陳 達(dá)

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣州510010）

1 工程概況

徐州某工業(yè)廠房項(xiàng)目單體總建筑面積約為1萬m2，共6層，高25.8 m，橫向跨度約為20.6 m，縱向跨度約為78 m。為響應(yīng)國家及項(xiàng)目當(dāng)?shù)仃P(guān)于推進(jìn)裝配式建筑的政策要求，并且考慮廠房結(jié)構(gòu)布置的規(guī)整性和工程造價(jià)的經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)采用2～6層裝配式疊合樓板，主體梁柱結(jié)構(gòu)仍采用現(xiàn)澆施工。本項(xiàng)目效果如圖1所示。

圖1 工業(yè)廠房效果Fig.1 Industrial Plants Architectural Rendering

2 裝配式疊合樓板設(shè)計(jì)分析

2.1 工業(yè)廠房建筑特點(diǎn)

工業(yè)廠房跨度大，層高較高，各層平面及開間布置重復(fù)率高，樓層板平面大部分可設(shè)計(jì)為規(guī)格一致的樓板，非常適合設(shè)計(jì)為預(yù)制樓板。同時(shí)工業(yè)廠房樓層板平面面積較大，預(yù)制板構(gòu)件在結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件的占比較大，通過樓板設(shè)計(jì)為預(yù)制板構(gòu)件，而梁柱構(gòu)件設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆構(gòu)件，該設(shè)計(jì)方法將比較容易讓建筑物單體達(dá)到較高的裝配率，滿足建筑物單體裝配式政策的要求，同時(shí)也能適當(dāng)控制建筑物因采用裝配式建設(shè)提高的成本。

2.2 兩階段使用設(shè)計(jì)

本工程裝配式樓板設(shè)計(jì)為預(yù)制疊合板，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（2015年版）：GB 50010-2010》［1］的相關(guān)內(nèi)容要求，預(yù)制疊合構(gòu)件的受力承載力設(shè)計(jì)需要考慮兩階段使用設(shè)計(jì)。

其中，第一使用設(shè)計(jì)階段為疊合板的后澆疊合層混凝土未達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之前的階段，該階段的荷載由疊合板的預(yù)制構(gòu)件來承擔(dān)，預(yù)制構(gòu)件的受力按簡(jiǎn)支構(gòu)件來分析計(jì)算；該階段的荷載包括預(yù)制構(gòu)件的自重、疊合層的自重以及本階段的施工活荷載。

而第二使用設(shè)計(jì)階段為疊合板的后澆疊合層混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的強(qiáng)度值之后的階段。該階段疊合構(gòu)件按整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析計(jì)算；該階段的荷載應(yīng)考慮下列2種情況并取較大值作為控制工況：

⑴施工階段：考慮疊合構(gòu)件的自重、預(yù)制樓板的自重、樓面面層、設(shè)備吊頂?shù)茸灾匾约氨倦A段的施工活荷載；

⑵使用階段：考慮疊合構(gòu)件的自重、預(yù)制樓板的自重、樓面面層、設(shè)備吊頂?shù)茸灾匾约笆褂秒A段的可變荷載。

設(shè)計(jì)當(dāng)中第二階段的使用階段需根據(jù)構(gòu)件所承受的永久荷載、可變荷載、風(fēng)荷載、地震作用下的組合內(nèi)力后，按最不利的內(nèi)力進(jìn)行截面鋼筋計(jì)算。對(duì)于裝配整體式框架需分別考慮施工階段和使用階段2種工況，并取其大者配筋。

2.3 板厚的確定

預(yù)制疊合板設(shè)計(jì)板厚分為預(yù)制板構(gòu)件厚度和后澆混凝土疊合后板總厚度。通過對(duì)一系列的條件進(jìn)行推敲和驗(yàn)算預(yù)制疊合板厚度是否符合各方面的要求，主要考慮的因素有：

⑴根據(jù)建筑功能設(shè)計(jì)要求和施工階段荷載，假設(shè)預(yù)制板構(gòu)件厚度和疊合板總厚度，驗(yàn)算一系列條件是否滿足，根據(jù)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：JGJ 1-2014》［2］要求，預(yù)制板構(gòu)件的最小厚度不宜小于60 mm，后澆混凝土疊合層的最小厚度不應(yīng)小于60 mm，即疊合板的總厚度不宜小于120 mm。

⑵預(yù)制板構(gòu)件需要滿足在脫模、運(yùn)輸、施工過程中不宜出現(xiàn)裂縫，造成未施工已開裂的不良錯(cuò)覺。

⑶桁架支架上弦筋與預(yù)制板構(gòu)件面之間的空間或桁架支架上弦筋與后澆樓層面之間，是否滿足機(jī)電專業(yè)在面層現(xiàn)澆階段的預(yù)埋和鋪設(shè)管線的要求，一般預(yù)埋和鋪設(shè)管線的套管管材為PVC 管，直徑一般為25 mm［3］。

預(yù)制板構(gòu)件是否使用支撐和支撐的數(shù)量，也會(huì)影響預(yù)制板構(gòu)件的厚度，根據(jù)支撐間距驗(yàn)算預(yù)制板構(gòu)件的承載能力和正常使用極限狀態(tài)［4］。

以安全、經(jīng)濟(jì)的角度考慮，針對(duì)上述一系列條件，綜合考慮和選擇預(yù)制板構(gòu)件厚度和疊合板總厚度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可得，樓板在綜合考慮上述因素后，樓板總厚度不小于140 mm可基本滿足各專業(yè)需求且正常施工。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)施工便利性的考慮

裝配式疊合樓板可分為單向裝配式疊合樓板和雙向裝配式疊合樓板；按受力方式來區(qū)分，2種裝配式疊合樓板之間并沒有太大的優(yōu)缺之分，但從預(yù)制構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)疊合施工的角度出發(fā)，單向裝配式疊合樓板相比雙向裝配式疊合樓板的優(yōu)點(diǎn)將大大凸現(xiàn)。裝配式疊合構(gòu)件仍需要在現(xiàn)場(chǎng)施工安裝現(xiàn)澆構(gòu)件或預(yù)制疊合構(gòu)件后澆層中的鋼筋，梁柱構(gòu)件鋼筋一般數(shù)量繁多且排布多樣，預(yù)制疊合構(gòu)件中預(yù)設(shè)鋼筋的出筋布置將大大影響現(xiàn)澆構(gòu)件或預(yù)制疊合構(gòu)件后澆層中鋼筋的布置，也會(huì)增加現(xiàn)澆構(gòu)件或預(yù)制疊合構(gòu)件后澆層中鋼筋的施工安排難度。根據(jù)文獻(xiàn)［2］內(nèi)容要求疊合板板端支座處，預(yù)制板內(nèi)的縱向受力鋼筋宜從板端伸出并需要錨入支承結(jié)構(gòu)梁或結(jié)構(gòu)墻的后澆混凝土中，同時(shí)該縱向受力鋼筋的錨固長度不應(yīng)少于5d（d 為縱向受力鋼筋直徑），而且縱向受力鋼筋的伸出長度宜伸過支座中心線，具體布置要求如圖2 所示。而預(yù)制疊合板板側(cè)支座處根據(jù)文獻(xiàn)［2］要求不需要將預(yù)制板預(yù)設(shè)底板出筋。如果預(yù)制疊合板鋼筋預(yù)設(shè)底筋不出筋，將大大提高現(xiàn)場(chǎng)施工安裝后澆層中鋼筋的效率［5］，特別是對(duì)于受力較大且需要配多層梁面筋的作為板支座的框架梁，其現(xiàn)場(chǎng)施工安排梁面筋的施工效率受預(yù)制疊合板預(yù)設(shè)底筋的出筋方式影響較大。因此，對(duì)于裝配式疊合板的折分設(shè)計(jì)宜盡量設(shè)計(jì)為單向疊合板，減少預(yù)制疊合板構(gòu)件的出筋范圍，提高施工安裝現(xiàn)澆構(gòu)件或預(yù)制疊合構(gòu)件后澆層中鋼筋的效率。

圖2 疊合板端及板側(cè)支座構(gòu)件示意Fig.2 Schematic of Superimposed Board End and Board Side Support Components

2.5 運(yùn)輸及吊裝施工可行性考慮

預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸?shù)南拗菩枰紤]國內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆废迣挕⑾薷呒跋拗氐葘?duì)構(gòu)件尺寸的分割設(shè)計(jì)影響，根據(jù)國內(nèi)交通管理部門的《超限運(yùn)輸車輛行駛公路管理規(guī)定》（交通運(yùn)輸部令2016年第62號(hào)）內(nèi)容規(guī)定：當(dāng)國內(nèi)運(yùn)輸定義車貨長寬高尺寸有下列情形之一的貨物運(yùn)輸車輛將定義為超限運(yùn)輸車輛：①車貨最大高度從地面算起超過4 m 的運(yùn)輸車輛；②車貨最大寬度超過2.55 m 的運(yùn)輸車輛；③車貨最大長度超過18.1 m 的運(yùn)輸車輛。當(dāng)運(yùn)輸車輛被定義為超限運(yùn)輸車輛時(shí)需要通過申請(qǐng)?jiān)S可后才能上路運(yùn)輸。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)［6，7］，考慮道路和運(yùn)輸車輛寬度的限制，運(yùn)輸構(gòu)件短邊方向出筋寬度不得超過3.2 m。構(gòu)件高度尺寸較大時(shí)需要采用低平板車進(jìn)行運(yùn)輸，車上應(yīng)設(shè)有專用架，并且設(shè)有可靠的穩(wěn)定構(gòu)件措施［8］，構(gòu)件運(yùn)輸如圖3所示；構(gòu)件運(yùn)輸?shù)姆绞椒譃樗竭\(yùn)輸與立式運(yùn)輸，2 種運(yùn)輸方式如圖4 所示，設(shè)計(jì)需要考慮構(gòu)件的運(yùn)輸方式及安裝或者吊裝是否需要翻轉(zhuǎn)等因素考慮設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)鐵件。

圖3 構(gòu)件運(yùn)輸Fig.3 Component Transport Type

圖4 構(gòu)件水平運(yùn)輸及立式運(yùn)輸Fig.4 Component Horizontal and Vertical Transport

施工選用的汽車吊及塔吊的承載能力要比傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工提高1～2 級(jí)，因?yàn)轭A(yù)制構(gòu)件的自重一般為2～9 t，相較傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工吊裝需求大得多。一般塔吊布置示意如圖5所示。

圖5 塔吊布置示意圖Fig.5 Tower Crane Arrangement

汽車吊施工及塔吊施工的限制需要在設(shè)計(jì)前期進(jìn)行考慮。汽車吊或塔吊的布置位置及承載能力與相對(duì)應(yīng)的承載半徑需要結(jié)合預(yù)制構(gòu)件尺寸的分割設(shè)計(jì)進(jìn)行考慮（或者說影響預(yù)制構(gòu)件的分割設(shè)計(jì)），因?yàn)闃?gòu)件尺寸的分割設(shè)計(jì)將影響構(gòu)件尺寸的自重，從而與汽車吊或者塔吊的布置位置、承載能力及相對(duì)應(yīng)的承載半徑相關(guān)。

徐州廠房項(xiàng)目采用裝配式疊合樓板，橫向柱距為10.3 m，縱向柱距為8.4 m，樓板拆分為單向板，一個(gè)柱距范圍內(nèi)拆分為6個(gè)單向板，板長寬分別約為4.985 m和2.55 m，預(yù)制樓板混凝土厚度為75 mm，單塊預(yù)制樓板自重約為2.48 t。該預(yù)制樓板的長寬及重量能滿足構(gòu)件運(yùn)輸?shù)囊螅繅K預(yù)制板自重均控制在2.5 t 左右，對(duì)設(shè)備吊裝能力并未產(chǎn)生額外的吊重需求。

2.6 疊合板布置平面及板連接大樣

本典型工業(yè)廠房的裝配式疊合樓板平面拆分布置如圖6 所示，其鋼筋桁架疊合板的支座連接節(jié)點(diǎn)參照國標(biāo)圖集《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造（2015 年合訂本）：G310-1～2》［9］的連接構(gòu)造，如圖7所示。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)層裝配式樓板拆分平面布置Fig.6 Plane Layout of Assembled Slab of Standard Floor

圖7 疊合板支座連接大樣Fig.7 Sample of Assembled Slab Support Connection

2.7 裝配率計(jì)算

根據(jù)《裝配式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 51129-2017》［10］內(nèi)容要求：裝配式建筑應(yīng)滿足條件之一為主體結(jié)構(gòu)部分的評(píng)價(jià)分值不低于20 分。裝配式疊合樓板屬于主體結(jié)構(gòu)部分，根據(jù)規(guī)范內(nèi)容，在梁柱構(gòu)件采用現(xiàn)澆，僅樓板采用預(yù)制樓板構(gòu)件的情況下，預(yù)制樓板構(gòu)件需要達(dá)到80%以上的平面比例才能滿足文獻(xiàn)［10］要求的最低分20分。預(yù)制樓板比例計(jì)算如表1所示。

由表1 可知，典型廠房采用樓板設(shè)計(jì)為預(yù)制板構(gòu)件，而梁柱采用現(xiàn)澆的設(shè)計(jì)方法可以滿足文獻(xiàn)［10］對(duì)于主體結(jié)構(gòu)部分的評(píng)分要求。

表1 廠房預(yù)制樓板比例計(jì)算Tab.1 The Proportion of Concrete Composite Slab in Industrial Plants

3 結(jié)論

本文通過徐州某典型廠房裝配式疊合樓板設(shè)計(jì)分析，得到如下結(jié)論：

⑴典型廠房采用裝配式疊合樓板設(shè)計(jì)，預(yù)制樓板的拆分設(shè)計(jì)宜采用單向板設(shè)計(jì)，減少出筋區(qū)域，提高現(xiàn)場(chǎng)施工安裝現(xiàn)澆構(gòu)件或預(yù)制疊合構(gòu)件后澆層中鋼筋的效率。

⑵典型廠房采用裝配式疊合樓板設(shè)計(jì)，預(yù)制樓板的拆分設(shè)計(jì)應(yīng)考慮構(gòu)件尺寸及自重對(duì)構(gòu)件運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)吊裝能力需求及布置的影響，充分考慮拆分設(shè)計(jì)的合理性和經(jīng)濟(jì)性。

⑶典型廠房采用樓板設(shè)計(jì)為預(yù)制板構(gòu)件，而梁柱采用現(xiàn)澆的設(shè)計(jì)方法可以滿足文獻(xiàn)［10］對(duì)于主體結(jié)構(gòu)部分的評(píng)分要求，從而滿足裝配式政策對(duì)建筑物單體的裝配率要求，同時(shí)也能適當(dāng)控制建筑物因采用裝配式建設(shè)提高的成本。