装配式复合空腔套框后置隔墙安装施工技术*

吴 攀,滕 超,袁得晓,陈晓龙

(青岛海川建设集团有限公司,山东 青岛 266000)

0 引言

为满足城镇现代化建设及城市发展的需要,我国大力推广城市更新建设工作,大量既有建筑被赋予了新的建筑职能。针对既有建筑结构的局部改造,为满足新的使用功能,需在不改变整体安装管线的前提下,进行墙体位置的重新布局。通常后置墙体采用装配式内隔墙来加快整体施工进度并提升整体效果,但公共建筑安装管线繁杂,且大量大型风管置于结构顶板下,直接布置隔墙位置或有大量安装管线交叉穿越,甚至出现大型管道恰好完全置于隔墙上空的情况,导致新建墙体顶部缺少约束固定结构。因此,隔墙的安装除了满足使用空间的需求外,还须考虑与既有管线交叠、冲突时的固定问题。

1 工程概况

青岛国际会展中心会议中心扩建项目需将原展馆拆分间隔成数个大小不一的会议报告厅,各房间对隔声、防火等条件有较高的要求,无法采用轻钢龙骨隔墙等传统隔墙进行简单分割,且要确保房间装饰吊顶以上也进行间隔密闭。该展馆全长127m,宽55.2m,单层需将①～⑤轴及～轴原展馆区域拆分成14间会议报告厅,展厅上空有电气、给水、消防及通风等大量管线,最大风管管径为2 000mm×400mm,最大管线占用空间高度为2 100mm。

2 工艺原理

为保证美观,既有建筑结构的翻新使用通常在其顶部采用吊顶封闭。为在不改变各种安装管线走向及位置的情况下更新隔墙的间隔布置,同时满足隔墙顶部固定稳固的要求,需设计一种能顺利绕开管线的隔墙安装结构,且其隔声效果、耐火性能等基本使用功能也要得到保障。

运用BIM技术及装配式技术辅助模拟隔墙顶部固定结构及管道穿越情况,同时考虑利用钢结构或其他轻质加固构件将隔墙顶部与上部既有结构进行局部连接固定,并在管道缝隙部分进行防火及隔声填充。装配式后置隔墙顶部管线穿越思路如图1所示。针对实际管线走向布置复合空腔套框,在交叉穿越管线区域设置区格空腔,使各种设备管道从隔墙顶部交叉穿越;在隔墙正上方且平行于隔墙的大型管道设置连续复合空腔,使管道穿越通过套框体系且不影响隔墙固定点位,在降低后置隔墙高度的同时满足墙体固定需求,从而形成一种隔墙顶部有管道穿越的装配式后置隔墙安装施工技术。

图1 装配式后置隔墙顶部管线穿越思路Fig.1 Pipeline crossing idea at the top of prefabricated rear partition wall

3 关键技术

3.1 BIM技术校核模拟分析

1)针对有完整图纸且定位准确的工程项目,运用Revit建模软件根据图纸管线位置建立建筑、结构、机电及装饰装修的全专业BIM模型,确认管线与既有建筑结构的相对位置,在此基础上布置新增后置墙体,运用Navisworks进行安装管线及引入隔墙图形的碰撞模拟[1],如图2所示。逐一检查碰撞点(见图3),在碰撞区域制定隔墙顶部的固定连接安装方式,并根据管线综合布置排布图确定纵、横向管道及大型风管与后置隔墙交叉的范围、高度,针对不同情况绘制连接节点大样,区分需布置的空腔连接形式及位置,模拟绘制连接构造并按照实际位置进行装配式钢框架的零件加工。BIM模型文件可输出可识别的数控文件进行数字化加工下料,并经软件系统自动排版套料生成切割代码,利用数控机床进行下料切割[2-3]。

图3 碰撞平面点位Fig.3 Collision plane point

2)针对部分图纸缺失或图纸定位不准确的工程项目,可运用BIM技术及三维扫描技术对既有管网的安装情况进行实景复现。通过Faroscene生成点云文件(见图4),利用Recap点云处理后建立Revit模型(见图5),以点云模型作为安装管线实际走向参照,与图纸模型进行实景拟合(见图6),分析机电安装管线位置的正确性及施工过程中的偏差[4]。重新调整偏差大的管线模型,确保最终的管线模型与现场一致,在校正后的BIM模型中进行碰撞分析。

图4 三维扫描点云模型Fig.4 3D scanning point cloud model

图5 既有管线排布模型Fig.5 Existing pipeline layout model

图6 点云与Revit模型拟合Fig.6 Point cloud and Revit model fit

3)运用BIM技术模拟将拟建墙体根据碰撞拟合结果以复合空腔套框的形式置入模型中(见图7),逐一调整每段区格空腔套框及连续复合空腔套框的大小、高度及位置。布置时仅考虑复合空腔套框与既有管线的相对位置关系,确定每段隔墙顶部采用的复合套框形式、区格套框竖向龙骨定位是否对既有管线存在遮挡,及连续复合套框布置间距是否与既有大型风管冲突。模拟置入阶段不考虑复合空腔套框的受力形态及结构稳定性,无需设置加强构造及反向支撑构件。隔墙段限高为装饰吊顶顶面高度,即无管线穿越区域隔墙顶部同样设置区格空腔套框构造,以便进行整体统一装饰及固定。

图7 模拟置入复合空腔套框Fig.7 Simulated insertion of composite cavity sleeve frame

3.2 穿越构造设计

1)针对仅有垂直管线穿越的后置隔墙部位,确认管线穿越位置及数量,在隔墙上部采用型钢组成横向格构框架,框架由沿墙体方向的横向龙骨及起支撑作用的竖向龙骨连接而成,整个框架形成可供任意交叉管线穿越的连续性洞口,框架上部连接顶部既有结构,下部作为后置墙体固定支座,形成区格空腔套框隔墙构造,如图8所示。

图8 区格空腔套框隔墙构造Fig.8 Block cavity frame partition wall structure

2)针对有纵横管线交叉乃至大型管线平行置于隔墙上方的部位,根据管线排布规则,大型风管等体型较大且因平行布置阻碍墙体固定的管线往往在管线综合布置排布图中位于最下层,而其他管线交叉穿越隔墙或因管径较小并不影响隔墙布置。在隔墙上部管线区域建立2种构造模式:①上部继续采用横向格构区格空腔套框构造,使管线垂直穿越;②下部沿墙体方向设置横向龙骨,而竖向改为连续矩形空腔作为支撑结构,矩形空腔作为管线穿越通道。上、下部整体形成连续复合空腔套框隔墙构造,如图9所示。

图9 连续复合空腔套框隔墙构造Fig.9 Continuous composite cavity frame partition structure

3.3 横向区格套框安装

横向区格套框安装布置如图10所示。优先施工仅有垂直管线穿越的隔墙安装区域,采用区格套框进行墙体上部格构安装,采用50mm×100mm镀锌方钢管沿墙体布置横向龙骨骨架,具体数量按照轴线端总竖向龙骨数量进行排列,根据隔墙长度,龙骨可分段焊接拼装而成,具体分割长度取决于顶部安装管线的阻碍区域。顶部龙骨根据后置墙体定位后,采用≥φ12的膨胀螺栓固定于天棚顶部[5],螺栓间距≤600mm。区格套框竖向骨架采用同材质方钢按1 200mm间距布置,具体位置可根据实际管线穿越情况调整,若存在大型风管穿越,竖向龙骨可避让,并在风管两侧增设竖向龙骨进行加强。整个竖向龙骨下方采用同材质方钢形成横向骨架将区格套框连成整体,作为整个横向区格套框的底部连接点,同时作为后置墙体的上部固定结构。区格套框顶部分段方钢首、末端两侧均采用50型角码固定,避免出现晃动和倾斜,但最大固定间距不应大于1 200mm。区格套框下部龙骨骨架底部应与装修吊顶底部相平,以便后续装饰封闭。

图10 横向区格套框安装布置Fig.10 Crosswise lattice frame cavity casing installation layout

3.4 连续复合空腔套框安装

1)整理需进行连续复合空腔套框安装施工区域,大型水平管道上方有交叉管线穿越区域依照横向区格套框安装方式进行龙骨安装,确保区格套框底部横向龙骨定位底标高应高于大型风管上侧最外层构件标高(含风管支架、保温层)20mm,上部对应竖向龙骨处两侧安装50型固定角码,用于下部套框安装。

2)确认下方大型风管及保温无损坏情况后,进行连续钢套框的安装。采用50mm×100mm镀锌钢管组成矩形空间,间隔1 200mm连续布置空腔套框,使大型风管等安装管线可顺利从套框部位通过,套框上部龙骨与先前预留角码固定连接,整个空腔套框均可装配拼接,空腔套框除顶部外也应确保与风管四周预留≥20mm的间隙,避免钢套框与大型风管互相触碰受力。空腔套框安装完毕后,在需设置隔墙的位置设置一道横向水平龙骨,用于轻质隔墙的固定,龙骨底部标高设置同横向区格套框,与装修吊顶底部相平,亦可采用角码固定连接。连续区格套框应根据实际管线位置确定,与上部横向区格套框并非完全居中关系,偏心框架可根据需要进行辅助支撑。连续复合空腔套框安装布置如图11所示。

图11 连续复合空腔套框安装布置Fig.11 Continuous composite cavity casing installation layout

3.5 结构连接与加固

1)运用BIM技术按管线阻隔位置将所有框架龙骨进行分割,每段横向龙骨首末端两侧均设置固定角码,此角码可与龙骨进行焊接固定,与既有结构采用膨胀螺栓连接;横向龙骨与连续空腔套框可采用高强螺栓连接。

2)底部横向龙骨与后置隔墙采用槽型钢固定卡扣进行嵌固连接,槽型钢采用不小于M8螺栓与底部横向龙骨进行连接,槽型钢与隔墙可采用螺栓穿越固定。连接固定节点如图12所示。

图12 连接固定节点大样Fig.12 Connection fixation nodes

3)复合套框骨架安装好后,在上部横向区格套框竖向龙骨两侧进行斜撑固定,斜撑采用角钢弯折焊接而成,安装角度控制在45°～60°,可采用螺栓与竖向框架进行连接固定。辅助斜撑构造如图13所示。顶板连接固定应考虑斜撑与既有结构顶板受力构件位置,以减轻复合框架的受力形态,确保其对复合空腔套框进行整体限位。若因安装管线定位导致空腔套框偏离隔墙尺寸超过套框中心线1/3以上时,则还应在套框两侧位置增加1道反向支撑,偏移中心线的复合套框反向支撑也应固定于顶板受力构件上。

图13 辅助斜撑构造Fig.13 Auxiliary oblique bracing structure

3.6 装饰封闭及后置隔墙安装

1)横向区格套框骨架安装完毕后,在钢框内安装C100型隔声纵横向轻钢龙骨,轻钢龙骨竖向间距应≤400mm,龙骨间安装双面50mm厚、密度为60kg/m3的吸声耐火保温岩棉,如遇管线裁切,岩棉处进行补充填塞处理,安装完成后采用12mm厚耐火石膏板进行双侧复合封闭。通过多层复合封闭,不仅能显著提升墙体的全频段隔声性能,还能有效减小低频共振对隔声性能的不利影响[6]。

2)顶部吊顶等构造可根据套框骨架形成的框架先行施工,下部后置隔墙可根据需要在其他工程完成后再安装,其墙体固定点位由顶板既有结构改为套框横向龙骨;后置隔墙安装施工工艺流程与常规装配式隔墙体安装流程一致,竖向墙体通过黏结剂进行黏结连接固定,并在接缝处采用弹性阻尼材料填充,隔墙与上部复合钢套框允许一定范围内的形变,可有效防止连接处产生裂缝[7]。整个墙体因设置复合钢套框系统可降低轻质隔墙材料墙体高度,有效提高其整体稳定性。

4 施工保证措施

4.1 质量保证措施

1)复合空腔套框采用50mm×100mm镀锌方钢管,壁厚≥5mm,安装前涂刷防锈及防火漆,螺眼部位应补刷防锈漆,镀锌钢管须符合规范要求,用于同一系统的管材连接短管应采用相同材质,且应符合相应的产品标准要求。

2)50型角钢角码及斜撑角钢用于复合空腔套框的限位与固定,用于同一系统应采用相同材质,且应符合相应的产品标准要求。

3)防火岩棉应符合防火规范要求,能满足防火极限,有足够的隔声效果。

4)C100型轻钢龙骨,用于固定封板,须符合规范要求,安装时避免磕碰弯折,以免影响岩棉填充质量。

5)高强螺栓拧紧时应确保在同一天完成初拧及终拧,预防过拧。

6)吊顶封板前须对既有给排水、消防等安装管道进行打压试验,试验合格后方可进行封板。

7)膨胀螺栓安装后,须进行抗拉拔试验,满足要求后方可进行大范围施工。

8) 需焊接构件应确保焊接焊缝均匀,无虚焊沙眼情况[8]。

4.2 环境保护措施

1)施工作业面应保持整洁,施工产生垃圾及剩余废弃材料不得随意丢弃,遵循文明施工的原则,工完料清,物品整理堆放整齐。

2)施工用料根据数控加工切割而成,剩余边角料应及时回收利用,节约材料。现场连接螺栓等辅件用料应按量分配,不得随意丢弃。

3)严格控制噪声设备使用环境,采取隔声措施消除大分贝机械噪声,尽量在日间环境施工。

4)现场使用的油漆制品及黏结材料应确保产品环保安全,施工操作时应注意环境通风,作业人员佩戴防护口罩或防毒面具,材料使用后应及时存放在专用仓库。

5 技术经济效益分析

5.1 经济效益

本技术隔墙顶部复合空腔套框可只进行现场组装,施工快捷,不影响既有管道位置,减少了隔墙为绕开管道或重设安装管线而增加的施工成本与工期;同时可使吊顶等顶部构造先行施工,合理利用操作面,大大缩短了工期。同类施工中传统装配式轻质隔墙每延米造价(含管线移位改造)为:装配式轻质隔墙420元,安装人工费240元,调整风管走向管材及配件费用133元,变更走向人工费用140元,费用共计933元。复合空腔套框后置隔墙每延米造价为:装配式轻质隔墙280元,复合空腔套框180元,零配件及固定角码150元,安装人工费260元,费用共计870元。每延米墙体材料成本节约经费约6.8%,施工工期每百延米缩短3d,施工速度可提高约30%。

5.2 社会及环保效益

该技术能配合推进城市更新建设的需求,利用复合空腔套框体系完善各种既有建筑局部更新改造,加快城市更新建设的步伐。运用装配式隔墙进行既有建筑分隔的拆分和重建,减少了既有管线的拆除,同时使用钢结构代替了部分的砌筑隔墙,减少了胶凝材料的使用,减少了环境污染及材料的浪费。该技术已成功应用于多项城市更新墙体改造建设中,产生了良好的社会效益和环保效益。

6 结语

装配式复合空腔套框后置隔墙安装施工技术创新应用了可装配式复合空腔套框格构体系,解决了传统既有墙体上方有纵横向管道穿越隔墙体致使墙体难以固定的问题。运用BIM及三维扫描技术建立管道模拟穿越隔墙情况并利用复合装配式组装结构,可确保既有管线的真实定位,避免了既有建筑安装工程不完全参照图纸甚至缺乏图纸造成的后期变更及工期延误。本技术可在下部墙体结构安装前预先施工,根据现场需要密闭上部结构,也可在地面未完成的情况下提前进行分段施工,解决了传统墙体分隔的顶部装修工作需配合地面工程施工的问题,且不影响其他工序正常施工,加快了施工进度。符合装配式发展及城市更新建设的理念,对类似工程有着较好的指导意义。