装配式混凝土结构类钢结构化施工工艺

装配式混凝土结构类钢结构化施工工艺

唐雪梅1　詹耀裕1　吴子良2

1. 润铸建筑工程（上海）有限公司；2. 润弘精密工程事业股份有限公司（台北）

2013年国务院发布的《绿色行动方案》共有十项主要任务，主要涵盖三大方面要求：一是绿色设计，建筑物各构成要素是绿色节能的；二是绿色施工，建筑物建造过程是节能环保的；三是绿色运行，建筑物投入运行阶段是低能耗的。这三方面要求贯穿了建筑全寿命周期，其中实现建筑物建造过程节能环保、绿色施工的重要手段是发展工业化施工工艺，发展一体化装配墙体技术。工业化建筑施工工艺的终级目标是工厂制作各构件、部件，现场如搭积木一样施工安装。目前，随着各种装配化建筑设计规范的实施落地，解决了设计端的大部分问题，大量新建预制厂建设逐渐展现了构件工业化制作影响，而在现场实施、展现成品这一环节上，多数企业仍习惯性地保留传统建筑建造习惯，以传统现浇施工工艺进行装配化建筑施工，装配化施工现场与现浇工地无差别。

本文提出装配式混凝土结构类钢结构化施工工艺，以推动实现装配化建筑省工、省力、省料、省时的绿色施工初衷，体现预制装配化建筑的优势。

脚手架是结构体施工作业、外墙装修平台同时兼作安全防护。对装配化的主结构体或装配化的外墙建筑来说，这些施工工序和施工措施的费用本来是可以节省或简化的，但多数现浇施工经验丰富的企业仍然用传统施工组织计划开展作业，以确保万无一失的“安全”。实际上，工序、工项越多，安全隐患越多；支撑多、施工动线小，更不利于机电与内装作业同步展开；现场大量的扬尘污染来自外脚手架拆除，且外脚手架的拆装费工、费时，这是工业化建筑鼓励采用一体化外挂墙的原因。当建筑采用预制装配化外挂墙时，外脚手架的设置增加了外墙安装困难。真正的装配式混凝土结构施工工地很大的优势体现在现场作业工项、安全及卫生管理工项大量减少。

一些企业坚持采用传统施工模式，使装配化建筑优势大打折扣。究其原因主要有三点：一是深化设计者没有提供支撑设计规划。按传统现浇工程，支架等临时措施由施工方作业，由传统设计院承担的深化设计往往不愿意承担支撑设计的责任。二是深化设计者提出了支撑方案，施工方不予采用，预制构件支撑架简化设计，与传统扣件式、碗扣式等支撑不同，施工方需新增投入增加支撑架采购成本。三是无相应规范规定可不搭设支撑架及外脚手架，或采用新形式支撑架。因此，要改变施工条件，合理的支撑架及外脚手架搭设应按需求及装配结构特性进行规划，才可体现新工法的优势。

为保证装配化建筑的顺利制作、安装，从设计端管控，在深化设计阶段需要做建筑信息模型（简称BIM）模拟，施工吊装支撑设计需在深化设计阶段完成，并提供

一、装配式混凝土结构施工工艺现状

从网络、相关刊物上展示的一些施工照片或实际工程案例看，目前国内装配式混凝土结构施工现状令人担忧，预制装配化工地仍旧是梁板支撑架按常规满堂架设计（如图1-a、图1-b所示），建筑外围外脚手架照常搭设（如图1-c所示）。为何要搭设这些施工支撑架及外脚手架？在传统工地中，内满堂架是水平构件施工支架，外

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相应设计分析。装配式混凝土结构工程与钢结构工程有不同的地二、装配式混凝土结构与钢结构施工流程对比

方，如钢柱分割可三层作为一节，预制混凝土柱、剪力墙或承重墙等相对较重，一般以单层分割，分割后单一构现浇混凝土工程施工工艺规定已不能完全适用于装件重量与钢柱一节的重量接近。钢结构工程现场连接，配化混凝土结构工程施工工艺，装配化钢结构工程与装除压型钢板面有现浇楼板湿作业（如图2-c所示），基本配化混凝土施工却非常类似。近20年，钢结构工程施工是焊接或螺栓干式连接作业。现阶段发展的装配式混法已相当成熟，装配化混凝土施工完全可以借鉴。钢结凝土结构，除节点及预制楼板的叠合面混凝土为现场浇构与装配化混凝土结构工程施工流程，除了钢结构连接筑外，所有构件都是在工厂预制后在现场吊运组装，且采用焊接接合或螺栓接合，预制混凝土构件钢筋采用灌柱、梁、板、楼梯、阳台板等构件都没有模板作业。总体浆套筒接合，主流程上的工项完全相同（见表1）。

上，装配化混凝土结构构件的种类、安装顺序与钢结构表1中钢结构安装流程说明参考大连世界贸易大厦工程相同。

项目242米高层外钢框-混凝土核心筒结构大楼施工流程，图2-a为该项目钢结构部分施工中现场照片。该钢结三、无支撑技术条件

构工程玻璃幕墙于构件安装后再进行安装，从图2-b中可一般情况下，传统现浇混凝土结构的水平构件与竖以看到，除在临空梁、楼板上设置安全栏杆外，施工现场向构件同时浇筑施工；或层高较高的项目，当其竖向构无水平构件支撑架和外脚手架。由此可见，钢结构工程件先行浇筑且尚未达到可拆模前即进行水平构件工项允许在无支撑、无外脚手架搭设下进行安装施工作业。

作业，梁板模板下方的满堂支撑架将同时承担竖向荷载

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表 1 钢结构与装配式混凝土结构安装流程对比表步骤序号1

安装工项对比评价

安装流程主轴

钢结构

工厂制作构件准备

型钢柱、型钢梁、楼板压型钢板底模钢柱（3层1节）主梁次梁压型板约8~14吨

外围临空，井道栏杆安装

压型钢板跨中设不落地支撑，主、次梁无需支撑不搭设

摩擦面检查、中心线标注

以安装螺栓、耳板辅助调整与定位主梁安装可紧接柱定位进行，梁柱连接节点设置安装螺栓钢柱与梁有焊接收缩，主框梁安装后其垂直度需再做监测及调整螺栓连接V焊接连接VV焊接连接

柱与柱对接安装以耳板及安装螺栓做临时固定，待主次梁安装后，楼板灌浆前做最终固定焊接作业

装配式混凝土结构混凝土柱、梁、KT楼板预制柱（1层1节）主梁次梁KT板约10吨

外围临空，井道栏杆安装KT板、预制梁是否需要支撑，支撑如何设置

外围作业是否需要外脚手架套筒内腔清洁，柱顶定位线标记以垫片、斜撑杆辅助调整与定位主梁安装需待柱底灌浆料达到相应强度（2~3天）后进行在第5步完成牛担板跨支座xxxvx

柱与柱对接采用套筒灌浆续接，灌浆作业在水平构件安装前完成目前灌浆质量检查以施工前的接头型式检验、原材料进场抽样检验，灌浆前现场工艺检验控制vxv

现浇层，节点处灌浆，KT板为模板兼结构板

做质量检查记录相似

钢柱可跨楼层分割，一节柱与三层钢梁连接；预制柱单层分割　　　

顺序相同，时间间隔有差别目的环境相同

评价

相似，材质不同

第N层（节）柱施工准备2

最大构件重量防护设施搭设3

支撑脚手架外脚手架456

现场地面构件预检测量标记柱安装、校正、固定主梁安装

顺序相同

相近

78910111213

柱垂直度监测次梁安装

连接螺栓初拧、终拧上层柱梁连接上层压型钢板铺设测量、定相对标高控制线下、中层柱梁连接

14柱与柱连接

15节点质量检验节点焊接质量超声波探伤检查

16171819

轴线、标高、垂直度记录下、中层压型钢板铺设第N节流水段验收楼板灌浆

VVV

楼板灌浆，以压型钢板为免拆模

注：V表示有作业，X表示无此项作业

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和水平荷载，该支撑除设置立杆外，还需设置剪刀撑以比，施工中的KT板下缘做无裂缝设计，此要求出于美观抵抗施工过程中可能发生的水平荷载，如此使得施工中控制，一般用于住宅建筑。

当层楼面下布满密密麻麻的脚手架杆件，直接造成该支表2-1为KT板与压型钢板抗弯承载力，KT板以开裂撑层楼面施工动线不良。装配式混凝土结构主要水平构控制，即拉应力达混凝土抗拉强度标准值时，反推其抗件为KT板及叠合梁，且水平构件吊装前、剪力墙已浇筑弯承载力；以压型钢板为底模的楼板，最大受拉侧为钢或预制柱已安装，预制柱接缝灌注高强度浆料，灌浆料板，不需考虑楼板开裂，只计算钢板达屈服强度时的相1天强度达35兆帕以上，待梁与KT板吊装完毕（如图3所应抗弯承载力。从表2-1中可以看出65毫米厚且K支架间示），进行现浇层作业时，剪力墙与预制柱已达到一定承距550毫米的KT板与压型钢板承载力基本接近，分别为载力，预制柱撑杆与悬臂预制柱或剪力墙共同承担施工2.52kN-m和2.54kN-m。

中的侧向荷载，这点使预制工艺与现浇工艺之间产生极表2-2为KT板开裂控制无支撑跨长与压型钢板强大差别。比较钢结构工程，其主要水平构件压型钢板及度或刚度控制无支撑跨长比较。表2-2计算在施工过程钢梁安装时，同样的钢柱也以悬臂构件形式，支撑2~3层中，当KT板不允许出现裂缝时其简支板的跨长。KT板厚的水平构件自重及安装施工荷载。因此，预制工艺与钢范围在60~90毫米且支架间距范围在400~550毫米时，结构工艺比较类似，皆可采用支撑架极少化的施工技术无支撑长度为1.99~2.6米之间, 比较压型钢板，以钢板达方案。

到钢材屈服强度为控制点时，其无支撑跨度为2.52米。1. KT板无支撑条件

但是，作为楼板模板的压型板，施工荷载作用时，变形不比较KT板及压型板的施工工况承载力性能，恒载宜过大，当挠度控制在15毫米时，无支撑跨长为2.14米，为楼板自重，混凝土叠合板自重3.75kN/m2，相当于150毫挠度值约为L/142，当进一步将其挠度控制在10毫米以米楼板自重，压型钢板楼板自重2.20kN/m2，两种楼板活内时，无支撑跨长为1.75米，挠度值约为L/175，曲线比较载均为1kN/m2施工荷载。

压型钢板（如图4-a所示）型号结果如图5所示。

YX-75-230-690，材质为Q235，钢板厚1毫米。KT板（如在图5中，KT板及压型钢板的支撑架间距设置在一图4-b所示）的k支架上弦为d12毫米钢筋，下弦为两根d6定条件下非常接近，以L/150变形控制的压型钢板支撑间毫米钢筋，KT板内受力筋为d8@150毫米钢筋，所有钢筋距与以下四种截面配置的KT板相近：K支架间距400毫等级III级，混凝土强度等级为C40。以民用建筑中常用米且厚度为63毫米KT板，K支架间距450毫米且厚度为KT板厚60~90毫米，k支架间距400~550毫米做分析对

66毫米KT板，K支架间距500毫米且厚度为68毫米KT板

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及K支架间距550毫米且厚度为70毫米KT板。当压型钢板变形控制更严格，以L/200变形控制时，压型钢板支撑间距1.75米，小于以上各截面KT板的支撑间距。可见，KT

板支撑需求少于压型钢板。若KT板厚增加，其无支撑跨度还会更大，支撑需求更少。

2. 预制梁无支撑条件

钢结构工程中的钢梁往往以全截面承担各阶段荷载，作用于梁面在施工中的荷载一般小于使用荷载，钢梁在施工过程完全无需支撑。装配化混凝土结构中的叠合梁，其施工阶段预制截面高度一般为梁全截面高度扣除楼板厚度，预制梁截面小于使用阶段梁截面，但也有相当的承载力。在此用实例工程中的预制梁进行无支撑跨度长分析，预制梁承担板重量，预制梁自重及楼板面的施工活载。梁截面宽B=300毫米，全截面高H=800毫米，预制梁高h1=650毫米，混凝土强度C40，钢材材料III级，强度fy=360N/mm2，钢fc=19.1N/mm2，

混凝土梁界限受压区材弹性模量Es=200000N/mm2，

高度xb=394.9mm，受拉钢筋配筋率ρ=0.015，配筋面

图 5 KT板与压型钢板无支撑跨长比较图受压区高度x=226.2mm强度控制抗弯积As=3600mm2，

表 2-1 KT板与压型钢板抗弯承载力（KN-m）单位宽度KT板开裂控制抗弯承载力（kN-m）k支架间距（mm）

KT板厚度（mm）

60657075808590

4002.662.802.973.193.433.714.01

4502.532.682.873.093.353.633.94

5002.432.592.793.023.283.573.88

5502.352.522.722.963.223.513.83

2.54

压型钢板抗弯承载力（kN-m）型号YX75-230-690

板厚1mm

表 2-2 KT板与压型钢板无支撑跨长KT板开裂控制无支撑跨长（m）（恒载3.75kN/m2，活载1kN/m2）

K支架间距（mm）

KT厚度（mm）

60657075808590

4002.122.172.242.322.402.502.60

4502.072.132.202.282.372.472.58

5002.022.092.172.252.352.452.56

5501.992.062.142.232.332.432.54

2.52

1.75

2.14

1mmYX75-230-690压型钢无支撑跨长（m）

（恒载2.21kN/m2，活载1kN/m2）强度控制

挠度值10mm

挠度值15mm

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承载力M=637.52kN-m，预制梁自重g=4.88kN/m，荷载墙板之间的拼缝进行密封胶施工及清洗作业（如图8所宽度b=4.15m，楼板作用荷载w1=3.75kN/m2，附加荷载示）。当建筑外围施工空间较小时，为防止高空施工作业（活载）2kN/m2，

恒载与施工活载组合均布荷载标准值过程有坠落物，一般在低几个楼层位置设置外挑防护网w=5.75kN/m2。

一般建筑的混凝土梁使用阶段允许带裂（如图9-a、图9-b所示）。防护网的装拆并不需要搭设外缝工作，按混凝土设计规范，受弯构件裂缝不大于0.3毫脚手架，无繁重外脚手架需求，是装配化外挂墙板最大米，施工过程裂缝控制建议严于使用阶段，建议裂缝宽的优势。

度不大于0.2毫米。该简支预制梁在施工荷载及自重作用下，当控制裂缝取0.005~0.199毫米时，相应的无支撑跨五、装配式混凝土结构类钢结构化施工效益

长为3.08~9.24米（见表3、如图6-1及图6-2所示）。由上分析

述分析可以得出，预制梁构件在施工过程中完全可以做装配式混凝土结构施工可以完全比照钢结构施工，无支撑设计。

仅需配置少量支撑架及外脚手架，遵循钢结构化施工四、外挂墙板无外脚手架施工技术条件

管理，最主要的任务是免除外脚手架搭设工项，减少内支撑架数量，体现装配式混凝土结构优势，其效益分析传统混凝土结构采用砌块砌体外墙，外墙施工有砌如下：

筑、找平抹灰、外墙保温作业及外墙装饰作业。通常情以某三层框架估算为例，建筑面积2200平方米，建况下，这些作业须搭设外脚手架，作为施工人员作业平台筑高度11.4米，土建单价估算为每平方米1651元，模板与堆料平台。当外墙改用饰面一体化外挂墙板时，只须与支撑费用约为每平方米221元。由表4多层框架模板借助施工用吊装设备，将单元墙体从地面吊送至相应施及支撑架成本表分析显示，模板与支撑费用估算总计为工位置，施工人员只需站立于施工楼层楼板内侧，将墙13.4%，其中模板为7.41%、支撑架成本为2.04%、外脚手板固定于主结构体上，完成墙板定位工项（如图7所示）。架成本占3.95%、支撑架与外脚手架合计为5.99%。

待墙板结构全部安装完毕，只需如钢结构幕墙施工一以某现浇高层剪力墙建筑模板与支撑架估算为例，般，从屋顶设置下行作业吊篮，工人站在吊篮内对各单元

项目总面积80000平方米，建筑高度88米，土建单价

表 3 预制梁裂缝宽与开裂弯矩、无支撑跨长关系表裂缝宽度（mm）ωmax 0.0050.0110.0250.0540.1120.1700.1990开裂弯矩（kN-m）Mq3468102136205273307无支撑跨长（mm）

L

3080

4360

5340

6160

7550

8720

9240

图 6-1 预制梁裂缝宽与无支撑跨长曲线图 6-2 预制梁裂缝宽与开裂弯矩曲线总105期 2018.03 混凝土世界63

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图 7 墙板安装图 8 外墙密封胶施工与外墙清洗图 9-b 外防护网搭设（低区）1.2%～1.5%。如果同时计算模板成本占比，模板、脚手架与土建成本占比约为13.4%～25%，这不是一个小数字。若能做到无支撑、无外脚手架、无模板，当预制工厂模具使用次数足够多时，预制造价成本有可能低于现浇成本，预制工法真正的经济性完全可以实现。

以上仅对支撑架、外脚手架及模板进行了估算分析。实际上，除了节约成本，简化的支撑架及无外脚手架装配化建筑施工，还节省了搭架工期、避免高空搭架施

图 9-a 外防护网搭设（高区）工高风险作业及高空拆架扬尘污染，确保绿色施工，使之真正成为绿色建筑。

国家大力倡导发展装配式建筑，其目的是为发展省工、省力、省料、省时的节能环保的绿色建造工艺。一栋装配式建筑从需求可行研究、构思设计到实施完工，人力资源分布与以往不同，额外增加了深化设计工作、部分工作移入工厂及地面完成，并借助机械进行重复性高、强度大的工项。但在完整的建设周期内，若进行有效整

估算为每平方米1810元，模板与支撑费用估算总计约24.6%，其中模板成本为17.2%、支撑架成本为2.5%、外脚手架成本占4.8%、支撑架与外脚手架成本合计为7.3%（见表5）。

可见，免搭设外脚手架，建造成本可节约3.95%~ 4.8%左右，内支撑架成本约占土建成本的2.04%~2.5%，当预制水平构件施工支撑量减少60%时，节约成本约为

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CHINA CONCRETE 2018.03 NO.105Prefabricated Building装配式建筑北京榆构引领装配式建筑未来表 4 多层框架模板及支撑架估算成本表项目单价（元）与措施费占比（%）与工程土建造价占比（%）现浇柱模板9.314.20.56现浇梁模板20.029.01.21现浇楼板模板71.2132.24.31现浇剪力墙模板0.000.00.00现浇阳台模板8.063.60.49楼梯模板11.425.20.69现浇外墙模板2.451.10.15模板支撑架33.6315.22.04外墙脚手架65.1529.43.95合计221.23100.013.40表 5 高层剪力墙模板及支撑架估算成本表项目单价（元）与措施费占比（%）与工程土建造价占比（%）现浇梁模板51.80 11.72.9现浇楼板模板74.58 16.84.1剪力墙模板135.98 30.67.5楼梯模板6.12 1.40.3外墙模板44.11 9.92.4模板支撑架44.36 10.02.5外墙脚手架87.34 19.74.8合计444.30 100.024.6注：表中外墙模板为混凝土飘窗的一般混凝土外墙合、资源集约管理使用，就可以节约劳动力数量（省工），并大大降低劳动强度（省力），同时营造良好的施工环境，达到省时、省料的目标，以最节约的资源及最快的速度完成建筑物的建造，回归倡导装配式建筑的初衷。倘若仍以传统思路进行装配式建筑施工，增加施工过程中不少赘余工项，未能免除不必要的作业，将间接造成装配式建筑难于达到经济性目标的不利结果，影响装配式建筑的健康发展。因此，本文提出装配式建筑类钢结构化施工法概念，为装配式建筑设计和施工管理者提供参考。参考文献：[1] GB 50755-2012《钢结构工程施工规范》 [2] GB50666-2011《混凝土结构工程施工规范》 [3] 《大连世界贸易大厦钢结构设计与施工》[M]，大连世界贸易有限公司编著，中国建筑工业出版社出版，2002.[4] 詹耀裕，唐雪梅 《装配建筑的精神与精髓》，《混凝土世界》，2017-06总105期 2018.03 混凝土世界65