高層住宅裝配式預制樓梯施工工法剖析

1、高層住宅裝配式預制樓梯施工工法1前言為了有效解決建筑行業(yè)勞動力不足，提高工程效率縮短工期，提高建筑物的質量和性能，保證房地產企業(yè)更好的可持續(xù)發(fā)展等問題，建筑工程的產業(yè)化已經是行業(yè)未來的趨勢。產業(yè)化工程突出特點就是裝配式施工，而如何提高裝配式建筑的整體性，如何降低構件加工、安裝的難度，如何提高構件安裝的質量，如何縮短裝配式工程的吊裝時間使其滿足社會要求等問題成了影響產業(yè)化工程發(fā)展的主要因素。傳統(tǒng)的現(xiàn)澆樓梯，須經過支模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工序，在勞動力和工期上有不利影響。并且現(xiàn)澆樓梯的施工質量缺陷較多，容易出現(xiàn)漲模、漏漿等問題，混凝土在達到強度前人員來回走動，易對踏步棱角造成破壞。而裝配式預制

2、樓梯在這些方面都可以避免。本項目主要研究高層住宅中預制樓梯深化設計、模具制作、樓梯制作、運輸、安裝，包括樓梯構件生產各種預埋件、預留孔洞的規(guī)格、位置和數(shù)量，混凝土的養(yǎng)護，現(xiàn)場如何安裝，成品如何保護等。2工法特點2.1工序簡單XX省工期預制樓梯提前在加工廠預制而成，運至現(xiàn)場后直接安裝，減少了現(xiàn)澆樓梯現(xiàn)場支模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等時間，XX省去了后期踏步的做法，大大減少了裝修的工作量，節(jié)約工期。2.2質量高、外觀美施工方便，構件質量容易得到保證，踏步邊緣棱角分明、完整美觀，防滑條清晰漂亮，構件尺寸幾乎無偏差。較現(xiàn)澆樓梯常出現(xiàn)的漲模、漏漿、踏步缺棱掉角等質量問題有了很大的提高。2.3周轉多、成本低

3、工廠化加工生產，人力需要少，材料周轉次數(shù)多，澆筑混凝土時浪費較少，XX省去后期踏步裝修成本。2.4節(jié)能環(huán)保工廠制作，澆筑混凝土時現(xiàn)場漏漿容易回收利用，節(jié)能環(huán)保。3適用范圍1、高層建筑標準層的樓梯。2、對工期和質量要求較高的建筑工程。4工藝原理裝配式預制樓梯采用工廠化制作，鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑及養(yǎng)護均在工廠進行。預制樓梯工廠化生產的重點是深化設計和模板制作。預制樓梯的深化設計必須符合現(xiàn)場樓梯間尺寸和位置，各種預留預埋及位置須經過計算，確保安全準確。預制樓梯的模板制作須與深化圖紙相對應，模板是保證樓梯尺寸、各類預留預埋位置和表觀質量的關鍵工藝所在。5施工工藝流程及操作要點5.1施工準備1

4、、深化設計無誤并經設計同意。2、預制樓梯構件進場驗收，符合圖紙要求。3、安裝所需工具設備準備齊全并安全可靠。4、現(xiàn)澆梯梁強度達到設計要求。5、樓梯間尺寸復核完畢，現(xiàn)場控制線放設完畢。5.2工藝流程預制樓梯圖紙深化設計構件加工廠生產制作構件運輸構件進場驗收現(xiàn)場安裝準備控制線放設并復核現(xiàn)澆梯梁處預埋鋼筋復核現(xiàn)澆梯梁處灌漿料找平預制樓梯起吊預制樓梯就位調整連接縫隙處灌漿檢查驗收成品保護。5.3操作要點5.3.1預制樓梯圖紙深化設計預制樓梯的深化設計是施工的前提，深化的圖紙必須符合現(xiàn)場樓梯間尺寸和相對位置關系，各種預留預埋及位置須經過計算，確保安全準確并經設計院同意。圖5.3.1-1 梯板平面布置圖

5、圖5.3.1-2 樓梯配筋與位置示意圖 圖5.3.1-3 樓梯各類預留預埋與踏步防滑條設計圖5.3.2預制樓梯鋼筋綁扎預制樓梯在工廠進行鋼筋綁扎，并埋設各類預埋件，鋼筋規(guī)格、間距，預埋件種類需與圖紙相對應，并經驗收合格。圖5.3.2 鋼筋工廠綁扎5.3.3預制樓梯模板制作預制樓梯的模板制作須與深化圖紙相對應，模板是保證樓梯尺寸、各類預留預埋位置和表觀質量的關鍵所在。圖5.3.3-1 模板工廠安裝圖5.3.3-2 各類預留預埋構件5.3.4預制樓梯工廠養(yǎng)護預制樓梯在加工廠進行混凝土澆筑，澆筑完成后采用蒸汽恒溫養(yǎng)護，強度提高快，養(yǎng)護效果好。圖5.3.4 預制樓梯蒸汽養(yǎng)護5.3.5預制樓梯運輸預制樓

6、梯在運輸過程中極易受到損壞，為防止磕碰，采用專用車輛進行運輸。車輛載重20t，一次運輸4塊，并在車上安裝固定支架對構件進行固定。圖5.3.5 預制樓梯運輸示意圖5.3.6預制樓梯現(xiàn)場安裝預制樓梯進場驗收合格后，采用塔吊安裝就位。項目根據(jù)主體結構施工進度采取每兩層安裝一次的方法進行安裝，確保梯梁處混凝土強度達到要求。1、預制樓梯在吊裝前，將側面預埋吊環(huán)切除并抹平，在梯面平板預留吊裝孔處安裝萬向旋轉環(huán)。 圖5.3.6-1 萬向旋轉環(huán)與樓梯連接圖2、為避免預制樓梯吊裝就位時與樓梯間碰撞造成缺棱掉角等質量缺陷。項目制作了專用吊裝鋼梁，鋼梁長度5.44m，采用H250*125*6*9的型鋼，上邊與下邊設

7、置20圓鋼作為吊點，下邊吊點的距離與樓梯上預埋吊點的距離相等，確保預制樓梯在吊裝時鋼絲繩保持豎直，避免產生的水平分力導致樓梯旋轉，同時也避免了樓梯就位時極易沖撞的問題。圖5.3.6-2 吊裝鋼梁示意圖 圖5.3.6-3 預制樓梯現(xiàn)場吊裝圖3、預制樓梯安裝就位，經過細微調整，后采用C35級高強無收縮灌漿料將梯板與樓梯間兩側縫隙填實。5.4吊裝工具的計算1、吊鉤螺桿部分截面驗算吊鉤螺桿部分可按受拉構件由下式計算: t = F/A1t (5.4-1)式中:t吊鉤螺桿部分的拉應力； F吊鉤所承擔的起重力，取F=15000.00N； A1螺桿扣除螺紋后的凈截面面積； A1 = d12/4。其中:d1螺桿

8、扣除螺紋后的螺桿直徑，取d1=20.00mm； t鋼材容許受拉應力。經計算得:螺桿扣除螺紋后的凈截面面積A1=3.1420.002/4=314.16mm2； 螺桿部分的拉應力t=15000.00/314.16=47.75N/mm2。由于吊鉤螺桿部分的拉應力47.75N/mm2，不大于容許受拉應力50.00N/mm2，所以滿足要求。2、吊鉤水平截面驗算水平截面受到偏心荷載的作用，在截面內側的K點產生最大拉應力c，可按下式計算: c = F/A2 + Mx/(xWx) c (5.4-2)式中:F吊鉤所承擔的起重力，取F=15000.00N； A2驗算2-2截面的截面積； A2h(b1+b2)/2。

9、其中:h截面高度，取h=58.00mm； b1，b2分別為截面長邊和短邊的寬度，取b1=30.00mm，b2=25.00mm； Mx在2-2截面所產生的彎矩； Mx = F(D/2+e1)。其中:D吊鉤的彎曲部分內圓的直徑，取D=35.00mm； e1梯形截面重心到截面內側長邊的距離； e1 = h(b1+2b2)/3(b1+b2)； x截面塑性發(fā)展系數(shù)，取x=1.00； Wx截面對x-x軸的抵抗矩； Wx = Ix/e1。其中:Ix水平梯形截面的慣性矩； c鋼材容許受壓應力，取c=70.00N/mm2；2-2截面的截面積A2=58.00(30.00+25.00)/2=1595.00mm2；解

10、得:梯形截面重心到截面內側長邊的距離e1=28.12mm。在2-2截面所產生的彎矩Mx=15000.00(35.00/2+28.12)=684318.18Nmm；解得:水平梯形截面的慣性矩Ix=445899.90mm4。截面對x-x軸的抵抗矩Wx=445899.90/28.12=15856.35mm3；經過計算得c=15000.00/1595.00+684318.18/15856.35=52.56N/mm2。由于吊鉤22截面部分的壓應力52.56N/mm2，不大于容許受壓應力70.00N/mm2，所以滿足要求。3、吊鉤垂直截面驗算垂直截面的應力計算與水平截面驗算相同:h截面高度，取h=38.0

11、0mm；b1，b2分別為截面長邊和短邊的寬度，取b1=30.00mm，b2=25.00mm；3-3截面的截面積A3=38.00(30.00+25.00)/2=1045.00mm2；解得:梯形截面重心到截面內側長邊的距離e1=18.42mm。在3-3截面所產生的彎矩Mx=15000.00(35.00/2+18.42)=538863.64Nmm；解得:水平梯形截面的慣性矩Ix=125401.92mm4。截面對x-x軸的抵抗矩Wx=125401.92/18.42=6806.35mm3；經過計算得c=15000.00/1045.00+538863.64/6806.35=93.52N/mm2。垂直截面的

12、剪應力按下式計算: = F/(2A3) (5.4-3)式中:F吊鉤所承擔的起重力，取F=15000.00N； A33-3截面的豎截面面積，取A3=1045.00mm2。經過計算得=15000.00/(21045.00)=7.18N/mm2。根據(jù)強度強度理論公式按下式驗算: = (c2+32)1/2 (5.4-4)經過計算得 =(93.522+37.182)1/2=94.35N/mm2。由于吊鉤33截面部分的壓應力94.35N/mm2，不大于鋼材的容許綜合應力140.00N/mm2，所以滿足要求。4、圓形吊環(huán)計算圓環(huán)的彎曲應力0按下式驗算: (5.4-5)式中:P作用于圓環(huán)上的荷載，取P=150

13、00.00N； R0環(huán)的中心圓半徑，取R0=35.00mm； d圓環(huán)截面圓的直徑，取d=20.00mm； 0圓環(huán)容許應力，取0=300.00N/mm2。經過計算得0=3.24 15000.0035.00/20.003=212.63N/mm2。由于圓環(huán)的彎曲應力212.63N/mm2，不大于圓環(huán)容許應力300.00N/mm2，所以滿足要求。5、整體吊環(huán)計算1)在橫桿中點截面的彎矩M1和拉力P1按下式驗算: M1Pl/6+P1x (5.4-6)其中: P1 = Ptg(/2)/2。式中:P作用于整體吊環(huán)上的荷截P=15000.00N； l橫桿跨度，取l=100.00mm； x轉角處到橫桿中線的距離

14、，取x=40.00mm； 吊環(huán)兩斜桿間的夾角，取 =15.00度。經過計算得P1=15000.00tg(15.00/2)/2=987.39N； M1=15000.00100.00/6+987.3940.00=289495.75Nmm。2)在吊環(huán)轉角處截面中(A點)的彎矩M2按下式計算: M2 = Pl/13 (5.4-7)經過計算得 M2=15000.00100.00/13=115384.62Nmm。3)在斜桿中的拉力P2按下式計算: P2 = P/(2cos(/2) (5.4-8)經過計算得 P2=15000.00/(2cos(15.00/2)=7564.72N。4)橫桿中點截面的最大拉應力

15、1按下式計算: 1 = M1/W+P1/F1 (5.4-9)式中:F1橫桿中點截面面積F1=1000.00mm2； W橫桿中點抗彎截面抵抗矩W=2500.00mm3。經過計算得到1=289495.75/2500.00+987.39/1000.00=116.79N/mm2。由于橫桿中點截面的最大拉應力116.79N/mm2，不大于容許應拉力300.00N/mm2，所以滿足要求。5)斜桿中點截面的拉應力2按下式計算: 2 = P2/F2 (5.4-10)式中:F2斜桿中點截面面積F2=300.00mm2；經過計算得到2=7564.72/300.00=25.22N/mm2。由于斜桿中點截面的拉應力2

16、5.22N/mm2，不大于容許應拉力300.00N/mm2，所以滿足要求。6、繩卡計算1)馬鞍式，抱合式繩卡數(shù)量可按下式計算: n1 = 1.667P/(2T) (5.4-11)其中:n1馬鞍式，抱合式繩卡需用數(shù)量； P鋼絲繩上所受綜合計算荷載，取P=25.00N； T栓緊繩卡螺帽時，螺栓所受的力，取T=24.50N。經計算得n1=1.66725.00/(224.50)=1個。2)騎馬式繩卡數(shù)量可按下式計算: n2 = 2.5P/T (5.4-12)其中:n2騎馬式繩卡需用數(shù)量。經計算得n2=2.525.00/24.50=3個。7、鋼絲繩吊裝構件采用619、直徑17.0mm，鋼絲強度極限為14

17、00N/mm2鋼絲繩作起重繩。1)鋼絲繩容許拉力計算:鋼絲繩容許拉力可按下式計算: Fg = aFg/K (5.4-13)其中:Fg鋼絲繩的容許拉力； Fg 鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和，取Fg=151.50kN； 考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)，=0.85； K 鋼絲繩使用安全系數(shù)，取K=5.50。經計算得Fg=151.500.85/5.50=23.41kN。2)鋼絲繩的沖擊荷載計算:鋼絲繩的沖擊荷載可按下式計算: Fs = Q(1+(1+2EAh/QL)1/2) (5.4-14)其中:Fs沖擊荷載； Q靜荷載，取Q=15.00kN； E鋼絲繩的彈性模量，取E=78400.00N/mm2； A鋼絲

18、繩截面面積，取A=103.28mm2； h鋼絲繩落下高度，取h=250.00mm； L鋼絲繩的懸掛長度，取L=5000.00mm。經計算得Fs=15000.00(1+(1+278400.00103.28250.00/15000.00/5000.00)1/2)=126223.77N126Kn，所以滿足要求。8、卡環(huán)吊裝構件采用卡環(huán)的銷子直徑為21mm，查表得卡環(huán)的容許荷載為:FK=17150N15000N，所以滿足要求。9、繩卡采用馬鞍式繩卡固定鋼絲繩的夾接，用直徑15.8mm螺栓緊固，查表得螺栓上所受的力為15.19kN。所需繩卡數(shù)量n1=1.667P/2T=1.66715/215.19=0.

19、823，用1個繩卡滿足要求。鋼絲繩容許拉力可按下式計算: Fg = aFg/K (5.4-15)其中:Fg鋼絲繩的容許拉力； Fg鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和，取Fg=151.50kN； 考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)，=0.85； K鋼絲繩使用安全系數(shù)，取K=9.00；經計算得Fg=151.500.85/9.00=14.31kN。鋼絲繩在承受拉伸和彎曲時的復合應力按下式計算: = F/A+d0E0/D (5.4-16)其中:鋼絲繩承受拉伸和彎曲的復合應力； F鋼絲繩承受的綜合計算荷載，取F=151.50kN； A鋼絲繩鋼絲截面面積總和，取A=111.53mm2； d0單根鋼絲的直徑(mm)，取d0

20、=0.20mm； D滑輪或卷筒槽底的直徑，取D=50.00mm； E0鋼絲繩的彈性模量，取E0=78400.00N/mm2。經計算得=151500.00/111.53+0.2078400.00/50.00=314.96N/mm2。鋼絲繩的沖擊荷載可按下式計算: Fs = Q(1+(1+2EAh/QL)1/2) (5.4-17)其中:Fs沖擊荷載； Q靜荷載，取Q=15.00kN； E鋼絲繩的彈性模量，取E=78400.00N/mm2； A鋼絲繩截面面積，取A=111.53mm2； h鋼絲繩落下高度，取h=250.00mm； L鋼絲繩的懸掛長度，取L=5000.00mm。經計算得Fs =1500

21、0.00(1+(1+278400.00111.53250.00/15000.00/5000.00)1/2)=130502.94N131kN。10、萬向旋轉環(huán)圖5.4 萬向旋轉環(huán)萬向旋轉環(huán)承受的拉力為6.3t，滿足要求。11、垂直起重機械采用TC7035塔吊作為垂直起重機械，吊裝點30m處的起吊重量為5.33t，能夠滿足吊裝需要。6材料與設備本工法采用的主要材料設備見下表。表6 主要材料設備序號分類設備名稱規(guī)格單位數(shù)量備注1加工廠龍門吊10t臺12鋼模板套2自制3預埋螺桿M24個84振搗棒30個25鍋爐臺16蒸汽養(yǎng)護室6m3m2m個27貨運汽車20t輛18施工現(xiàn)場塔吊TC7035臺19萬向旋轉環(huán)

22、M24個410吊裝鋼梁個1自制11手動葫蘆5t個212撬棍個113灌漿料C35袋27質量控制7.1執(zhí)行標準1、混凝土結構設計規(guī)范GB50010-20102、裝配式混凝土結構技術規(guī)程JGJ1-20143、預制混凝土構件質量檢驗標準DB11T968-20134、住宅預制混凝土梯段工業(yè)標準JG3002.1-19925、裝配式混凝土結構連接節(jié)點構造15G310-17.2現(xiàn)場質量控制措施7.2.1吊裝措施現(xiàn)場安裝時發(fā)現(xiàn)，當采用四根鋼絲繩吊裝時，樓梯構件傾斜的角度不變，但由于樓梯間存在的允許誤差，導致樓梯就位困難，并且就位時樓梯上下晃動較大，和梯梁的沖擊力較大，極易造成缺棱掉角現(xiàn)象。后改為兩根手動葫蘆和兩

23、根鋼絲繩后，就位時可以拽動手動葫蘆對傾斜角度進行微調，并且減小了上下的晃動，避免缺棱掉角現(xiàn)象發(fā)生。圖7.2-1 采用手動葫蘆就位7.2.2成品保護為防止人員走動對預制樓梯造成破壞，在樓梯就位驗收合格后，及時采用現(xiàn)場廢棄模板對預制樓梯進行全封閉保護，并且為防止保護模板脫落，在兩側釘上斜拉條，確保牢固可靠。圖7.2-2 預制樓梯成品保護8安全措施1、由于預制樓梯吊裝為新工藝，吊裝時要對操作人員進行培訓，培訓的內容主要有鋼梁、吊環(huán)的制作，吊裝時平衡性掌握，吊裝的定位及吊裝安全注意事項等，待操作人員熟悉整個吊裝工序流程后，才能進行吊裝，并且初始吊裝時，要進行吊裝演練。2、工人進場必須進行有針對性的安全教育，每天吊裝前必須進行安全交底。3、吊裝前必須檢查吊具、鋼梁、葫蘆、鋼絲繩等起重用品的性能是否完好。4、正確使用安全帶、安全帽等安全工具。5、在吊裝區(qū)域、安裝區(qū)域設置臨時圍欄、警示標志，工人不得禁止在吊裝范圍下方穿越。6、操作結束時一定要收拾現(xiàn)場、整理整頓、特別在結束后要對工具進行清點。7、構件起重作業(yè)時，必須由起重工進行操作，吊裝工進行安裝。絕對禁止無證人員進行起重操作。8、嚴格執(zhí)行起重機械“十不吊”規(guī)定。9、構件起吊離地面0.5m時應停滯一段時間，待構件穩(wěn)定、吊索充分張緊方可起升9環(huán)保措施1、進場前做好員工環(huán)保教育，提高員工環(huán)保意