装配式建筑典型工程案例①丨龙海市月港中心小学项目
前言
近年来我省持续稳妥推进装配式建筑，并取得积极成效。企业积极探索，打造一批装配式建筑精品工程。为总结我省装配式建筑经验做法，指导各地更好推动装配式建筑发展，倡导装配式建造在成本可控、节省工期、安全可靠等方面的优势，经企业申报、各设区市住建主管部门推荐、专家评审，省厅确定5 个案例为第一批装配式建筑典型工程案例，供大家结合实际学习借鉴。
龙海市月港中心小学
一、基本情况
01 项目概况
龙海市月港中心小学位于龙海市海澄镇，占地约36亩，建筑面积约21000㎡，由3栋5层教学楼、1栋6层办公楼、1栋4层综合楼和风雨操场、连廊等单体组成，抗震设防烈度为7度（0.15g），为重点设防类建筑。本项目于2019年10月竣工，2020年通过装配式建筑施工阶段评审，项目竣工实景如图1所示。
图1 项目竣工实景
02 装配式建筑主要技术指标
本项目为2018年福建省省装配式建筑观摩项目，采用的装配式部品部件有：预制柱、预制梁、叠合板、钢楼梯、PS-PC混合坡屋面、装配式内隔墙等。装配式建筑技术指标如下：
1.根据《福建省工业化建筑认定管理（试行）办法》，单体预制率61.5%；
2.根据国标《装配式建筑评价标准》（GB/T 51129-2017），单体装配率70%，且竖向构件100%预制，可评价为A级装配式建筑；
3.根据《福建省装配式建筑评价管理办法（试行）》，装配率76%，可评价为二星级装配式建筑。
03 参建单位
建设单位：龙海市海澄镇豆巷小学
代建单位：龙海市东跃城市建设有限公司
总承包单位：福建建工集团有限责任公司
设计单位：福建省建筑设计研究院有限公司
部品部件生产单位：福建建超建设集团有限公司
深化设计单位：福建建工装配式建筑研究院有限公司
施工单位：福建建工集团有限责任公司、福建七建集团有限公司
监理单位：福建光正工程项目管理有限公司
二、工程应用的装配式建造技术及特点
本项目集成应用了全装配混凝土框架体系、消能减震预制结构、PS-PC混合结构屋面、全过程全专业BIM应用等多项创新技术。在保证经济、安全的前提下，将装配式建筑技术与闽南传统建筑风格完美结合。
01 全装配混凝土框架体系
装配式混凝土框架结构是装配式建筑的主要形式之一，是一种新型的绿色建造方式。装配式结构设计的主要技术路线是在可靠的受力钢筋连接技术的基础上，采用预制构件与后浇混凝土相结合的方法，通过连接节点合理的构造措施，将装配式结构连接成整体，保证其结构性能具有与现浇混凝土结构等同的延性、承载力和耐久性能，达到与现浇混凝土结构等同的效果。
装配式混凝土框架结构节点是工程质量控制的关键环节。本项目成功地综合应用了新型预制框架梁柱节点、钢企口连接主次梁节点、工法创新的密拼缝叠合楼板和装配式钢楼梯等技术。
02 消能减震预制结构
本项目位于7度（0.15g）抗震设防区，按建筑类别及场地调整后的抗震等级烈度为8度，建筑抗震要求高。若采用常规的以“抗”为主的钢筋混凝土框架结构方案，存在梁柱尺寸偏大及配筋密集难以施工的问题。对装配式整体式框架结构而言，还会造成梁柱节点布筋困难，构件重量过大，施工难度增加的问题。
为了解决以上问题，同时保障建筑结构的抗震性能，本项目对层高和负荷较大的教学楼和办公楼进行减震设计，并选用屈曲约束支撑（BRB）作为消能减震部件，可以改善钢筋混凝框架结构的抗震性能，尤其是罕遇地震下结构的抗倒塌性能。
03 PS-PC混合坡屋面系统的应用
本项目建筑方案屋面具有闽南特色传统民居风格：琉璃瓦坡屋面+马头墙造型。若采用传统现浇方式施工，因造型异形且层高较大，模板支撑架设难度大，且质量难保证；若采用模具预制，又因工程量小且标准化程度不足，不仅开模成本高，而且生产工序繁杂，较难实现。为了解决以上问题，本项目成功应用了PS-PC混合坡屋面系统。
为更好地适应建筑功能要求，提升工程质量及施工速度，本项目充分发挥了EPC的优势，设计团队与施工团队紧密合作，编制了“装配式建筑预制板（单向板）施工工法”、“装配式建筑预制柱套筒灌浆连接施工工法”两项省级工法，并获得了良好的社会效益和经济效益。
04 全专业BIM一体化协同设计
将BIM技术与协同设计深度融合，建立了建筑、结构、设备、装配式内隔墙、预制混凝土部件、钢结构部件的LOD400模型，实现各专业间的数据共享、互通和协同，大大缩短了深化设计时间，减少了深化设计的错漏碰缺。在此基础上，利用BIM技术实现数字化交底，在装配式建筑施工中实现钢筋零碰撞、精准预埋、精准安装，提高了工程安装的效率及工程质量。
三、案例实施情况
01 全装配混凝土框架体系
本项目主体结构为全装配混凝土框架体系，应用的部品部件有：预制框架柱、预制叠合框架梁、预制叠合次梁、预制叠合板、钢楼梯、PS-PC 混合屋面等，如图 2 所示。采用正向 BIM 进行装配式设计，实现数字孪生，有效提高了施工效率，实现现场钢筋零碰撞，节约了成本及工期。
图2 全装配混凝土框架体系现场图
01 新型预制框架梁柱节点
钢筋混凝土框架结构的梁柱节点是建筑物结构抗震设防的关键部位，在结构设计中需要设置加强配筋，因此框架结构节点的钢筋纵横交错十分密集。作为装配式混凝土框架结构，预制框架柱、预制框架梁、预制楼板等构件均设有外伸钢筋，如何使这些受力钢筋避免碰撞，且传力力合理是预制设计中亟待解决的首要问题。
本工程综合应用了以下钢筋避让技术措施：（1）采用了将框架柱受力钢筋集中设置于角部的新型布筋方案，在不降低框架抗震性能的前提下，为预制梁的安装创造了必要的空间条件；（2）优选了双向框架梁的梁高，使得正交方向的框架梁外伸钢筋处于不同的标高；（3）汇交与同一梁柱节点的同向框架梁的外伸钢筋采用了水平避让的策略。实现了单一框架节点40根汇交钢筋零碰撞的优良效果。连接节点BIM模型及现场情况如图3所示。
BIM模型
实景 图3 预制柱套筒 灌浆连接节点
本工程竖向构件为采用半灌浆套筒连接的预制框架柱。预制框架柱生产、安装、灌浆全过程严格按照国家规范要求，编制了“装配式建筑预制柱套筒灌浆连接施工工法”省级工法，应用情况良好。
02 钢企口连接主次梁节点
主次梁连接节点是结构传力过程中重要的一个环节，是楼板将楼层荷载集中于次梁后向主梁传递的重要节点，主次梁的连接形式选择是否合适直接关系到传力能否达到设计要求。主梁预留后浇槽口方式为施工现场最常见预制主次梁施工节点，由于在预制主梁中部需预留缺口，增加预制和吊装难度，且在现场封模的难度大，浇筑时易发生漏浆，工艺性不佳。
钢企口连接的主次梁节点系设计团队主编的《福建省预制装配式混凝土结构技术规程》率先推广的创新型节点。该技术将钢结构与预制混凝土结构进行组合，将次梁的端部剪力通过设置栓钉的钢板传递给预制主梁企口，实现了装配整体式结构预制主次梁不出筋的可靠连接，极大提升安装效率。
BIM模型
实景 图4 钢企口连接的主次梁节点
03 工法创新的密拼缝叠合楼板
由于受现浇设计习惯的影响，目前大量工程的叠合楼板采用了四面出筋的“后浇带式接缝”工艺，构件生产运输难度大、现场安装困难，而且由于后浇带处经常出现漏浆，使得新旧混凝土结合面难以保证质量，大量工程的拼缝部位由于表面不平整，往往需要二次打磨，操作难度很大。
本工程根据学校建筑的实际需求，采用了密拼缝叠合楼板的连接形式，如图 5 所示。该楼板体系具有生产便捷、安装方便、节约模板及支撑、接缝处理简单、品质可控等优点，施工难度显著降低，可以缩短安装时间；接缝处理使用以益胶泥为代表的水泥基防水粘结材料和以玻纤网格布为代表的加筋材料，使得接缝问题得到了有效解决，可以实现与全现浇楼板相同的使用性能。EPC 团队编制了省级工法《装配整体式结构预制板（单向板）施工工法》，有较好推广应用价值。
图5 密拼缝叠合板应用效果（板底）
04 装配式钢楼梯应用
因学校建筑为疏散要求高的多层公共建筑，楼梯宽度为1800mm，若采用预制混凝土楼梯，存在预制构件自重大、复用率低等问题；如盲目采用全预制混凝土楼梯，将造成塔吊选择困难、安装成本过大等问题。本项目采用设置混凝土面层的钢楼梯，既实现了全楼预制的整体效果，又有效解决了上述问题，效果优良，如图6所示。
图6 预制钢楼梯
02 消能减震预制结构
为提升主体结构的抗震性能，降低全装配混凝土框架的安装难度，本项目采用了设置消能减震装置的装配整体式结构方案，如图7所示。本项目减震设计的要求为：在多遇地震作用下，其建筑结构须完全保持弹性，且非结构构件无明显损坏；在罕遇地震作用下，消能减震器系统的功能仍能正常发挥。本项目屈曲约束支撑采用人字形布置方式，楼层平面内的布置遵循“均匀、分散、对称”的原则。
图7 消能减震装置实景
本工程应用消能减震方案可降低柱、主梁混凝土量约20%，节点钢筋用量降低30%，大大提高了结构方案合理性；同时，消能减震装置可在罕遇地震下进行耗能，提升建筑的抗震能力，从而保护罕遇地震时建筑物内的人员和财产安全。
03 PS-PC混合坡屋面系统的应用
为实现具有闽南特色传统民居风格的装配式屋面，本项目创造性地采用了钢结构屋架（PS）+预制混凝土板（PC）组合坡屋面系统，将异形屋面拆解成屋架和屋面两部分，合理分割后分别预制，如图8和图9所示。异型屋架采用钢框架结构，钢梁上设置栓钉，屋面板采用规则的全预制混凝土板，板上预留安装孔，预制板在钢梁上安装就位后，向安装孔内注浆形成整体。将屋面分成若干单元，预制板与钢屋架按单元在地面组装后整体吊装。
该方法可实现模块化施工，大大减少高空作业量，既降低了生产、施工难度，又达到了降本增效的效果。在造价可控的前提下，该结构体系成功实现了闽南民居风格的装配式屋面。本项目是福建省内装配式建筑中首次应用PS-PC组合坡屋面系统，经多年使用证明，应用效果良好。
图8 PS-PC混合坡屋面工法验证段
图9 PS-PC混合坡屋面实景
04 可追溯管理应用
推广装配式混凝土结构的工业化建筑，需要对预制构件进行全寿命周期管理，获取构件基本状态、使用情况、位置方位等信息，以便对预制件实现追溯，实现有效监管。
本工程的施工图设计、深化设计和施工组织全过程全专业应用BIM技术，实现数字孪生。在设计阶段即基于BIM技术对预制部品部件进行编码，为每一个混凝土预制件建立身份信息，如图10所示。预制构件出厂时，构件上粘贴二维码进行唯一性标识，信息内容包含工程名称、构件名、型号、生产单位、执行标准、制作浇筑日期、出厂日期、合格/修补状态、合格证号、质检人、生产负责人、驻厂监造单位及人员等信息。施工过程中收集保留，后期整理归档，从而确保施工构件的可追溯管理。
图10 预制构件二维码
05 其他预制应用
01 预制部品部件
本工程在项目现场使用了预制旗台、可回收利用装配式地面等预制混凝土部品部件，如图 11 所示。
预制旗台
可回收利用装配式地面 图11 其他部品部件
02 预制混凝土配套支撑技术
预制主梁承插式盘扣支撑、预制次梁及叠合板独立钢支撑体系和拱门式钢管脚手架等技术在本项目均得到了成功应用，效果良好，如图 12 所示。
主梁承插式盘扣支撑体系
次梁、叠合板独立钢支撑体系 图12 配套支撑技术
四、应用成效
图13 主体结构验收实景
01 “两提一减”见实效
本工程在实施高装配率预制试点的同时，通过应用先进装配式技术体系和基于BIM技术的高效设计施工组织，在建造成本上与漳州地区同期实施的其他学校项目持平，并未增加财政投资。同时高装配率的预制施工工法，使得主体结构构件以工厂化生产的预制构件为主，密实度高且表面观感优良，耐久性得到显著提升。同时采用消能减震方案在降低建造成本的同时，显著提升了建筑的抗震性能。在“提质、降本、增效”方面取得优良的效果。
02 省级工法认定
根据闽建科[2019]13号文，由设计团队和总承包单位通力合作完成的《装配整体式结构预制板（单向板）施工工法》、《装配整体式结构预制柱套筒灌浆连接施工工法》获评省级工法。
03 获奖情况
1. 2018年承办的全省装配式建筑施工现场观摩会获得福建省住房和城乡建设厅的全省通报表扬（闽建办筑[2018]31号），对高预制率全装配体系、消能减震技术、新结构体系、全装配内隔墙体系等在装配式建筑中的应用予以肯定；
2. 2018年获得福建省首届建筑信息模型（BIM）应用大赛综合组一等奖；
3. 2019年获得“2019年福建省工程建设优秀质量管理小组”称号及成果“提高拱门式钢管脚手架搭设一次性合格率”荣获二等奖；
4. 2019年在中国建筑业协会承办的第四届建设工程BIM大赛中获得三类成果奖项；
5.获得福建省住房和城乡建设厅授予2019年度“福建省建筑施工安全生产标准化优良项目”称号；
6.2021年度福建省优秀工程勘察设计成果项目认定中荣获建筑工业化设计一等奖。
04 小结
本项目全装配框架体系、消能减震预制结构、PS-PC混合结构屋面、全过程全专业BIM应用等多项创新技术，在经济、安全的前提下，将装配式建筑技术与闽南传统建筑风格完美结合，取得良好的经济效益及社会效益，实现了装配式建筑的“两提一减”示范，在学校类装配式建筑中具备推广价值。
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