QC-全预制装配整体式剪力墙结构体系节点研究

全预制装配剪力墙结构节点创新南通总承包研发中心NPC体系QC小组一、工程概述•南通海门中南世纪城33#楼，地下1层，地上10层，高度32.50m，总建筑面积4556m2，剪力墙结构。基础及地下室剪力墙采用现浇钢筋混凝土结构，上部剪力墙、梁、板、楼梯均采用全预制装配整体式剪力墙结构（NPC体系），整体预制装配率达到90%以上，为中国及至亚洲第一幢真正意义上的预制装配式钢筋混凝土剪力墙结构小高层建筑。•本课题通过对全预制装配剪力墙结构核心部分—连接节点的创新、研究、试验等，为该结构体系从理论依据上提供有力支持。海门中南世纪城33#楼效果图二、小组简介QC小组简介表小组名称南通总承包研发中心NPC体系QC小组活动课题全预制装配剪力墙结构节点创新课题类型创新型注册日期2009年3月1日活动时间2009年3月～2009年12月小组注册号NTZCB-QCXZ-NPC-200903活动频数每周一次课题注册号NTZCB-QCKT-NPC-200902出勤率98%平均年龄36岁小组成员成员姓名职务职称文化程度组内分工组长陈耀钢课题负责人工程师本科具体负责实施副组长张军研发中心经理高级工程师本科全面管理副组长钱益锋技术负责人工程师本科方案优化组员徐兵项目经理工程师本科现场安装负责组员孙海龙设计师工程师本科方案设计组员李彪奇施工员工程师本科施工管理组员文晓晖商务经理造价师本科效益核算组员顾烨资料员助理工程师本科资料整理NPC体系QC小组活动顾问团姓名职务/职称分工叶可明上海建交委科技委副主任工程院院士总顾问成果鉴定、评价董年才南通总承包总工程师教授级高级工程师项目总负责全面主持研发工作郭正兴博士生导师东南大学教授节点及框架试验提供理论支持QC小组活动表3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月选定课题设定目标提出各种方案并确定最佳方案制定对策表按对策表实施确认效果标准化总结与今后打算时间阶段理论依据缺乏目前国家及行业无相关预制剪力墙结构体系的规范标准。无先例可借鉴技术需求多社会影响大经考察调研国内外无相类似工程施工经验可借鉴。工厂预制、运输，现场堆放、吊装、校正、浇筑，安装预埋预留等各工序集成多，操作工人不熟练，普通工艺无法满足要求。33#楼采用预制装配，符合国家建筑产业化大趋势，有利于打造低碳、绿色、环保节能建筑。必须对全预制装配剪力墙结构节点进行创新研究三、选择课题四、设定目标•1、课题目标•对全预制装配剪力墙结构体系创新，满足结构可靠度的前提下，方便现场操作及施工。•2、目标值分析•1）与澳大利亚康诺克公司进行合作，在引进康诺克公司原有预制装配技术上进行研发改进，使其更符合我国国情及现有生产力水平。•2）南通总承包公司的技术中心已通过省级技术中心认定，拥用先进的检测试验设备及高素质人材的研发团体。•3）通过与东南大学成立“东大—南通总承包建造技术联合研发中心”，充分依托高校资源，为NPC预制装配体系提供理论研究及技术支持。•4）利用中南集团集房地产、设计、建筑、机械加工等多元化优势，充分进行资源整合，减少中间环节提高工作效率。•依上所述，实现目标值是很有把握的！五、提出各种方案并确定最佳方案•1、对国内外各项预制装配工艺进行分析研究，确定创新方向。•由于引进的澳大利亚康诺克预制装配技术存在一定的局限性，该技术体系在澳州只用于建造6层以下建筑，且抗震性能未必满足国内规范要求。如何将该技术因地制宜地用于国内小高层建筑，必须在确保结构可靠度的前提下进行创新。•课题组成员运用创新思维，借助“头脑风暴法”，相互启发，把能够带到预定目标的各种方案充分地提出来。最后关键点落在“全预制装配剪力墙结构节点创新”上，课题组针对“全预制装配剪力墙结构节点创新”这一主题展开了广泛的讨论，问题主要集中在确保结构可靠度及方便现场施工操作这两个要点上。•2、根据关键点提出创新工艺及方案•小组成员对“确保结构可靠度及便于现场施工操作”这两个要点列举出了多种方案，并逐一进行论证分析筛选。最后大家提出三种创新型节点施工方案。•三种创新方案：•方案A：根据国内标准及规范要求，将澳大利亚康诺克公司技术体系中注浆管长度进行调整，满足钢筋锚固及搭接长度要求，竖向连接采用浆锚连接。•方案B：梁墙、梁板、剪力墙转角等关键节点采用高一强度等级无收缩混凝土进行现浇。竖向连接采用浆锚连接，调整注浆管长度满足规范要求。方案B—节点现浇加竖向浆锚连接节点现浇节点现浇浆锚连接•方案C：采用外挂内浇技术，即工厂预制2cm厚混凝土墙板替代外模板，现场进行钢筋绑扎及支设内模，浇筑混凝土。方案C—外挂内浇体系需支设内模替代外模3、三种方案的可行性分析及优略评估序号方案项目陈耀钢张军钱益锋徐兵孙海龙李彪奇文晓晖顾烨综合得分1方案A结构可靠度4655465551.52工厂预制难度786776773现场施工难度878878874造价778768765工期666776766方案B结构可靠度9988788758.57工厂预制难度878878878现场施工难度778768769造价7667787810工期7788786711方案C结构可靠度9101010910101053.112工厂预制难度5445665613现场施工难度4544654414造价6776667615工期54556565说明：各单项按满分为10分，最低分为3分进行打分（3-4分为差，5-6分为及格，7-8分为良好，9-10分为优秀）。各单项权重为：结构可靠度3、工厂预制难度2、现场施工难度2、选价2、工期1。三种方案对比、分析、评价表•根据以上分析评价结果，决定采用方案B—“梁墙、梁板、剪力墙转角等关键节点采用高一强度等级无收缩混凝土进行现浇，竖向连接采用浆锚连接”。•同时组织国内相关权威专家进行论证，最终确定了方案B为可采用的方案。专家论证意见六、制定对策三种方案对比、分析、评价表序号对策目标措施地点负责人完成日期1完善后续试验，确保该体系在抗震等各项指标上满足规范要求进一步验证该体系的结构可靠度继续与东南大学木工工程学院进行联合研发，选取有代表性的试件进行节点及框架低周反复试验，验证该体系抗震性能。东南大学实验室陈耀钢张军2009年5月30日2完善33#楼试点工程施工转化图纸满足工厂预制及现场施工要求与设计院及澳方合作。将正式施工图进行转化，提供生产图进行工厂化预制加工。公司研发中心钱益锋孙海龙2009年5月30日3进行设计、图纸及施工方案交底使管理人员充分掌握该体系各项特点针对管理人员对该体系的认知程度不同，有针对性的对该体系的设计及转化思路、施工方案进行交底。研发中心会议室陈耀钢孙海龙2009年6月20日4进行工厂预制及现场安装技术交底及专业培训使操作工人能正确掌握操作及施工要领针对操作工人均为第一次接触此类工艺，进行技术交底、专项培训和现场操作指导。工厂及施工现场徐兵李彪奇2009年10月8日5通过成本预测，进行成本控制与分析做到事前制造、事中控制、事后分析根据施工图及转化图分别编制成本制造书，通过预制与现浇成本分析，找出存在的差异，有针对性进行控制。预算室文晓晖顾烨2009年6月30日七、对策实施•实施一：节点及框架试验•1、充分利用与东南大学组建“东大—南通总承包建造技术联合研发中心”的优势，优化试验方案。根据实际工程结构各部位的预制装配工艺的不同，选取具有代表性的典型节点。每类试件现浇制作2个，装配制作3个，采用1：1足尺模型。试验加载采用拟静力加载方式即低周反复加载。•2、试验结果表明：•1）装配式节点：主要受力耗能节点形式—T形外墙、梁、板节点的装配式试件可以达到与现浇试件同样的抗震性能，刚度、延性及承载力由于插筋的存在均得到了一定提高。•内墙、板节点装配式试件刚度、承载力同样由于插筋的存在得到了一定提高，但由于构造上的原因，耗能在两个加载方向上与现浇试件差别较大，总体耗能能力与现浇的相近。•2）装配式框架：装配式框架试件在承载力、延性以及耗能能力等方面均达到了与现浇框架试件相近的结果。节点试验现场节点破坏形态框架试验现场•实施二：施工图纸转化•充分利用澳大利亚康诺克成熟的预制转化技术，根据国内相关标准规范的要求，同时综合考虑现场安装条件、运输、堆放等实际情况，将已通过省审图中心审图的结构施工图转化成工厂预制生产图。由钱益锋、孙海龙组织相关设计人员根据时间节点完成此项工作。•实施三：设计、图纸及施工方案交底•根据相关管理人员对该体系的认知程度不同，有针对性的对该体系的设计及转化思路、施工方案进行交底。由陈耀钢、孙海龙组织相关材料安排时间落实，做到在开工前使每一个相关管理人员能真正理解设计转化的意图及现场安装关键点控制。设计图纸交底会•实施四：进行技术交底及专业培训•针对操作工人对此类工艺的不熟悉，由徐兵、李彪奇排出培训计划，进行技术交底、专项培训，同时在施工操作时进行现场指导，发现问题及时进行解决，解除工人后顾之忧。工厂预制构件吊装指导外籍专家指导现场预制构件吊装指导•实施五：编制全面预算，进行成本对比分析•由文晓晖、顾烨负责将结构图与转化后的施工图分别编制预算书，进行成本对比。找出转化后可能增加成本的部分进行人材机分析，及时反馈到设计部进行优化调整，严格控制好生产成本。八、确认效果•效果一：技术成果•本项目为住房和城乡建设部“2009年科学技术项目计划——研究开发项目（新型建筑结构技术），项目编号：2009-K2-20”。•2009年12月26日通过由建设部组织的技术成果鉴定，叶可明院士担任主任委员，行业相关权威专家经现场检查、资料审核，一致认为：NPC结构体系预制化程度高，施工工艺先进，经济合理，符合我国建筑工业化和住宅产业化的发展方向，对推进我国绿色建筑、绿色施工的发展具有重要的示范作用；完成了计划任务书的目标，研究成果总体达到国际先进水平。课题验收建设部验收证书及专家结论国际先进水平验收委员会主任：叶可明院士•效果二：社会效益•1、预制装配整体式剪力墙结构（NPC体系）改变传统的施工方法，从而减少污染排放、降低木材（脚手钢管等周转料具）使用量，每平方米耗水量比传统施工方法减少63%，木模板（周转料具）使用量减少87%，垃圾产生量减少91%。•2、预制构件在工厂采用机械化生产，产品质量更易得到有效控制，构件外观质量、耐久性等较好。因构件表面质量优越，可完全取消构件表面抹灰作业而直接进行相应的装饰作业。•3、产业化流水预制构件工业化程度高，预制构件机械化成度高，操作人员劳动强度得到有效缓解，较大减少现场施工人员配备。•4、现场装配、连接可避免或减轻施工对周边环境的影响。减少施工现场湿作业量，施工现场水泥、砂石等使用量减少，有利于环境保护，减少粉尘、噪音等污染。•效果三：工程质量•试点工程海门中南世纪城33#楼于2009年11月28日顺利结构封顶，已通过相关部门的结构验收。2010年3月初通过南通市优质结构验收。海门中南世纪城33#楼实体图•效果四：专利、论文、工法•NPC技术体系相关节点已申请发明专利20项、实用新型专利20项，目前已获授权专利6项。•国内核心期刊发表论文2篇，申报省级工法2篇。已获授权专利证书核心期刊发表论文九、标准化•已形成公司标准《预制装配整体式剪力墙结构（NPC体系）技术规程》共14项。•由南通建筑工程总承包有限公司和东南大学作为主编单位申报的行业标准——《全预制装配整体式剪力墙结构技术规程》，已获住房和城乡建设部立项（建标标函[2010]10号）。NPC技术规程汇编十、总结与今后打算QC小组活动结束后，我们进行了自我评价，结果如下：自我评价表序号评价内容活动前（分）活动后（分）1团队精神70902创新精神70953QC工具运用技巧65904工作热情干劲80905改进意识7585自我评价雷达图•从自我评价表与雷达图可以看出：通过QC小组的创新活动，小组全体成员提高了解决实际问题的能力，各个方面均得到了明显成效，尤其在创新精神上更是得到了质的提高。•我们将对以后工作过程中遇到的创新点、重点、难点继续开展QC活动，我们小组的下一个课题是“全预制装配结构整体厨卫间创新”。谢谢！