后，裝配速度越來越快，最后達到4.5d/層，于 2019年4月16日結(jié)構(gòu)封頂。

圖15

研究樓和實驗樓預(yù)制構(gòu)件較重且標(biāo)準層面積較大( 1800-2000㎡) ，安裝速度最快可達到6.5d /層，不趕工期時約 8.5d /層，與旁邊樓層建筑面積相當(dāng)?shù)?/span>現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工速度持平甚至稍快，且裝配式建筑技術(shù)的施工速度還有較大的提高空間。

經(jīng)初步統(tǒng)計，8棟采用裝配式技術(shù)的塔樓，在施工過程中基本沒有因設(shè)計原因而修改通知，這也證明了各專業(yè)集成設(shè)計前置的優(yōu)勢。

華南理工大學(xué)廣州國際校區(qū)一期工程中，有超過 30%的建筑面積采用了裝配式建筑技術(shù)，并成就了本項目的六大亮點之一: 廣州市目前裝配式建筑面積最大且全部達到 A 級裝配式評價標(biāo)準的建筑群。但是，本項目仍有如下需要改進或進行后續(xù)研究的方面：

1.本項目采用裝配式建筑技術(shù)的造價高于旁邊傳 統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑，初步測算差值約為400元/㎡。為降低造價，設(shè)計前期的標(biāo)準化原則應(yīng)得到進一步研究與關(guān)注，預(yù)制構(gòu)件少規(guī)格、多組合才符合工業(yè)化生產(chǎn)的原則。

2.本項目在預(yù)制外圍護系統(tǒng)方面的應(yīng)用較少，搭建外立面腳手架的工作量較大，因此后續(xù)還需研發(fā)出更理想的圍護墻以減少外立面模板的工作量。

3.目前行業(yè)上使用較多的裝配式節(jié)點連接方式在施工過程中仍存在一些不足之處，可考慮在裝配式混凝土構(gòu)件連接上合理利用鋼結(jié)構(gòu)的制作經(jīng)驗、鋼結(jié)構(gòu)的連接技術(shù)。

（來源：建筑結(jié)構(gòu)）