摘要：预制安装式斜屋面板是将传统整体现浇斜屋面节点做法改为现浇与预制安装相结合的方式，一举解决了斜屋面板下部底模及支撑体系无法取出，材料大量浪费的问题；同时预制加工的斜屋面板浇筑密实度和养护条件可得到有效保证，成型质量大大提高。采取提前集中预制统一吊装的方式节约了时间，缩短了施工周期。
关键词：质量提高；预制安装；缩短工期
引言：随着社会的发展、建筑行业技术水平的提高，以及人们对建筑整体美感的不断追求，建筑设计不断推陈出现，各类提高外观效果给人以美的享受的建筑形式不断涌现，这其中尤以斜屋面最为常见。由于现浇斜屋面造价较高且施工难度较大，为了提高美感，同时又兼顾经济因素，实际工程设计中多采用平屋面局部结合斜屋面的形式。这种装饰性斜屋面，往往沿屋面女儿墙周边一圈悬挑设置，与装饰结构线条及下部挑板形成整体，斜屋面板与水平挑板间形成狭小封闭空间，这种形式不仅支模困难而且成型后底模无法取出，导致施工周期延长且大量材料浪费，如图0-1所。
同时斜屋面混凝土现浇时往往存在混凝土滑落、离析，浇筑密实度难以保证，后期留下渗漏隐患的问题。本施工方法针对局部装饰性斜屋面的结构特点，同时也顺应目前国家大力倡导建筑预制装配式施工的大趋势，提出了斜屋面预制安装的施工工艺体系，以达到减少材料浪费，缩短施工周期，保障工程质量的目的。
1工艺原理
通过对装饰性斜屋面结构节点的优化调整，将节点处斜屋面板部分与整体节点分离单独预制加工（剩余部分现浇），同时增设搁置点，以便预制斜屋面板安装，如图1-1所示。
根据原设计尺寸，综合起重设备起吊能力，现场吊装的可操作性，起吊作业的安全性等因素提前进行深化，将斜屋面板分成若干小块分别预制，为方便批量生产，板块尺寸应尽量统一，板块上预留起吊点。
预制斜屋面板采用刚度和表面平整度更好的定型钢模浇筑成型，减小尺寸偏差，提高成型质量。
板块间及板块与现浇结构间采用水泥防水砂浆及弹性密封材料封闭，面层满刷柔性防水材料防止渗漏。
2施工工艺流程及操作要点
2.1 施工工艺流程
绘制预制加工图——斜屋面板可调钢模系统制作——预制混凝土板钢筋绑扎及混凝土浇筑——预制混凝土板吊装——接缝处理——面层防水处理
2.2 绘制预制加工图
根据具体工程设计要求绘制“预制加工图”，明确各板块几何尺寸，吊点位置和具体构造后再进行预制加工，以免盲目施工造成返工和浪费。
a 绘制斜屋面板平面分段布置图
综合考虑起重设备起吊能力，现场吊装的可操作性，起吊作业的安全性等因素，并经多次实际操作证明将单一板块长边最大尺寸控制在2000mm左右是最为合理的。同时对板块进行编号，外形尺寸完全相同的板块使用统一编号，以方便根据编号进行对应吊装。由于斜屋面的特殊构造要求，转角处两板块间必须设计成45°拼角，如图2-1所示。
b 绘制板块预制加工大样图
预制混凝土板块加工大样图需明确板块的平面尺寸、厚度、吊点位置、钢筋型号、混凝土强度等信息。为减少定型模板制备数量，达到经济最优的效并方便批量加工和安装，应在平面分段时尽量做到板块尺寸统一减少非标准板数量，转角处预制45°拼角的转角板。考虑安装缝隙，板块实际尺寸应比平面尺寸纵向每边缩小5mm，横向每边缩短10mm。采用4点起吊，为平衡吊点处板面的负弯矩与吊点之间的正弯矩，吊点位置宜设置在距离纵横向端部1/5边长的位置。预制混凝土板厚80mm，底部配φ8@200单侧双向钢筋网，混凝土强度等级C25（或按具体工程设计）。实际绘制时标准板以拼音首字母BB表示，非标准板以BF表示，示例如图2-2所示。
c 吊点设置及吊挂操作
采用4点平衡起吊，预埋成品圆头吊钉，吊钉规格为1.3T*55mm，使用配套鸭嘴扣起吊，方便快捷，吊点大样如图2-3-1所示。
吊钉预埋的关键点在于必须确保吊钉顶部半球形凹槽的成型尺寸以及吊钉外露尺寸与配套鸭嘴扣相匹配。以本工程选用的1.3T吊钉为例，要求吊钉顶部半球形凹槽半径为30mm，吊钉顶部距预制板顶面为10mm，如图5-3-1所示。半球形凹槽尺寸和吊钉竖向位置误差必须控制在±2mm以内，否则鸭嘴扣无法与吊钉扣接，吊装无法完成。采用常规的定位和成型工艺已无法满足这样的精度要求，为此必须采用成品球头吊钉橡胶固定模（以下简称波胶）来完成吊钉预埋安装工作。
如图2-3-2所示，波胶型号必须与吊钉匹配，波胶为可开合设计，先将吊钉顶部卡入波胶内，再将波胶与吊钉一并压入处于初凝状态的预制板混凝土内，用抹子抹压使波胶上表面与混凝土表面齐平。同时应保证定位板位于波胶中，以使吊钉固定于正确的高度（吊钉顶部距预制板顶面为10mm），同时吊钉安装必须保证竖直。波胶压入前应在其表面涂刷油性脱模剂，以便混凝土成型后波胶取出并延长波胶的使用寿命。
如图2-3-3所示，当预制盖板混凝土强度满足波胶移除要求时（≥1.2Mpa），可以将两条细钢筋插入波胶顶部预设的孔内，用力将其交叉即可打开并移除波胶。
如图2-3-3所示，当预制盖板混凝土强度满足波胶移除要求时（≥1.2Mpa），可以将两条细钢筋插入波胶顶部预设的孔内，用力将其交叉即可打开并移除波胶。 鸭嘴扣与吊钉的扣合步骤如下：①挂钩前应确认吊钉与鸭嘴扣相匹配；②将鸭嘴扣开口处对准吊钉，向下压入使吊钉套入鸭嘴扣中；③旋转鸭嘴扣球头鸭舌，使吊钉卡入鸭嘴扣闭合槽中。鸭舌应尽量旋转到闭合极限位置；④鸭嘴扣落入凹槽中，等待起吊，如图2-3-4所示。
鸭嘴扣可承受轴向的荷载和摇摆，构件在摇摆时可以绕鸭嘴扣旋转，鸭舌必须如图2-3-5所示处于闭锁位置。如果在有荷载时，鸭嘴扣转动不顺，可根据现场情况使用少量润滑油。
构件放下后，如图2-3-5所示旋转鸭嘴扣球体结构舌部，使吊钉处于开口位置以取下鸭嘴扣。然后将吊头拉起，不要让其在吊钉上方摇晃，防止再次误挂。
d 吊钉载荷验算
吊钉不仅要承受预制板的全部荷载，同时还应该考虑在脱模情况下模板与预制混凝土板之间的粘附力，因此吊钉载荷F可按下列公式计算：
F=G*z*M/n
式中G：构件重量
z:扩展角因素
M：模板粘附力（钢模1KN/㎡；木模2KN/㎡）
n：吊钉数量
①构件重量：
以图2-2-1所示的应用在本工程中最大板块为例，板块尺寸为980*1990*80，钢筋混凝土重力密度取25KN/m³，因此可得：
构件重量G=0.08*0.98*1.99*25=3.9KN
②扩展角因素：
应根据起吊时钢丝绳与竖直方向的夹角β或钢丝绳间的扩展角σ来确定扩展角因素z的取值。如图2-3-6所示，当采用平衡吊具起吊时钢丝绳与竖直方向的夹角β为0°，此时扩展角因素最小为1.0；当不采用平衡吊具起吊时，受钢丝绳角度影响在不同情况下的扩展角因素z可按下表取值。本工程按钢丝绳扩展角σ=45°扩展角因素z取值为1.08进行验算
③模板粘附力：
同样以图2-2-1所示的应用在本工程中最大板块为例，板块尺寸为980*1990*80，现场拟采用钢模。
模板粘附力M=1*0.98*1.99+1*0.08*（0.98+1.99）*2=2.43KN
④吊钉数量：
吊钉数量为每块预制板4个，n=4。
因此根据公式：F=G*z*M/n
脱模情况下吊钉的载荷F=3.9*1.08*2.43/4=2.56KN
本工程选用的1.3T*55mm吊钉其设计载荷为1.3T即13KN远大于吊钉实际载荷2.56KN，因此选用的吊钉满足使用要求。
2.3 斜屋面板可调钢模制作安装
为确保施工质量，必须采取有效措施尽量减小预制过程中因材料、工艺等因素造成的尺寸偏差。传统木模刚度低，整体性差，可周转次数少，拆模后模板与混凝土表面易粘连而出现麻面或缺棱掉角，影响预制混凝土板成型质量。定型钢模板整体刚度大不易变形可减小几何尺寸偏差，表面平整光滑可使拆模后感观质量大大提高，拼装方便快捷可减轻劳动强度提高工作效率，并可多次周转使用。因此钢模是斜屋面板预制加工的最佳选择。
a 预制加工场地
为了确保斜屋面预制混凝土板底模平整、光滑，需在施工现场寻找空地预先浇筑100厚C20混凝土基台作为底模，采用激光水平仪抄平后进行表面抹平收光，表面平整度控制在2mm以内，基台平面尺寸为2000mm*6530mm。
b 可调钢模安装
钢模采用等边角钢制作，角钢边长与预制混凝土板厚度相同以便准确控制预制混凝土板厚及便于表面收光。由于预制混凝土板宽度一定而长度可能因分段需要而各有不同因此可将长边钢模固定安装，采用间膨胀螺栓将两根长度为6m的角钢沿纵向镜像固定于基台上，间距等于斜屋面预制混凝土板宽度；
短边钢模有直角边短边钢模和斜边短边钢模两种。
直角边短边钢模用于大面长方形预制混凝土板的加工，长度等于预制混凝土板宽度，同时两端焊接有平行于长边钢模的200mm长短角钢，短边钢模固定位置可根据预制混凝土板长度进行调整，调整就位后采用G字形夹具将两端200mm短角钢与长边钢模夹紧利用型钢表面的摩擦力固定，如图2-4和2-5所示。
斜边短边钢模用于转角45°拼板处梯形预制混凝土板的加工，长度等于预制混凝土板宽度除以/2，同时两端焊接有平行于长边钢模的200mm长短角钢，短边钢模固定位置可根据预制混凝土板长度进行调整，调整就位后采用G字形夹具将两端200mm短角钢与长边钢模夹紧固定，如图2-4-2和2-5所示。
c 短边钢模抗滑移验算
1）查产品说明可得8#G字形夹具单个夹紧力为14KN，设计采用4个G字形夹具于短边钢模两端同时加紧，夹紧力N=14*4=56KN；
2）查规范可得长边钢模与短边钢模间摩擦系数u=0.15；
3）根据最大静摩擦力公式F=uN可得，长短边钢模间的最大静摩擦力F=0.15*56=8.4KN；
4）新浇混凝土作用于模板的最大侧压力F=γcH，式中γc为混凝土的重力密度取24KN/m³，H为新浇混凝土总高度按本工程设计要求为0.08m，F=24*0.08=1.92KN/㎡，短边侧模面积S=0.08*1=0.08㎡，因此新浇混凝土施加给短边钢模两端紧固机构的水平力F1=1.92*0.08=0.15KN;
5）查规范可得，振捣器对竖向模板的荷载值可取4KN/㎡，因此振捣器施加给短边钢模两端紧固机构的水平力F2=4*0.08=0.32KN；
6）综上，F1+F2=0.32+0.15=0.47KN远小于最大静摩擦力F=8.4KN，紧固机构能够满足使用要求。
d 预制加工系统
混凝土基台、固定长边钢模、可调短边钢模以及长短模板间的紧固机构共同形成了一套斜屋面板预制加工系统，可根据具体工程预制混凝土板加工数量及施工现场场地情况预先设置多套这样的系统以提高效率，如图2-5和2-6所示。
2.4 预制混凝土板钢筋绑扎及混凝土浇筑
钢模安装并调整就位后按照设计要求绑扎预制混凝土板底部双向钢筋网；当预制混凝土板厚度小于100mm时宜采用细石混凝土浇筑，混凝土强度等级应满足设计要求；混凝土浇筑前应在钢模内侧涂刷不影响预制混凝土板外观的脱模剂,基台表面涂刷混凝土表面密封固化剂2遍；混凝土浇筑入模后，采用平板式振捣器或小直径振捣棒进行细致振捣。由于事先选用了边长与预制混凝土板厚度相同的角钢模，混凝土只需浇筑至钢模顶面再沿顶面收光抹平便可准确控制预制混凝土板厚度；混凝土终凝前应进行二次收面消除温度收缩裂缝，保证预制混凝土板感观质量；应在混凝土浇筑完成后8-12小时开始洒水并覆膜养护，养护时间不少于7d。每批次预制混凝土板混凝土浇筑时应按要求留置标养及同养试块各一组。
可视天气情况，在混凝土达到一定强度确保不缺棱掉角的前提下，拆除预制混凝土板两短边可调钢模及夹具，清理养护后重复使用；预制混凝土板起吊后，应对长边固定钢模进行清理养护以便再次使用。
2.5 预制混凝土板吊装
必须根据留置的同条件试块试压强度确定预制混凝土板强度达到设计强度的70%方可起吊，完全达到设计强度后方可进行安装作业。
预制板的吊装应使用预设的全部吊点，采用吊具挂住吊点，控制各吊索长度确保起吊平稳，各吊点均匀受力。在吊装时应确保吊绳与预制混凝土板水平夹角在45°~60°之间。
吊装效果如图2-7所示：
吊装步骤如下：吊装前在四周拉警戒线，观察周边环境是否安全，检查吊点的位置，明确构件的就位方向，同时检查预制构件的完整性、排除就位的障碍。
构件起吊时，先进行试吊，试吊高度为50cm，试吊过程中检测吊钩与部品、吊钩与钢丝绳连接是够可靠，检查构件是否存在裂痕，确认各项连接满足要求后方可起吊。
吊运至安装位置上方后，由于斜屋面板有坡度要求，板的两长向对边不是同时下落，引导对正后需两人协同配合：两个人分别在两短边扶正使预制混凝土板正对安装位置后示意塔机指挥缓慢下落，下落至较高搁置点采用撬棍调整位置放稳后，继续下落用同样的方式将预制混凝土板另一边搁置在较低搁置点上，确认放稳后松开吊钩。
吊装完毕后，检查预制混凝土板安装是否到位，各项偏差应满足要求，如出现偏差，将构件吊起重新吊装。各板块间不应该出现高低不平的情况，也不应该出现过大空隙，局部出现的无法避免的空隙应做封堵处理;
2.5 接缝及面层防水处理
接缝处理分为板块间的接缝处理和板块与现浇结构间的接缝处理。
a 板块间接缝处理
按照设计，板块间预留了10mm安装缝隙，板块全部吊装完毕后采用沥青麻丝及改性沥青油膏进行嵌缝处理，如图2-8所示：
b 板块与现浇结构之间的缝隙采用聚合物防水砂浆填塞，所有塞缝工作完成后在与斜屋面表面施工一层1.2mm厚聚氨酯-I型柔性防水涂膜，注意防水施工前应割除预埋吊钩并做防锈处理，如图2-9所示：
3材料要求
3.1 预制混凝土板底模采用现场浇筑100厚C20混凝土基台，表面抹平收光平整度控制在2mm以内。
3.2 预制混凝土板侧模采用L80*6等边角钢（理论重量7.376kg/㎡），表面光滑平整。
3.3 预制混凝土板长边侧模采用M8*80膨胀螺栓固定，短边可调侧模采用2#G字形夹具夹紧固定。
3.4 预制混凝土板采用满足设计要求强度等级的细石混凝土浇筑，吊点宜采用成品吊钉，当采用吊环时吊环钢采用φ10，HPB300级钢筋制作，圆弧段半径R=25mm，设置2根直径8mm长度不小于400mm的HRB400级加强钢筋。
3.5 其余材料：板间嵌缝采用沥青麻丝+改性沥青油膏；板与结构间缝隙填塞采用聚合物水泥防水砂浆；板面防水层采用1.5厚聚氨酯-I型柔性防水涂膜。
3.6 重量统计
按照本此具体实施工程设计情况，单块预制混凝土板最大尺寸为2000*1000mm板厚80mm，取钢筋混凝土容重为25KN/m³，则单块预制混凝土板最大重量为2*1*0.08*25=4KN≈400kg，施工现场使用的各型塔机均可以轻松起吊，安装方便快捷。
4质量控制措施
4.1 模板的拼接处不应漏浆，短边可调侧模与长边固定侧模之间若因安装误差导致缝隙过大时采用双面胶条封堵。
4.2 混凝土基台面层是作为预制混凝土板的底模使用，应确保其表面平整度控制在2mm以内，基台混凝浇筑后收面工作全程采用激光超平仪辅助施工，以确保施工质量。
4.3 模板与混凝土的接触面应清理干净并涂刷脱模剂，拆模后及时对钢模各组件进行清理养护。
4.4 浇筑混凝土前应先将模板内的杂物清理干净。
4.5 采用小直径振动板和平板式振动器相结合的方式对预制混凝土板进行细致振捣，必须采用二次收面工艺并及时洒水覆膜养护，杜绝温度收缩裂缝出现。预制构件必须达到设计强度后方可起吊。
4.6 预制混凝土板安装前必须确保现浇结构上的搁置点平整顺直，对不满足要求的部位安装前应进行局部修补，安装过程中若发现因搁置点高地不平而影响预制混凝土板安装的可采用局部坐浆的方式调整板材上下口安装高度，以达到板材高平整化一的标准。
5质量标准
5.1 预制混凝土板上的平面尺寸、厚度、预留吊筋、钢筋网片的规格、位置和数量应符合深化图和设计的要求。
5.2 预制混凝土板的成型外观不能有蜂窝麻面、裂缝过大等严重缺陷，对出现上述缺陷而无法修复的板材做报废处理。
5.3 预制混凝土板的强度等级应满足设计要求，砼试块强度应按照现行国家标准进行评定。
5.4 预制混凝土板的安装后应保持完好，防止方式位置正确、无破损，裂缝等；板与板之间的缝隙以及板与结构之间的缝隙控制在设计允许范围内。
6结语
6.1 预制安装式斜屋面板施工工法，很好的解决了传统装饰性局部斜屋面采用现浇方式施工底模及支撑体系无法拆除，板面成型效果差等问题，使斜屋面板表面成型质量大幅提升。
6.2 在装饰性局部斜屋面板设计宽度一致的情况下，采用长度可调的钢模进行预制混凝土板制作，减少了模板用量，且钢模可周转使用次数大大高于木模，节约了材料。
6.3 预制安装式斜屋面板施工工法，可事先对单项工程所需的所有斜屋面板进行提前统一预制加工，具备施工条件后统一吊装，较传统支模方式可以大幅加快施工进度。
6.4 钢模模板全部由型钢制成，一次加工成型，终身循环使用，不产生任何废料及建筑垃圾，是绿色施工的一具体体现。
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论文作者:刘星志
论文发表刊物:《建筑与实践》2019年第06期
论文发表时间:2019/6/20
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