一种离心预制围墙的生产与应用
现阶段,以永久隔离空间为目的的围墙形式,多为采用红砖或砌块砌筑成型,与混凝土浇筑成型两种方式。同时,以暂时隔断为目的,也存在简易的铁制品临时围墙的形式,如彩钢板围墙等。其中,砌筑围墙与浇筑围墙形式,资源消耗大,施工效率低,成本较高,不符合国家推广的装配式建筑相关政策。为满足使用需求,行业技术人员已开始预制化围墙构件的研究工作,设计并使用了预制成型的围墙立柱,该立柱产品采用工厂预制,浇筑振捣成型,两侧留有凹槽,方便预制隔板的插入。但由于强度和生产条件要求不高,所以多采用自然养护工艺,降低了生产效率。
预应力混凝土管桩产品的生产采用流水化生产作业,自动化的混凝土搅拌布料,离心成型和蒸汽养护工艺,具有生产效率高,产品质量可靠,总成本低等优势。研发人员通过设计比较,将管桩产品的生产工艺应用到预制围墙产品中,提高了生产效率;由于采用了离心工艺,降低了混凝土的用量,节约成本,提高构件的强度;由于采用快速机械插入方式进行连接,在应用过程中也提高了安装的速度,经济效益和社会效益明显。
一、产品
本预制围墙形式为通透式围墙,主要包含有横梁、立柱和围栏三个部分,其中横梁和立柱两部分采用工厂化预制。两者的外观为中空矩形截面,其具体尺寸为:横梁长度为6.4m,立柱高度为1.7m。横梁截面尺寸为450mm×500mm,立柱截面尺寸为400mm×400mm。两者外观形式见图1与图2。
预制围墙立柱的上部有一个柱帽,生产中主筋通长放置,柱帽与立柱一体成型,所以牢固稳定。生产中,立柱的底部与横梁的上表面的两端都设置有固定孔,用于立柱与横梁的快速连接。预制围墙横梁与立柱参照GB50010《混凝土结构设计规范》设置钢筋和计算力学性能,具体混凝土等级、配筋结构及力学性能见表1。
图1 预制围墙立柱结构图
图2 预制围墙横梁结构图
表1 围墙构件结构与力学性能
构件名称 | 混凝土强度等级 | 预应力筋 | 螺旋筋 | 开裂弯矩Mcr/KN∙m | 抗弯承载力设计值M/KN∙m | 抗剪承载力设计值V/KN | 理念重量/KG∙m-1 |
立柱 | C50 | 4×∅7.1 | ∅4@100 | 30 | 42 | 47 | 235 |
横梁 | C50 | 8×∅7。1 | ∅4@100 | 74 | 82 | 69 | 336 |
二、生产
如图3和图4所示,预制围墙横梁与立柱模具是由空心方桩模具改造而成,其中生产立柱的模具两端各增加连接生产柱帽的铁模。生产过程中采用与管桩产品生产相同的自动布料方式、张拉工艺、离心成型方式和常压蒸汽养护工艺。
离心成型工艺使得预制围墙的立柱与横梁表面光滑无缺陷,并能够提高混凝土的密实性,从而提高强度。常压蒸汽养护加速混凝土中的水泥水化反应,提高生产效率。立柱与围墙经过5个小时的蒸汽养护(80℃),即可拆模转运至堆场堆放,按照工程需求可随时出厂使用。
图3 立柱与横梁模具装配图
图4 立柱与横梁产品图
三、安装
3.1 连接通过立柱下端和横梁两侧在生产过程中的预留孔,预制围墙的立柱与横梁的连接方式采用机械插入式快速连接方式。首先将插杆拧入立柱下端螺丝孔中,将卡件放入横梁的预留孔中,吊起立柱,对齐位置插入即可。连接配件的结构形式见图5。
图5 连接配件结构图
3.2 安装预制围墙的横梁与立柱采用吊装方式进行安装。如图6所示,由于横梁的总量约为2吨,立柱的重量约为0.5吨,所以采用一台钩机与3个辅助人员即可安装。
图6 预制围墙安装图
3.3 承台
预制围墙采用独立承台基础,依据GB50007《建筑地基基础设计规范》的相关要求,根据每层土样深度及对应土样的抗剪强度指标,选取不同的承载力系数,计算地基承载力特征值,再根据预制围墙的自重,设计承台基础的尺寸和深度。
图7为厦门市海沧区延奎小学预制围墙项目的具体安装图片,该项目周长为760延米,承台提前浇筑完成。安装工人3人,包括一台吊机手,两名辅助人员。由于工人初次进行安装,经验不足,每天铺设约100延米。安装后经过表面涂刷仿石漆和增添铁艺围栏,预制围墙的整体效果美观,质量优良。
四、经济性
4.1 生产效率
预制围墙采用张拉、离心工艺和蒸汽养护工艺,生产模具快速周转,生产效率高,产品质量可靠。
4.2 施工工期
预制围墙横梁和立柱运输到现场即可边卸货边施工,方便快捷。正常情况下,一组施工队3人,一台随车吊,一台钩机,10小时可以完成约200米的组装,组装高效。
图7 厦门市海沧区延奎小学围墙图片
4.3 节约资源
预制围墙横梁和立柱为空心结构,可作为围墙照明和消防管网及绿化给水管道和电缆的铺设,在减少施工开挖的同时,有效的节约土地使用空间。
4.4 二次找平
预制围墙的横梁和立柱一次性成型,在确保标准尺寸及外观的同时无需做二次找平粉刷,只需根据要求直接涂刷装饰漆基坑。
五、结论
预制围墙横梁和立柱采用工厂化预制。由于采用的张拉、离心和养护工艺与现有管桩生产条件相同,只需进行模具简单修改即可使用,生产效率高。安装过程中,工作面小,仅需一台钩机和三个辅助工人,同时采用机械插入式快速连接方式,安装速度快,工作强度小。横梁与立柱为中空结构,为预埋管线提供空间。预制围墙的使用,在满足节能环保要求的同时,也符合国家提高建筑结构预制率的要求,市场应用前景广阔。