“免撑免模”在装配式框架结构项目的应用

前言

近年来福建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。

年产 40000 吨锂离子电池

材料产业化项目-3#6#

一、基本情况

01项目概况

本项目位于福建省厦门市海沧区，长园路南侧，建港路北侧，总用地面积 204034㎡，总建筑面积 366007㎡。采用装配式方式建造的建筑包括 1#质检楼，3#、6#生产车间，10#维修车间，14#综合楼，15#、16#、17#、18#倒班宿舍等，抗震设防烈度为 7 度（0.15g），为标准设防类建筑。本项目于 2020 年 10 月竣工，2021年通过装配式建筑施工阶段评审。

02装配式建筑主要技术指标

本项目的 3#、6#生产车间为装配式框架-支撑（BRB）体系，抗震等级二级，地上 7 层，建筑总高度为 47.35m，典型柱距为8.1m×13m，楼面使用活荷载为 20kN/㎡，层高为 5~7m，其中生产线所在的跃层区域层高为 11.5m，为大跨度、重载荷的多层混凝土工业厂房。

03参建单位

建设单位：

厦门厦钨新能源材料股份有限公司

工程总承包单位、设计单位：

福建建工集团有限责任公司

部品部件生产单位：

福建建豪建筑科技有限责任公司

福建建惠建筑科技有限公司

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

监理单位：

福建省冶金工业设计院有限公司

二、工程应用的装配式建造技术及特点

01水平楼盖全预制的免撑免模体系及工法

随着新能源和半导体产业技术的发展，当前我国相关工业建筑呈现大型化、复杂化的发展趋势。通常此类工业建筑的柱距为10~12m，生产区层高为 8~12m，使用活荷载为20~80kN/㎡，均显著大于常规民用建筑。由于生产工艺的要求，此类工业建筑通常不能采用钢结构；且为满足生产线布置的要求，结构单元的长度往往需要达到百米以上。对于此类大体量的钢筋混凝土工业建筑，如采用现浇工法和常规预制工法需要设置高大模板支撑体系，材料耗费大、施工措施费非常昂贵，且施工周期长，如图 1所示。在上述约束条件下，综合采用现代消能减震技术和装配式建造工法，可以获得良好的经济效益。

图 1 常规预制的类似项目实景（高支模）

为解决上述问题，研发团队按照系统论的方法将预制装配式混凝土楼盖进行解构，分析各组成部分在不同阶段的受力特点和关键技术指标，按照装配式建造模式创新的原则，对现有的通用装配式节点进行改进，并研发了具有自主知识产权的全预制装配式构造体系及免模免撑工法。

本项目为福建省首个实施免撑免模装配式技术的项目，为保证工法安全可行，项目团队建造了 1:1 工法验证区，如图 2 所示。根据项目现场施工条件，编制详细免撑免模施工方案，并通过厦门市建筑行业协会组织专家进行施工专项论证。

图 2 工法验证区、起重设备（QUY260 履带式起重机）

02消能减震技术在大型工业厂房中的应用

由于建筑功能和生产工艺的限制，本项目的钢筋混凝土剪力墙的布置受到很大限制，难以采用框架-剪力墙结构。而采用常规的以“抗”为主的混凝土框架结构方案，则存在梁柱尺寸偏大及配筋密集难以施工的问题。

为解决以上问题，本项目应用了碳纤维增强型屈曲约束支撑（BRB），应用消能减震技术可有效解决大跨、重载、大层高、大体量多层工业厂房采用常规混凝土框架方案所存在的局限性，如图 3 所示。通过有限元分析表明，屈曲约束支撑按照“均匀、分散、对称”的平面布置原则进行布置，结构层间位移角有明显减小，满足减震目标；同时，还具有良好的抗震耗能机制和塑性变形能力，较大程度地提高了结构主体的安全性。

经验算采用消能减震技术可有效减小构件截面，柱、主梁节约混凝土量约 20%，柱钢筋节约 20%，大大降低预制构件生产及施工难度，提高了结构方案的合理性，如图 4 所示。

图 3 BRB 应用情况

图 4 优化前后结构梁柱节点布筋对比图

装配式建筑结合消能减震方法优势突出，不仅提升装配式建筑安全性和工艺性，又能实现成本控制的目的。

03基于BIM的智能设计

本项目在 PLANBAR 深化设计平台上，采用自主设计开发的“快速预制构件设计软件”进行预制混凝土构件的参数化设计；该软件集成了预制混凝土构件短暂工况验算、参数化快速建模、图模一体化等完整的设计功能；具有设计快速、集成度高、模拟精细、操作相对简便等特点，如图 5 所示。

图 5 快速预制构件设计软件

04全专业一体化BIM设计

本项目的设备管线复杂，预留预埋的要求高；同时由于采用免撑免模预制体系，预制构件生产和安装的协调性和复杂度高于常规建造工艺。故采用全专业、全过程 BIM 应用，实现构件安装零碰撞、设备安装零碰撞，达到提高施工效率，减少返工，节约成本的目的，如图6所示。

图 6 全专业 BIM 模型

三、案例实施情况

福建建工免撑免模装配式技术体系的主要创新点介绍如下：

01一种免支撑水平预制楼盖的梁柱节点及其施工方法（专利号：ZL 2020 2 2457674.8）

柱顶采用钢牛腿支托预制叠合梁，并具有足够的变形调节能力，可以实现主梁无支承施工；柱纵向钢筋集中布置于柱角部，同向的梁底纵向钢筋水平错开，降低了节点钢筋密集度，安装简便，提升效率。专门设计的节点构造确保了节点域的施工质量。通过梁柱节点的先行浇筑施工保证了后续安装过程的主承重体系的稳固性，如图7所示。

图 7 免撑免模预制体系施工实景

02免支撑主次梁系统及其施工方法和预制叠合主梁槽口模具（专利号：ZL 2020 2 2305218.1）

对现有的主次梁连接节点进行改进，主次梁连接通过“钢企口+混凝土暗牛腿”双重构造和专门的安装工法，通过“两阶段设计”，保证该节点在传力可靠的同时，实现便捷性的施工，如图8 所示。

图 8 节点构造示意图

03新型叠合槽型梁（专利号：ZL 2019 2 0536413.X）

现有的装配式混凝土建筑通常采用矩形截面叠合梁。当梁跨度较大时，矩形截面叠合梁的自重较大，在吊装和运输时均存在困难。为解决起重机远端吊装能力不足的问题，采用叠合槽型主梁的减重策略，如图 9 所示。

常规的槽型截面预制叠合梁采用可重复使用的钢制内模，为保证脱模时不致损伤预制混凝土构件，内模表面需较光滑且在内模表面需涂刷脱模剂，这样的工法使得新旧混凝土结合面结合能力较差，影响槽型截面叠合梁组合作用的发挥，在安全性方面存在隐患。

新型叠合槽型梁通过永久设置的结合钢板显著提升了工厂的生产效率。同时使得新旧混凝土的结合面的粗糙度明显提升且可控，在设计中可以充分应用叠合梁的组合强度。

图 9 叠合槽型梁

04用于水平叠合结构的装配式施工平台（专利号：ZL2020 2 2456572.4）

通过便携式钢施工平台与预制构件的组合同步吊装，现场无需从下层楼面搭设施工平台至本层楼面，与上部土建工序同步施工，节约措施费及工期，如图 10 所示。

图 10 装配式施工平台

四、应用成效

01应用效果

免撑免模装配式技术的应用，避免了模板支撑的搭设及拆除，缩短了施工工期。除在构件交接的节点核心区局部使用现场模板外，其他区域不再使用模板，减少了施工临时设施的材料使用，符合减碳、节材、环保的要求。项目观感质量良好，创造了良好的社会效益，获得了建设单位及主管部门的一致好评。

02关键经济技术指标对比

本项目在锂电池生产线区域，采用福建建工集团自主研发的新型装配式楼盖体系，结合基于 BIM 的智能设计和消能减震技术，实现在大跨度、重载荷和大层高条件下，无需搭设高大支撑模板，完成水平楼盖的装配式施工，如图 11 和图 12 所示。共计减少 9 万立方米的高支模搭设，建造成本比现浇工艺降低 680 余万元。

当采用高支模现浇工艺时，由于需在无法使用塔吊的条件下，进行模板和支撑的拆除作业。根据类似项目的情况，9 万立方米的高支模需使用人工花费近 50 天才能拆除完毕；随后才能进行后续工序的施工。综合考虑各种现场因素，“厦钨年产四万吨锂电池项目”的总承包方确认，在使用“免撑免模预制装配式体系”后，压缩工期可达 40 天，使得业主可以提前投产。根据该项目的设计年产值 15 亿元测算，应用“免撑免模预制装配式体系” 可以带来间接经济效益 1.64 亿元。

图 11 免撑免模预制楼盖体系主次梁安装完成状态

图 12 免撑免模预制楼盖下方实景

03通过福建省建设科技研究开发项目评审

2021年8月26日，福建建工免撑免模预制装配式体系通过福建省住房和城乡建设厅组织的福建省建设科技研究开发项目“免撑免模装配式技术研究”（项目编号：2020-K-12）的结题评审。

评审专家认为：该课题紧扣当前装配式建筑成本高、工期长的现状难点，以具有大跨、重载、大层高、大体量特征的需要设置高大支撑模板的建筑结构为研究对象，按照系统论的方法将预制装配式混凝土楼盖进行解构，分析各组成部分在不同阶段的受力特点和关键技术指标，按照装配式建造模式创新的原则，对现有的通用装配式节点进行改进，并研发了具有自主知识产权的全预制装配式构造体系及免模免撑工法。

该体系为国内首创，已形成相关知识产权成果，对于今后福建省在多层物流仓库、大型混凝土厂房、大型公共建筑等项目应用上具有重要的指导意义。课题研究成果总体达到国内领先水平。

04认定为福建省省级工法

经建筑业协会组织专家评审认定，本项目提交的“装配式建筑预制梁板免撑免模施工工法”符合省级工法要求，序号为闽建科〔2021〕16 号文第 126 号。

05省级施工项目云观摩平台

为促进业界交流，推广免撑免模等先进设计及工法，助力我省建筑行业转型升级、赋能高质量发展，结合新冠疫情防控的新要求，研究团队将研究成果以“云展厅”的形式，传至线上观摩平台(https://www.fcec-pbri.com)，如图 13 所示。

该平台可在电脑 PC 端、手机微信端运行，开发了学术直播间、调查问卷、资料下载等 5 个功能模块，搭建了厦钨云实景、工法展示区、设计创新馆、施工创新馆等 7 个虚拟展厅，如图14 所示，并通过实景漫游、自主虚拟漫游、虚实场景切换、指尖数字模型、工艺展板等多种形式，全方位展示了免撑免模工法的先进性，如图 15 所示。