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華南理工大學廣州國際校區( 簡稱國際校區)由教育部、廣東省、廣州市及華南理工大學四方共建，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㎡，采用由設計牽頭的 EPC管理模式，設計施工并行。于2018年8月1日開始初步設計并同時進行基礎施工圖設計，第一批建筑于2019年7月10日交付使用，以滿足9月開學的需要。

圖1

根據《廣東省人民政府辦公廳關于大力發展裝配式建筑的實施意見》、《廣州市人民政府辦公廳關于大力發展裝配式建筑加快推進建筑產業現代化的實施意見》，國際校區一期工程需有至少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準。綜合考慮建筑形體、建筑功能等條件后，國際校區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 地塊醫藥醫學研究院為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，大數據研究院為15層，建筑高度70. 00m。S地塊為4棟學生宿舍，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的各棟塔樓的建筑效果圖如圖2所示，與旁邊采用傳統現澆方式的建筑相比，裝配式建筑塔樓在保證裝配率的基礎上，也較好地保留了建筑的個性化立面和凹凸造型。

根據建筑方案，并結合裝配式結構設計的基本概念，初步確定了結構布置和構件尺寸之后，開始考慮預制范圍和與裝配式技術相關的專項設計。

除了規范要求不采用預制的情況之外，豎向構件的預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澆，除了C 地塊塔樓頂部的部分剪力墻采用預制之外，其他所有核心筒、剪力墻均采用現澆; 

2.中震組合下出現拉力的豎向構件采用現澆;

3.躍層柱采用現澆; 

4.剪力和彎矩較大的角柱采用現澆; 

5.因太重而超過塔吊能力的構件采用現澆。

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

圖3

豎向構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，與現澆柱相比，預制柱的縱筋保護層厚度較大，分析時也做了相應調整。

預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。對于轉換層( 即下層為現澆柱，上層為預制柱) 節點，通常難以保證下層現澆柱縱筋的位置都能準確對準上層套筒，故一般采用在現澆柱縱筋之外增設插筋，同時上方加設兩道定位板( 圖3) 。

圖4

豎向構件的預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，在構件生產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制形式，連接方式采用了華南理工大學韋宏研究員與王帆教授研究團隊提出的“基于鋼結構連接方式的預制混凝土新型連接技術”。以剪力墻水平拼縫連接為例，其三維構造示意圖如圖5所示。

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

圖5( a) 為上下預制剪力墻分離示意，未安裝后加鋼筋，圖5( b) 為已安裝水平及豎向后加鋼筋。基于鋼結構連接方式的預制混凝土新型連接技術的優點在于鋼結構連接質量可檢測，且施工階段無需斜撐，方便后續裝修施工。

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

1.懸挑構件盡可能采用現澆;

2.核心筒內部及周邊板采用現澆; 

圖6

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

4.現澆剪力墻側面相鄰的樓梯采用現澆; 

5.要求有較厚樓板的特殊功能實驗室采用現澆; 

6.尺寸規格不多的構件采用現澆。

圖7

設計過程發現如下情況對預制構件安裝的影響較大。

1.預制構件的鋼筋碰撞問題

根據結構設計圖，創建節點鋼筋模型，可以檢查預制構件的鋼筋碰撞問題( 圖7) 。預制柱頂標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，在這一步與施工方和深化設計師共同探討柱頂工具式支架如何設置。目前的技術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造設計的效率。

2.后澆混凝土區域的鋼筋安裝問題

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

圖8

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

圖9

圖10

3.主次梁相交節點

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

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，應用時需注意桁架上弦筋與混凝土面之間的凈空應保證方便穿過線管，因構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計值( 圖 11) 。

因疊合板混凝土養護時間短，應注意運輸期間的顛簸或者現場堆疊層數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。板厚較大造成結構自重較大，使疊合板的應用受到質疑，如現澆板厚 110-120mm時，疊合板厚為預制65mm+現澆75mm，疊合板厚超過現澆板厚的16%-27%，造成

梁、柱、基礎也進一步增大，建造成本增加。

本項目 C 地塊的部分疊合板和預制主、次梁采用了再生塊體混凝土，舊混凝土來源于構件廠廢棄的產品，破碎成設計直徑的塊體后，按設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，預制梁用舊混凝土塊體直徑為 100-150mm。

將再生塊體混凝土應用于現澆混凝土結構時，替代率( 再生塊體體積占構件總體積之百分比) 為30%-40%，本項目預制構件的再生塊體替代率為 20%。

圖12

圖 12( a) 為在構件廠模臺上生產的再生塊體混凝土疊合板底板，圖 12( b) 為構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，這是產業化生產的客觀現象; 

3.突出板面再生塊體的存在增大了混凝土受壓區面積，相當于進一步增加了板厚。

裝配式建筑中，最終的拆分設計圖中囊括了前期設計師考慮的內容，如結構布置的合理性、構件規格的統一性問題，構件接縫位置的選擇，如何兼顧建筑造型以及預制構件生產、運輸和吊裝問題等。圖14為本項目實驗樓結構平面拆分布置圖。

圖14

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

采用由設計牽頭的EPC管理模式，設計施工并行，這在本項目推進速度方面體現出明顯的效果，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棟采用裝配式技術的塔樓標準層建筑面積約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日結構封頂。

圖15

研究樓和實驗樓預制構件較重且標準層面積較大( 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的現澆結構施工速度持平甚至稍快，且裝配式建筑技術的施工速度還有較大的提高空間。

經初步統計，8棟采用裝配式技術的塔樓，在施工過程中基本沒有因設計原因而修改通知，這也證明了各專業集成設計前置的優勢。

華南理工大學廣州國際校區一期工程中，有超過 30%的建筑面積采用了裝配式建筑技術，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 級裝配式評價標準的建筑群。但是，本項目仍有如下需要改進或進行后續研究的方面：

1.本項目采用裝配式建筑技術的造價高于旁邊傳 統現澆混凝土建筑，初步測算差值約為400元/㎡。為降低造價，設計前期的標準化原則應得到進一步研究與關注，預制構件少規格、多組合才符合工業化生產的原則。

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

3.目前行業上使用較多的裝配式節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件連接上合理利用鋼結構的制作經驗、鋼結構的連接技術。

（來源：建筑結構）