万科云城鸟瞰图
万科云城一期03地块项目是深圳市首个大规模建设的装配式高层办公建筑群。华阳国际深度参与了该项目的设计研发工作,包括部分方案设计及全部初步设计、施工图及工业化设计和研发。
作者作为深度参与该项目的设计师,将在本文从整个项目实施管控的角度出发,分别从设计、生产、施工等方面阐述装配式技术在高层办公建筑应用中的把控要点。
关键词 装配式高层办公建筑 预制清水混凝土构件 标准化设计 装配化施工
1 项目概况
业主:万科企业股份有限公司
项目地点:深圳市西丽留仙洞片区
建筑设计:华阳国际
联合设计:第五建筑&V3(方案设计为联合设计)
施工单位:深圳市广胜达建设有限公司
构件生产厂:广州万友砼结构构件有限公司(8B栋)
总建筑面积:约33.4万㎡
设计时间:2014年8月
项目进度:设计完成,8B座主体施工完成,其余栋施工中
万科云城一期位于深圳市留仙洞战略型新兴产业总部基地,是集公寓、产业用房、商业及公共配套活动广场等为一体的城市综合体工程,也是深圳首个大规模建设的装配式高层办公建筑群。项目建设地块西侧为创科路,北侧为留光路,南侧为留新南路。
万科云城一期03地块效果图
万科云城一期03地块为研发型产业用房,方案设计旨在城市中为地块各部分建立高效的连接,分别在水平和竖向上设置城市公共走道、空中花园、休闲空间、提升研发产业办公环境。建筑面积约33.4万㎡,商业0.9万㎡。7栋A座、B座、C座、E座、F座及8栋B座共六座高层塔楼为装配式建筑,均为研发用房,使用性质为办公功能。建筑面积约28万㎡,其中7栋A座建筑高度为148m,地上36层,地下一层;其他楼栋为97.8m,地上24层,地下1层,3层及以上为标准层,层高为4.0m。
本项目采用內浇外挂体系,所有建筑外墙采用预制外墙构件,楼梯采用预制楼梯,主体结构采用铝模现浇,室内隔墙采用轻质混凝土条板,并采用自升式爬架等装配式施工技术,预制率约为17%,装配率约60%(按深圳市计算方式)。
2 装配式建筑设计
2.1标准化设计
装配式住宅项目因其建筑类型和项目自身特点,不同户型各功能空间的开间、进深实现的标准化有一定的难度,因立面造型需要也可能导致局部做法不同,导致构件种类数量偏多。
装配式办公建筑与住宅相比,因其结构的规则性易于控制,可以通过以下设计手法实现建筑标准化和构件标准化。
1、统一X、Y方向轴网尺寸,构件宽度根据轴网尺寸确定,实现构件宽度统一;
2、统一各楼栋标准层层高,构件高度根据建筑层高确定,实现构件高度统一;
3、统一结构柱和外圈梁截面尺寸,实现构件在横向和竖向上与主体连接方式统一;
4、构件形式根据建筑总体造型设计,尽量通过单个或多个构件通过规律性重复布置产生韵律感,以达到“少规格、多组合”的效果。
本项目在方案设计初期经过装配式建筑技术策划,根据项目特点、建筑高度以及立面形式,确定了采用內浇外挂体系,所以建筑外墙采用清水混凝土预制外墙构件。因六座装配式建筑楼栋标准层平面布局相近,在设计时统筹考虑:标准轴网统一为8800mmm,标准层建筑层高为4000mm,外圈梁截面统一为500×800mm,实现了一种外形尺寸(三种规格)的标准构件和转角构件类型。
7栋ABCEF座标准层平面图
8B座标准层平面
2.2 立面设计
项目立面设计以“少规格、多组合”为设计原则,追求干净、简约、大气的立面风格,建立统一的预制外墙立面系统,契合“云城”的概念。在标准立面单元的不变中寻求在“窗”元素的表达上的变化,利用“深窗”、“平窗”、“斜窗”等手法,寻求立面的多样性。
1、西向立面兼顾遮阳及造型,以“深窗”为立面元素,突出横、竖向线条,同时利用窗间进深起到一定遮阳的效果,体现节能环保的绿色理念;
2、内院立面以“平窗”为立面元素,强调室内与外部空间良好的视线交流,共享整个景观丰富的中庭空间;
3、其余部分立面以“斜窗”为立面元素,窗与立面形成一定角度,形成多样的的光影效果,使规整的立面形式变得更加跳跃、生动。
本项目以素雅的清水面展示混凝土的肌理,配合“窗“元素带来的光与阴影的变化,呈现出PC建筑返璞归真的工业化美感。
(左起)斜窗、平窗、深窗
不同形式外窗分布图
不同形式外窗的建成效果
装配式建筑中预制混凝土外墙与玻璃幕墙相比,有其显著的特征和优势:
1、立面多样性。利用混凝土的可塑性,使构件表面具有相应的图案、纹理、质感、凹凸造型和材质变化等,通过有序的组合实现办公建筑立面多样性。
2、窗户可在工厂预制安装,防水性能好,且降低城市光污染。
3、建筑外围护体系耐久性好。
4、造价较玻璃幕墙低,且后期维护成本较低。
我们应该通过装配化的生产与施工充分发挥预制外墙自身优势,打破玻璃幕墙在公共建筑“一家独大”的局面。
2.3 构件设计
在方案设计阶段对轴网、层高和外圈梁进行了统一设计,预制外墙构件类型仅有标准构件和转角构件两种。在8800mm的柱跨单元,将外墙拆分成两个标准构件,外轮廓尺寸均为4380(宽)×3980(高)×600(深),构件重量约为4.63吨,共计5816块,构件体积约10771m³。构件因预埋窗户形式有平窗、凹窗、斜窗形式和阳台栏杆等差异,以及因施工预埋点位要求构件略有差异。角部位置设计为L型构件,外轮廓构件尺寸为740(长)×740(宽)×3980(高),构件重量约为1.44吨,共计608块,构件体积约350m³。通过在建筑设计前期的统筹,将项目外墙构件种类控制到最少种类,提高构件的重复率和模具的周转率,降低了构件生产难度和成本。
标准预制构件(左)与转角构建示意图
2.4 连接节点设计
本项目主体结构为框架剪力墙结构,采用內浇外挂体系,预制外墙为非承重构件,不参与结构主体受力。预制外墙构件顶部出筋与结构梁连接,侧面与主体结构构造连接,底部与主体结构不连接。
预制构件连接节点示意图
考虑预制外墙与现浇柱交接处构件与铝模板的固定,在构件上预埋螺栓套筒,现场通过对拉螺杆固定铝模板。通过开发设计两段式对拉螺杆,实现部分对拉螺杆作为构件与柱构造连接预埋在混凝土中,部分对拉螺杆在拆模后可重复回收利用。
构件与铝膜对拉连接节点示意图
2.5 防水防漏浆连接节点设计
防水设计采用材料防水、构造防水以及结构防水相结合。水平缝采用企口和高低缝,垂直缝设置空腔和排水导管相结合,确保外墙防水性能可靠。因梁柱截面较大,层高较高,混凝土浇筑时侧压大,混凝土胀模和漏浆风险较大。其节点设计为竖缝处采用防漏浆胶皮、连接钢板与临时PVC管(在竖缝导水槽内插入临时PVC管,浇筑完成后取出)相结合,并在钢筋密集的结构柱位置放入薄铝片,减少混凝土侧压带来的漏浆风险。
构件之间竖缝防水节点
3 构件生产与成品保护
因建筑外立面为清水混凝土效果,预制外墙构件表面的色差、平整度等控制尤为重要。本项目在构件生产及成品保护方面采用了一下措施:
1、模具采用不锈钢板,消除后期生产中铁锈污染构件清水面的隐患,同时保证构件表面的光滑度;
2、所有构件生产过程中,采用同一配合比,同一原材料,同一批工人、同一生产工艺,同一振捣方式,同一养护标准,确保所有构件同一品质标准。
3、构件成品养护上,应防止构件产生裂纹、破损或有害变形等,并避免构件表面出现污渍或泥土。
4、构件运输成品保护方面,构件外饰面采用两层保护膜包裹,并在运输支架与构件外饰面接触处设置胶垫作为缓冲材料,确保构件存放架不与构件外饰面直接接触,避免构件损坏;
4 构件安装
4.1 塔吊布置及选型与构件设计
因构件重量与塔吊布置及选型关系密切,在设计阶段需要进行塔吊布置及选型,并复核构件重量。一般情况下塔吊布置及选型原则如下:
1、塔吊覆盖范围除了应全覆盖建筑物外,还应考虑能够覆盖临时施工道路,运输车临时停靠点和构件临时堆放区;
2、尽量将塔吊的作业半径控制在最小。当单栋建筑布置一台塔吊时,宜靠近建筑物中心布置;且应满足作业空间和拆卸空间。
3、能够在规定总荷重线内进行吊装作业;
4、综合考虑拆卸费用、租赁费用等经济性。
塔吊布置示意图
在构件方案设计初期,转角处构件设计为标准构件+转角构件,构件重量为6.04吨,因确定采用TC7030B塔吊,悬臂半径50米(43米幅度半径不能全部覆盖塔楼),需将转角处构件的重量在5吨以下,所以转角构件调整为4.63吨的标准构件和1.44吨的转角构件。
塔吊布置示意图
4.2 施工机械附着与构件设计
为了杜绝后期使用过程中外墙漏水、渗漏等质量通病,预制外墙采用预埋窗框。因塔吊、施工电梯、自升式爬架等施工机械与建筑主体附着,为避免施工过程中对窗的破坏,施工机械附着处预制外墙,采用预埋方通,非预埋窗框。
预制外墙预埋窗框示意图(左)及预制外墙预埋方通示意图
4.3 施工顺序
构件的吊装顺序不仅影响施工的难易程度和精度,还对构件细部做法和构件与主体结构连接节点做法有较大影响,在初步设计阶段应确定其施工顺序。本项目因结构柱钢筋密集,采用施工现场先绑扎钢筋,后吊装构件的方式。构件吊装前完成楼面方向、竖向标高螺栓调整和水平面防水防漏浆措施等,提高构件吊装效率。
5 设计、生产、施工一体化设计
装配式建筑应打破现在常规项目建筑设计与部品生产、施工割裂的方式,设计阶段除应进行建筑、结构、机电设备、室内装修一体化设计协同外,还应与构件生产单位、施工单位、部品生产单位等做好协同设计。设计单位协同工作内容如下表所示。
装配式建筑工业化方案设计和连接节点设计是核心。在设计全过程中,应该考虑构件标准化程度、构件生产的难易度、构件吊装施工的易操作性等问题。在设计阶段构件生产及施工单位应该提前介入,将构件形式、重量、塔吊布置等在初步设计前将其确定。
6 工法试验段搭建
对于非常规做法的装配式建筑项目,在施工场地允许的情况下,建议取项目局部区域搭建工法试验段,其作用和优点如下:
1、 可检验工艺的合理性。包括预制构件与预制构件及现浇段连接节点及构造做法的合理性,预制构件与铝模、轻质隔墙等连接节点设计及施工的合理性,施工工艺顺序的合理性。
2、 可作为辅助材料选型的试样区。利用工法试验段可检验PE棒、胶条、密封胶等辅助材料性能和可操作性。
3、 可作为工人吊装的实训区。在正式吊装前,利用工法试样段反复模拟吊装使吊装操作工人熟练掌握吊装技术,并对部分工艺做法进行完善。
4、 可作为项目施工后期的展示区。项目施工阶段,考虑施工现场的安全性,可以作为施工展示区供观摩和交流。
工法试验段
7 结语
华阳国际设计集团与万科集团在装配式建筑技术和产品研发、项目实践上有十余年的合作经验,双方对装配式建筑有着高度统一的理念,并拥有了完整产业链资源。在项目实践中可以实现设计、生产、施工一体化设计,并从设计、生产、施工、成本控制等方面把控好各环节的实施要点。本文通过介绍万科云城一期03地块装配式高层办公建筑案例的实践经验,旨在为广大从事装配式建筑行业的工作者提供项目总体管控经验。装配式建筑的发展有待全行业人的共同努力,才能走上健康发展之路。
作者简介:
王春才 华阳国际设计集团建筑产业化公司研发部副总经理、东莞产业园公司副总工程师,主要从事装配式建筑设计及研发、保障性住房设计研究和建筑产业园建设等工作。
邹兴兴 华阳国际设计集团建筑产业化公司建筑师
龙玉峰 华阳国际设计集团副总裁 建筑产业化公司总经理,深圳市十佳青年建筑师(2013年),专注于装配式建筑、保障性住房设计研究,兼任同济大学建筑与城市规划学院课程顾问教授、国家装配式建筑产业技术创新联盟副理事长、专家委员会副主任委员。