地鐵車站出入口裝配式預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

引言近年來(lái)，裝配式建筑的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其具有節(jié)約人力物力資源、可靠的施工精度、良好的結(jié)構(gòu)質(zhì)量、較短的施工周期[1]、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等優(yōu)勢(shì)，符合當(dāng)下綠色節(jié)能減排的理念；而清水混凝土構(gòu)件又具有精度高、誤差小、外觀好、裝修及維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，且清水混凝土因其帶來(lái)的沉穩(wěn)大方和美觀的質(zhì)感而越來(lái)越受歡迎，將裝配式預(yù)制構(gòu)件和清水混凝土與地鐵車站出入口結(jié)合，成為城市的一道靚麗風(fēng)景。北京首次采用裝配式預(yù)制構(gòu)件的清水混凝土項(xiàng)目，是在傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工和一般裝配式住宅施工之外的一次大膽嘗試[2]，本項(xiàng)目以北京地鐵19號(hào)線新宮站、新發(fā)地站出入口為例，在借鑒一般裝配式住宅的技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)預(yù)制構(gòu)件關(guān)鍵連接節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵工藝應(yīng)用進(jìn)行了技術(shù)研究，為后續(xù)此類型項(xiàng)目積累了經(jīng)驗(yàn)。

1、工程概況

北京地鐵19號(hào)線一期工程是城市西部穿越中心城區(qū)的南北向快線，全長(zhǎng)22.4km，公設(shè)10座地鐵車站，其中新宮站（4個(gè)車站出入口）、新發(fā)地站（3個(gè)車站出入口）出入口采用預(yù)制構(gòu)件清水混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。作為全裝配地鐵車站出入口，地上預(yù)制構(gòu)件類型為：端部框架柱、獨(dú)立柱、L型墻板、側(cè)部梁、端部U型梁、獨(dú)立梁、屋面板（如圖1所示）。此外，獨(dú)立柱側(cè)面和L型墻板的外露面設(shè)計(jì)為帶有不同表面肌理的裝飾面。圖1預(yù)制構(gòu)件拆分圖2、關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1梁柱結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化設(shè)計(jì)端部梁柱結(jié)構(gòu)的最初方案為整體結(jié)構(gòu)形式（如圖2所示）。此種形式無(wú)論是模具制作，與肌理襯膜的結(jié)合，生產(chǎn)加工，再到最后產(chǎn)品質(zhì)量控制與現(xiàn)場(chǎng)吊裝，都有極大困難。經(jīng)討論，將北京地鐵19號(hào)線一期工程原方案中的整體結(jié)構(gòu)拆分成2個(gè)端柱+1個(gè)U型梁的形式（如圖3所示），使構(gòu)件無(wú)論從生產(chǎn)制作還是現(xiàn)場(chǎng)安裝難度大大降低。

圖2方案調(diào)整前梁柱一體模型圖3方案調(diào)整后梁柱模型結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化完成后，將原本造型獨(dú)特、體量過大的構(gòu)件拆分為3個(gè)造型簡(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的小構(gòu)件（如圖4、圖5所示），使模具制作、構(gòu)件生產(chǎn)更為容易，降低了因運(yùn)輸、吊裝導(dǎo)致?lián)p壞的風(fēng)險(xiǎn)。而構(gòu)件之間則通過技術(shù)成熟的連接件進(jìn)行連接，降低了施工難度，提高了吊裝的安全性。圖4端柱預(yù)制構(gòu)件圖5U型梁預(yù)制構(gòu)件2.2構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)在工業(yè)建筑中使用預(yù)制構(gòu)件具有眾多優(yōu)勢(shì)，其中連接技術(shù)發(fā)揮著重要作用，該項(xiàng)目除端柱柱基處需少量細(xì)石混凝土填充外，其余構(gòu)件之間全部為干式連接。主要連接形式如圖6～圖8所示。圖6獨(dú)立柱與柱基連接節(jié)點(diǎn)（單位：mm）

圖7屋面板連接節(jié)點(diǎn)（單位：mm）

圖8獨(dú)立柱與U型梁連接節(jié)點(diǎn)（單位：mm）干式連接無(wú)需鋼筋綁扎、混凝土澆筑等現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)，施工方便，速度快，且不受溫度限制，可以大大節(jié)約工期。各構(gòu)件之間通過各種形式的連接件緊密結(jié)合在一起，從結(jié)構(gòu)上變成一個(gè)牢不可破的整體，現(xiàn)場(chǎng)連接形式如圖9所示。

（a）連接節(jié)點(diǎn)1

（b）連接節(jié)點(diǎn)2

（c）連接節(jié)點(diǎn)3（d）連接節(jié)點(diǎn)4圖9現(xiàn)場(chǎng)干式連接2.3減重優(yōu)化屋面板處于整個(gè)結(jié)構(gòu)頂端，其主要作用是遮風(fēng)擋雨、保溫隔熱，屬于圍護(hù)結(jié)構(gòu)，并無(wú)受力要求，但由于其面積較大，導(dǎo)致重量也“居高不下”，對(duì)下方受力的承重結(jié)構(gòu)體系會(huì)有較大影響，也大大增加了運(yùn)輸與現(xiàn)場(chǎng)安裝的難度和危險(xiǎn)性，所以此處需對(duì)重量做出優(yōu)化。北京地鐵19號(hào)線一期工程最初方案為聚苯減重板填充于板塊內(nèi)部，讓內(nèi)腔部位的減重板跟隨板面2%坡度進(jìn)行找坡，主要作用是頂部積存較多的積水、積雪，有利于將其排出。但受制于減重板的模塊化特性和生產(chǎn)工藝、工法的限制，減重板根據(jù)坡度無(wú)法進(jìn)行找坡，生產(chǎn)、加工難度大，故調(diào)整為不同厚度的減重板組合成階梯狀的形式，通過方案調(diào)整，無(wú)論是實(shí)際生產(chǎn)操作、生產(chǎn)效率還是減重板尺寸控制都大為提高。屋面板調(diào)整前后示意圖如圖10所示，屋面板模具組裝成型圖及屋面板構(gòu)件成品圖如圖11、圖12所示。

圖10屋面板調(diào)整前后示意圖圖11屋面板模具組裝成型圖12屋面板構(gòu)件成品經(jīng)減重之后，最重板塊由13.1t降至10.4t，標(biāo)準(zhǔn)板塊則由9.5t降至7.2t，最大降幅達(dá)2.7t之多，極大地方便了運(yùn)輸與安裝。2.4襯膜技術(shù)設(shè)計(jì)該項(xiàng)目獨(dú)立柱側(cè)面和L型墻板的外露面設(shè)計(jì)為帶有不同表面肌理的裝飾面，采用襯膜實(shí)現(xiàn)一體成型的裝飾造型，從根本上解決裝飾面與主體結(jié)構(gòu)的連接問題，保證裝飾面與主體結(jié)構(gòu)有相同的使用壽命，減少大量后期維護(hù)工作。在模具圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段就需要考慮襯膜本身的厚度，來(lái)保證生產(chǎn)的構(gòu)件規(guī)格尺寸符合設(shè)計(jì)要求。襯膜與鋼模應(yīng)使用專用粘結(jié)劑進(jìn)行粘貼密實(shí)，同時(shí)在粘貼前應(yīng)保證鋼模平臺(tái)干凈、無(wú)雜物、無(wú)污染，防止在構(gòu)件蒸汽養(yǎng)護(hù)過程中形成鼓包，進(jìn)而避免在脫模過程中使襯膜脫離鋼模。該項(xiàng)目獨(dú)立柱外露的2個(gè)對(duì)立面除了裝飾造型，還要求線條順直。經(jīng)過多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)襯膜線條容易變形，生產(chǎn)中也容易漏漿，采用措施后也不能達(dá)到預(yù)期效果。經(jīng)過討論改進(jìn)，改用鋼線條代替襯膜線條，可做到生產(chǎn)使用不變形，成型效果理想，如圖13～圖15所示。圖13襯膜模具組裝圖14襯膜肌理構(gòu)件成品圖15現(xiàn)場(chǎng)安裝結(jié)語(yǔ)

北京地鐵19號(hào)線新宮站、新發(fā)地站出入口首次采用裝配式預(yù)制構(gòu)件清水混凝土，為未來(lái)北京市政裝配