PC装配式建筑结构中机电管线连接节点设计

于海安，何文，黄佩兵

（中国电建集团国际工程有限公司，北京 100036）

伴随建筑行业建造技术的迅速发展，各类装配式建筑蓬勃兴起。与传统混凝土建筑相比，PC装配式建筑的建造能够有效地实现节约资源、保护环境和减少污染的目的，在降低住房建设的经济成本等方面具有重要的推动作用[1]。同时，装配式建筑施工能够实现构件的集中生产和材料的统筹运输，构件的加工、生产、运输和安装过程如工厂流水线一样简洁便利。流程式作业对技术的要求并不太高，有效减少了高级技术人才的使用，节省了技术成本[2]。在传统现浇结构中，机电管线采用现场直接预埋或者后续开槽预埋，而装配式结构中的全部机电管线需在构件预制阶段和基础浇筑阶段预埋。如何精确、高效地将现浇结构（基础）与预制构件中（墙板）的机电管线连接好，是施工人员必须面对的课题。本文基于施工经验，对PC装配式建筑结构中机电连接节点存在的问题进行分析，并提出多种设计方案进行对比，最后确定最优方案并依托项目进行了大规模应用。

沙特保障房三期55#地块项目建筑采用PC装配式建筑体系，共有249套别墅，均为一层结构。根据卧室的数量不同分为1居室、2居室、3居室、4居室4种户型。墙体厚度有100mm、150mm、220mm三种规格，总建筑面积27266m2。其中基础为现浇筏板结构，墙板及屋面预应力空心板均在加工厂完成预制后运抵现场拼装成一体。基础与墙板通过基础预留锚筋连接，墙板与屋面板通过墙板预留锚筋连接。为保证建筑的外观质量，提高装配结构的整体性，业主要求所有机电管线均须预埋在基础和墙板内，禁止在墙体上二次开槽，且不允许在地面装饰层中排管布线。待预制墙板安装完成后，基础与墙板之间机电管线通过预制墙板上的接管孔槽进行二次连接。

该项目排水系统管材为硬聚氯乙稀管（UPVC管），给水系统管材为三型聚丙烯管（PPR管），电气管材为聚氯乙烯管（PVC管）。其主要型号如表1所示，主要性能参数如表2所示。

表1 机电管线型号表

表2 机电管线主要性能表

在传统现浇混凝土建筑中，一般主排水管已提前整体预埋在结构中，不存在后期二次接驳问题。给水管、电线套管布置在地面装修层中，并可通过墙面开槽安装至相应高度位置，管线安装后进行封槽处理。在此情况下，需要进行连接的两段管线，至少有一段为后装段，按照正常的操作即可完成相应的机电管线连接。

而该项目装配式建筑结构中，墙体为分块预制，基础为筏板现浇结构，因此存在墙体预留线管与基础线管二次接驳问题，即水平方向预埋的线管（敷设于地面基础）与预制外墙体内的线管（由PC厂预埋）进行接驳[3]。由于现浇基础与预制墙板中的机电管线在连接前均已预埋完成，管线不可移动，常规的管线连接所需条件已不具备，因此需要根据该项目机电管线连接特点另外进行方案设计。

针对PC装配式建筑中机电管线连接存在的问题，结合管材材质、管径和主要性能的差异，设计了三种连接方案，包括直接连接法、套管连接法、错位连接法。

4.1 直接连接法

材料的弹性模量受塑性变形的影响而发生变化[4]，由表2可知，UPVC、PVC、PPR管材弹性模量分别为3000 MPa、1800 MPa和900 MPa。弹性模量越低，刚度越小，材料越容易变形；
弹性模量越高，刚度越大，脆性越强，材料越不易变形。直接连接方案正是利用PPR、PVC管材自身或局部加热后容易弯制的特性进行设计，连接节点详情如图1所示。

图1 直接连接节点

4.1.1 施工工艺

（1）参照机电设计图纸，预埋现浇基础内相关机电管线，需要与墙板连接的机电管线需伸出筏板基础100mm，用定位钢板或钢筋将预埋管线精准定位，保证平面位置误差在10mm内。在基础混凝土浇筑振捣过程中，勿碰触预埋管线，浇筑完成后及时检查外露管线是否发生移位现象，如管线发生位移，应在混凝土终凝前及时进行校正调整。

（2）按照墙板深化图，预埋墙板内相关机电管线，需要与基础相连接的位置预留管线连接槽，连接槽高度为400mm，宽度为100n+100（n为接管根数），深度等于墙厚，机电管线伸入连接槽100mm。

（3）墙板吊装完成后，根据设计要求分别采用热熔焊接或者粘结工艺从下往上进行连接。首先将基础埋管与下部直接焊接或粘结连接，然后将配管与下部直接连接好，再将配管与上部直接连接，最后将上部直接与墙体埋管连接完。

4.1.2 适用范围

（1）该方法适用于PPR20、PPR25、 PPR32和PVC电线套管连接。由于UPVC管材材质较脆，不易变形，因此不适用此方法。

（2）对管线预埋精度要求较高，材料变形量不能超过变形上限。根据工艺实验可知，基础、墙板中埋管位置偏差不得大于30mm。

4.2 套管连接法

在基础浇筑和预制墙板时，分别在基础和墙板内预埋套管,套管与机电管线之间间隙需用胶带封堵，防止浇筑时混凝土流入。墙板内套管长度为500mm，基础内套管为150mm。管线连接端在套管内具有可活动空间，为后续连接创造条件，节点详请如图2所示。

图2 套管连接节点

4.2.1 施工工艺流程

施工工艺同直接连接法。

4.2.2 适用范围

（1）受限于墙板厚度，如套管选择过大，套管与套管、套管与墙板内钢筋之间会产生冲突问题；
套管选择过小，套管与管线之间间隙小，导致管线活动空间小，管线位置调节作用就不明显。因此，该方法适用于220mm墙体所有机电管线连接，150mm墙体可选择性使用，但不适用100mm墙体。

（2）对管线预埋精度具有较高要求。根据工艺实验可知，基础、墙板中埋管位置偏差不宜大于30mm。

4.3 错位连接法

参照原机电管线深化设计图，按往左或右偏移50mm的原则设计出新的基础机电管线点位图，使基础与预制墙板内机电管线形成错位，然后通过45°弯头相连接，节点详情如图3所示。

图3 错位连接节点

4.3.1 施工工艺

（1）按偏移50mm后的机电点位图进行基础机电管线预埋，需要与墙板连接的机电管线需伸出基础100mm，后续连接时，伸出长度可根据现场情况进行缩减。

（2）按照预制墙板深化图预埋墙板内相关机电管线，在需要与基础管线连接的位置预留管线连接槽，接线槽高度为300mm，宽度为100n+150（n为接管根数），深度等于墙厚。

（3）墙板吊装完成后，根据设计要求分别采用热熔焊接或者粘结工艺从下往上进行连接。首先将基础埋管与下部45°弯头焊接或粘结连接，然后将配管与下部45°弯头连接好，再将配管与上部45°弯头连接，最后将上部45°弯头与墙体埋管连接完。

4.3.2 适用范围

（1）适用于所有机电管线连接，对机电管线预埋精度要求不高。

（2）错位连接虽降低接线槽高度，但增大了接管槽的宽度，特别是在厨房、卫生间墙板内管线较多的场合，预留的管线连接槽较多，单块预制构件上连接槽总宽度可能会超过1/4构件宽度的限制，此时应适当进行管线布置优化。

从施工工艺和适用范围等方面对以上三种连接方案进行对比分析，PVC穿线套管因容易弯制，且实际施工中其位置偏差可以控制在30mm以内，故选择直接连接法连接。错位连接方案具有对管线预埋精度不高、适用范围广等优点，因此PPR、UPVC管选择错位连接方式进行连接。

在沙特保障房PC装配式建筑项目的施工实践中，PVC穿线套管采用直接连接法施工，PPR、UPVC管采用错位连接法施工，分别如图4、图5所示。两种方法省去了二次开槽工序，简化了施工工艺，缩短了工期，施工质量、结构整体性得到了很好的保证，取得了良好的经济效益和社会效益。

图4 机电管线直接连接

图5 机电管线错位连接

预制墙体上水电预留预埋的实施，减少了现场预留预埋施工压力；
工业标准化的制作，保证了预留预埋的质量[5]；
在后期连接时，仅需要普工完成相关连接工作，极大减少了施工现场水电安装的人工量，节约了宝贵的人力资源。

由于省去了开槽工序，大大降低了切割机等开槽机具的使用频率，减少了有害粉尘和建筑垃圾污染，有利于现场安全文明施工的管理，同时满足了绿色施工的要求。

根据PC装配式建筑的特点，设计了三种机电管线连接方案，并从施工工艺和适用范围等方面对以上三种连接方案进行了对比分析。在工程实践中，以上三种PC装配式建筑机电管线连接方法与传统后装法相比，均大大减少了开槽和二次封槽工作量。直接连接法和错位连接法分别适用于不同材质和直径的机电管线连接，在经济性和可操作性等方面均体现出了一定的优势。

本文主要依托沙特保障房PC装配式建筑项目对结构中机电连接技术进行节点优化设计，并通过施工现场实践进行检验验证。但研究还具有一定局限性，对以下内容研究不够充分，还需进行相关实验完善已取得的成果。

（1）仅设计并通过工程实践了外径50mm及以下机电管线的连接方式，对大直径的管线连接未进行应用和验证。

（2）部分管材连接过程中局部需进行加热处理，对管材受热后物理、化学性能的变化未做深入研究。

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