楼梯作为非承重构件, 是建筑中垂直交通的重要组成部分, 并且楼梯具有形式规整、尺寸统一等特点^[1]。在传统现浇施工体系中, 楼梯施工存在形式复杂、支撑不牢靠、施工工艺繁琐等缺点。另外, 现浇楼梯两端刚性连接节点使得在地震作用下楼梯和与之相连的框架结构均可能出现严重破坏, 切断重要的疏散和逃生通道。

与传统现浇体系相比, 预制楼梯具备工厂化生产特点, 具有成型质量高、成品质量稳定、绿色低耗等特点。预制楼梯设计采用分离式连接节点, 可减小结构刚度和结构扭转效应, 有利于提高结构抗震性能^[2]。同时, 预制楼梯在施工现场采用机械化吊装方式, 施工效率高, 有助于文明施工。

东江欣居工程位于福州市马尾区儒江大道南侧、魏翰路西侧, 总建筑面积191 207m2。工程由2栋24层住宅楼, 2栋25层住宅楼, 9栋34层住宅楼, 1栋29层住宅楼和4栋2层裙楼组成。其中, 9栋34层住宅楼的2层至屋面层采用预制楼梯, 预制楼梯构件数量共计612个。

本工程采用预制板式楼梯, 模板尺寸宽度分为1 280mm (YTB-1x) 和1 160mm (YTB-2) 2种。其中, YTB-1a和YTB-1aF安装在屋面层 (各为4个) , 互为镜像关系;YTB-1F与YTB-1互为镜像关系, YTB-1F为128个, YTB-1为168个。YTB-2为306个。

预制楼梯采用立式生产方式, 减少人工收光面面积, 进一步保证成品观感质量。预制楼梯上部采用固定铰接设计, 下部采用滑动铰接设计, 节点构造均在预制构件内预留直径50mm的空腔。预制楼梯设计4个两组起吊预埋件, 用于构件脱模起吊;设计4个吊装预埋件, 用于构件吊装施工;设计2组构造柱穿孔, 穿孔直径12mm, 相关设计如图1~3所示。其中, 起吊预埋件和吊装预埋件的规格选用, 需考虑预制楼梯在不同混凝土强度条件和多种工况 (脱模、翻转、运输、吊装) 综合因素, 以安全第一为原则, 便于拆装操作。

上述所有预埋预留条件定位设计, 需要结合钢筋布置情况, 避免碰撞干扰, 还要考虑操作空间与模具固定形式。

本工程预制楼梯数量共计612个, 供货周期约180d, 采购楼梯模具4套, 楼梯模具自带底台, 采用固定式生产方式, 每日生产1个循环, 配置管理人员2名, 产业工人4名, 生产所需机具如表1所示。

预制楼梯采用立式模具生产, 模具由专业模具制作厂家负责设计, 模具设计完成后经预制楼梯生产单位确认后方可进行加工制作。模具运输到场后, 由生产单位的品管组、生产组、设计部、采购部联合组织验收, 验收标准如表2所示。

模具初步验收合格后进行首件产品试生产, 重点关注模具拼装密闭性、使用便捷性、楼梯钢筋笼加工制作、混凝土配制和浇筑、首件成品质量等方面, 过程中将可能存在的问题尽量暴露出来, 在正式生产前妥善解决。

预制楼梯生产工艺流程:生产准备_→模具清理_→钢筋笼制作_→钢筋笼入模_→预埋件安装_→混凝土浇筑_→混凝土养护_→预制楼梯脱模_→检查与修补_→预制楼梯入库存放。

预制楼梯采用立式生产, 混凝土浇筑采用分层分次浇筑振捣, 应控制振捣频率和时长, 保证混凝土质量均匀密实。浇筑后, 视环境温度选择养护方式, 可蒸汽养护或保湿覆膜养护等。在蒸汽养护时, 应控制升温和降温阶段的温度变化速率, 防止预制楼梯表面龟裂。脱模起吊时, 预制楼梯的混凝土立方体抗压强度应满足设计要求, 且不应小于15N/mm2。脱模后, 暂存至检查修补工位, 进行预制楼梯的质量检查, 检查标准如表3所示。对于不达标的, 修补或报废。

预制楼梯采用水平重叠存放, 叠放高度根据构件强度、地面承载力等确定, 各层支撑上下对齐。预制楼梯应按规格型号、生产日期分类存放, 堆垛间留有通道。混凝土养护期未满的继续洒水养护。同时, 还应做好成品保护工作, 采取合理的防潮、防雨、防磕碰等措施。

塔式起重机选型重点结合预制楼梯的重量和安装位置, 同时兼顾运输道路、存放区域等因素。本项目预制楼梯最重构件约4.25t, 吊装时还需适当考虑起吊动力系数, 动力系数可取1.2~1.5。

预制楼梯运输方案拟采用“一车四块”, 运输车总重量约40t。考虑到项目连体地下室顶板承荷有限, 必须对运输道路进行合理规划, 同时对运输道路范围内的地下室区域进行有效加固, 杜绝因预制楼梯运输而导致地下室顶板开裂的质量隐患。另外预制楼梯存放区域也应进行地下室加固处理, 叠放存放高度和堆垛距离也要有所控制, 防止局部堆载集中。同时预制楼梯存放区域不应影响正常车辆进出、其他材料存放、消防通道等。

本项目有9栋楼采用预制楼梯, 其他部件均采用现浇施工工艺, 在实际施工中, 存在多道工序穿插, 特别在塔式起重机使用环节。如何高效使用塔式起重机、提高预制楼梯吊装效率、保证标准层施工进度应该作为重点策划。

首先, 现浇混凝土自然条件下初期强度较低, 若预制楼梯与施工层同步施工, 需对现浇梯梁进行特殊加固支撑, 以防止安装时预制楼梯对现浇楼梯的冲击破坏。经讨论, 本项目优选预制楼梯安装滞后施工层1层的进度, 以保证现浇梯梁的有效支撑和良好的安装操作空间, 同时做好楼梯间的临时围挡和垂直交通措施。其次, 项目选用铝合金模板体系可减少塔式起重机时间占用。另外, 依据常规施工工艺, 预制楼梯的吊装时间段尽量规避钢筋垂直运输、塔式起重机顶升、混凝土浇筑、劳务队伍密集等时间段。同时整体协调9栋楼的施工进度, 做到现浇施工和吊装作业均能流水施工, 避免出现多栋楼集中吊装。

预制楼梯吊装施工流程:清理工作面_→测量放线_→基层找平_→垂直运输_→角度微调_→二次下降_→调整复核_→灌浆塞缝_→成品保护。

预制楼梯施工应根据项目特点、技术图纸、人员组织、资源配置等编制专项施工方案。根据施工方案进行物料、人员准备及技术、安全交底。

预制楼梯进场后, 安排专人依据设计图纸对预制楼梯名称、安装信息、外观、尺寸、预埋件定位等进行检查, 并填写进场验收记录表。检查合格后予以确认, 并做好现场堆放的成品保护工作。

预制楼梯吊装施工前1d, 安排人员对现浇梯梁、楼梯间剪力墙、部分伸入楼梯间方钢、方木和钢筋等杂物进行清理, 保证预制楼梯的垂直运输空间。安排专人对预制楼梯安装位置进行放线定位, 即确定楼梯两端的高程定位、楼梯两侧的水平定位和预制楼梯与梯梁的间距定位。由于除预制楼梯外的其他部件均采用现浇工艺, 混凝土成型尺寸较差, 在放线定位后需进行基层找平工作, 特别是梯梁的水平面找平和垂直面找平。

吊装环节分为4个步骤, 分别是垂直运输、角度微调、二次下降和调整复核。图4是垂直运输示意。

垂直运输主要物料包括:2根钢丝绳1、2根钢丝绳2、1个10t手动葫芦、2根吊链等。其中钢丝绳1和钢丝绳2的长度根据预制楼梯正常安装角度计算得出。预制楼梯在垂直运输时, 其吊装角度略大于安装角度2~5°, 便于楼梯间的垂直下降。通过手动葫芦和吊链进行预制楼梯角度微调。具体安装步骤如下。

1) 预制楼梯平放在地面上, 依次安装吊具、钢丝绳1、钢丝绳2、吊链等, 钢丝绳1和钢丝绳2直接挂钩在塔式起重机吊钩上, 吊链通过手动葫芦与塔式起重机吊钩相连。通过调节手动葫芦调整吊链长度, 使预制楼梯的吊装角度略大于安装角度。

2) 指挥塔式起重机缓慢上升至预制楼梯离地300mm左右, 静停, 观察钢丝绳、吊链、吊具有无异样, 确认后, 待预制楼梯平稳后再垂直上升。

3) 预制楼梯到达施工层上方后, 通过引导绳调整预制楼梯方向, 缓慢引导至楼梯间上空, 待确认空间后预制楼梯缓慢垂直下降。

4) 预制楼梯下降距安装面200mm时, 停止下降。通过手动葫芦进行角度微调, 钢丝绳2逐渐受力绷直。待吊链完全放松后, 此时预制楼梯恢复到安装角度。

5) 指挥塔式起重机, 二次下降。下降过程中, 按照定位线严格控制预制楼梯的水平位置、高程位置和前后位置, 发现偏差, 及时调整。

6) 预制楼梯安装就位后, 及时对位置定位、净距、与梯梁接触等进行复核。复核无误后, 卸钩, 进行下一步预制楼梯的吊装。

预制楼梯吊装完成后, 随即进行上下节点的施工处理。工完场清, 恢复临时围挡, 做好成品保护工作。

通过深化设计、生产组织、施工策划、优化吊装等环节, 本工程总体实施顺畅, 初步实现预制楼梯的高效施工、绿色环保。另外, 在装配式建筑推广阶段, 应更加注重工艺流程、工序穿插、操作管控、设计生产施工一体化, 装配式建筑任重而道远。