三一筑工成功打造装配式竖向结构与围护技术整体解决方案

随着我国未来人口红利的消失以及环保问题日益严峻，装配式建筑已经成为建筑行业的重要发展方向。而传统装配式建筑在结构上主要以水平叠合板为主，水平叠合板本身存在桁架筋含钢量增加、混凝土厚度增加、杂模多施工不便等问题，此外较竖向结构，水平结构装配式得分效率更低（见表1），需要用更多高成本的大量预制来满足装配式得分项，总体成本较高。而采用竖向装配式结构技术，可以实现用少量预制，就可以轻松得分。

表1 装配式建筑评价标准（ GBT 51129-2017 ）得分表主体结构截取内容

再加之竖向结构钢筋绑扎量更大、支模板难度更大，对竖向装配式技术发展的需求更为迫切。因此发展竖向结构是装配式建筑发展的重要趋势。然而传统的装配式竖向结构技术在生产环节大量使用人工，生产不便，对中难、施工不便，且建造成本较高，详见图1和图2。

图1 实心墙体系生产不便

在装配式得分外围护评价项方面，传统装配式建筑常常考虑使用预制实心外挂板技术，但其施工成本较高、施工难度较大、防水措施要求高，渗漏水隐患大，详见图3；因此发展防水性能好、施工便捷、成本经济的外围护装配式技术显得十分必要。

图2 外墙渗漏水情况

上述这些问题都严重制约了装配式建筑进一步发展。为了彻底解决传统装配式建筑在竖向结构和围护技术上的痛点问题，三一筑工给出了完美的整体解决方案，即采用竖向结构采用SPCS结构技术体系，而外围护采用ALC板材及其适配的先进防水工艺。该整体解决方案一方面实现了装配式竖向结构生产方便、施工便捷、少人少支模、建造成本低等优势，另一方面，也实现了外围护墙体防水性能好、施工速度快、经济性好等优势。

2024年年初，由三一筑工承接的湖南师范大学附属星沙云谷实验学校EMPC工程总承包项目顺利实施了该整体解决方案，取得了令人满意的效果。

项目概况

湖南师范大学附属星沙云谷实验学校项目占地面积 6.12 万㎡，总建筑面积 4.69万㎡，其中地上计容面积 3.87 万㎡（架空层），地上不计容面积 0.31 万㎡，地下建筑面积 0.51 万㎡，为混凝土框架结构，由1#中学教学楼与综合、2#小学教学楼、3-1#食堂、风雨操场、3-2#实验楼、4#报告厅、5#南大门、6#垃圾站、连廊、地下车库组成，该项目鸟瞰图详见图4。

图3 项目鸟瞰效果图

本项目在建筑工业化应用方面，采用装配式建筑方式进行建造，1#中学教学楼与综合楼、2#小学教学楼、3-1#食堂、风雨操场、3-2#实验楼、4#报告厅均采用SPCS空腔柱装配式建造体系，其外墙均采用ALC板材，应用面积达80%以上，项目装配率达到50%，体现了装配式住宅项目“建筑工业化”的高超水准。其中1#中学教学楼SPCS预制构件和ALC板材布置图详见图5。

图4 SPCS预制构件和ALC板材布置图

竖向装配式结构与围护技术整体解决方案

为了更全面而细致地展示三一筑工在竖向装配式结构与外围护方面的技术优势，下面我们将深度剖析三一筑工相应整体解决方案的更多细节。

首先，本项目在竖向结构装配式应用方面，采用SPCS空腔柱（空墙柱截面可以方柱或圆柱），大幅减少了现场绑钢筋、支模板、搭脚手架工作量。空腔柱的构件形式详见图5。

（a）模型示意图

（b）现场照片

图7 空腔柱模型示意图与现场照片

空腔柱竖向连接方式采用机械套筒连接，其连接步骤和方式详见图6。

（a）空腔柱连接步骤示意图

（b）空腔柱连接节点现场照片

图6 空墙柱连接方式示意图与现场照片

同时采用SPCS技术结构体系匹配的工模技术和安全措施，可免去外脚手架搭设，节省施工措施费，同时仅在施工作业面内施工更加安全。其中工模夹具和面内作业相关技术措施详见图7。

图7 框架结构工模夹具与面内作业技术

在采用SPCS竖向结构技术基础上，本项目外围护墙体还利用三一筑工自研ALC生产设备，生产出高精度ALC板材。三一筑工ALC板材除了具有轻质高强、保温隔热、耐火极限高、绿色环保、建筑节能、可加工性好等常规优势外，同时还采用ALC防水做法工艺，可实现外围护墙体无漏水效果。其ALC防水构造做法详见图8。

图8 ALC防水构造做法

项目实施效果

目前该整体解决方案（竖向结构采用SPCS构件，外围护采用ALC板材）得到了工程实践的严谨论证，在质量、成本、进度等方面已经获得了令人满意的效果。

首先，从质量上来说，该整体解决方案能够实现以下三点优势：

（1）部品部件质量品质好。一是SPCS结构构件质量品质好。由于SPCS构件是通过双面贴模台生产，构件平整度更好。二是ALC板材构件质量好。三一筑工ALC板材构件质量优于同类产品的主要原因有两点：一是三一自研的ALC智能装备可以确保板材在外观质量和尺寸精度上领先。二是采用自动蒸养、余热回收、横切竖蒸等先进工艺，使板材强度和整体质量高于行业水平。

（2）SPCS构件与ALC板材由于是高精度生产，在安装精度可控的情况下，垂直度平整度控制较好，两者接缝处理好后，可达到免抹灰或薄抹灰。其实际效果详见图9。

图9 混凝土部分与ALC墙板接缝处理后的效果图

（3）SPCS构件和ALC板材整体形成外墙围护，防水性能较好。一方面SPCS构件中间大空腔，空腔内整体浇筑混凝土后，混凝土连续性能够形成很好的防水屏障。另一方面，ALC防水构造做法和多层防水材料能够保证ALC板件之间和ALC、PC之间的接缝具有可靠的防水性能。

其次，从施工速度上来说，该整体解决方案能够实现以下两点优势：

（1）SPCS构件吊装速度更快，平均每个构件安装速度在10min之内，远远高于传统实心墙平均20min安装速度。

（2）ALC安装速度较快。每个班组外墙（3-4人）每天可完成30平米，内墙（3-4人）每天可完成80平方，远远高于传统砌筑的施工效率（传统砖砌单人只能砌筑6平方左右）。

再次，从成本角度来看，该整体解决方案也明显优于传统做法：

（1）SPCS构件成本每立方较传统实心墙体系能够便宜至少400元以上（详见表2）。如果考虑整体工期节约，面内作业等因素，建筑面积每平方米至少还能再节约50元以上。

表2 SPCS空腔墙与传统实心墙单立方成本对比（区域价差大，成本价仅做参考）

（2）为了满足外围护墙与内隔墙得分项，很多项目外围护墙往往采用劳民伤财的现浇外挂预制实心墙技术。这种做法一是施工及其麻烦，二是成本极高。而三一提供的ALC防水构造做法在保证防水性能的同时，能够大幅降低建筑围护成本，高效率地拿到外围护墙与内隔墙得分项。外挂预制PC实心墙、ALC板材成本对比详见表3。

表3 PC实心墙、ALC板材成本对比（区域价差大，成本价仅做参考）

（3）为了进一步分析其成本优势，按照《湖南省装配式建筑评价标准》DBJ 43/T542-2022，在满足装配式50%的情况下，本项目方案一采用竖向结构使用SPCS，外围护采用ALC墙板；方案二采用水平叠合板，外围护采用外挂实心墙。方案一和方案二其他因素保持一致。经过我们详细测算，发现方案一比方案二便宜97元/㎡，其对比过程详见表4。

表4 方案一和方案二成本对比

目前该解决方案已经实施上百万平方米，每个项目我们都进行相应成本测算，目前采用我们的方案，经济成本至少节省90元/㎡以上。

当前，三一筑工的装配式整体解决方案还在不断迭代优化，其方案应用的版图依然在不断快速扩张，大量的工程实践已经获得了项目各方人员、行业专家及政府相关领导一致好评，并获得了鲁班奖、詹天佑奖、北京结构长城杯等一系列殊荣。相信在三一筑工及行业人员的共同努力下， 三一筑工必将打造成世界一流的智能建造硬科技公司，真正实现“让大众化建筑结构安全成本优，低碳智慧好快省”的伟大愿景，为中国乃至世界建筑业高质量发展贡献出更好的三一方案、更多的三一智慧和更强的三一力量！