裝配整體式框架結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)實(shí)踐

文/中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 劉長松 任樂明 朱宏利

1 工程概況

海南老城標(biāo)準(zhǔn)化廠房工業(yè)園項(xiàng)目位于老城經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)中部，南側(cè)和西側(cè)緊臨南一環(huán)路和福音路。整個(gè)項(xiàng)目包括12個(gè)廠房組團(tuán)及后勤服務(wù)區(qū)，各組團(tuán)包括A型標(biāo)準(zhǔn)廠房、B型標(biāo)準(zhǔn)廠房、C型定制廠房、D型定制廠房，分兩期建設(shè)。其中標(biāo)準(zhǔn)廠房組團(tuán)采用預(yù)制裝配整體式框架結(jié)構(gòu)，定制廠房組團(tuán)采用現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)。本文主要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)組團(tuán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

本工程抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，建筑場(chǎng)地類別Ⅱ類，特征周期Tg＝0.40s。工業(yè)園整體鳥瞰與標(biāo)準(zhǔn)廠房效果如圖1，2所示。

圖1 工業(yè)園整體鳥瞰

圖2 標(biāo)準(zhǔn)廠房效果

標(biāo)準(zhǔn)廠房單體主體結(jié)構(gòu)除1層框架柱采用現(xiàn)澆外，2層樓面以上標(biāo)準(zhǔn)層均采用裝配整體式框架結(jié)構(gòu)，預(yù)制構(gòu)件在本工程的應(yīng)用范圍如下。

1）2層及以上結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件采用預(yù)制混凝土框架柱。

2）框架梁和次梁采用預(yù)制混凝土疊合梁。

3）樓板采用預(yù)制混凝土疊合板，其預(yù)制層厚70mm，現(xiàn)澆層厚80mm。

4）樓梯均采用預(yù)制混凝土梯段板。

以上混凝土預(yù)制構(gòu)件均在構(gòu)件廠預(yù)制完成，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝，由疊合構(gòu)件現(xiàn)澆層和框架節(jié)點(diǎn)現(xiàn)澆施工實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體式連接，以達(dá)到結(jié)構(gòu)性能等同于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的要求。

2 結(jié)構(gòu)體系選型與結(jié)構(gòu)布置

本工程框架抗震等級(jí)為二級(jí)，主要結(jié)構(gòu)特征如表1所示，其中，預(yù)制柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，疊合梁、疊合板、預(yù)制樓梯及現(xiàn)澆層混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C35。

表1 主要結(jié)構(gòu)特征

單個(gè)組團(tuán)內(nèi)各廠房單體通過連廊連接，通過設(shè)置抗震縫將整個(gè)組團(tuán)分為2種標(biāo)準(zhǔn)型廠房單體，連廊部分采用現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)廠房單體采用裝配整體式框架結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以JGJ 1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016年版）為依據(jù)。結(jié)構(gòu)分析軟件采用YJK系列軟件程序。單個(gè)組團(tuán)結(jié)構(gòu)布置如圖3所示。

圖3 單個(gè)組團(tuán)結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置

標(biāo)準(zhǔn)廠房單體沿建筑豎向共4層，各層層高分別為7.5，5.0，5.0，5.0m，結(jié)構(gòu)總高度23.85m，平面柱距9m×9m?？蚣苤孛娉叽缰饕獮?000mm×1000mm和9 0 0 m m×9 0 0 m m，框架梁截面尺寸主要為500mm×1000mm，500mm×1100mm，400mm×900mm，500mm×800mm。

結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)的各項(xiàng)計(jì)算指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

3 裝配式技術(shù)應(yīng)用

在制定該工程建筑方案時(shí)，結(jié)合裝配式建筑特點(diǎn)，借鑒裝配式建筑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及在施工中遇到的問題，綜合考慮施工技術(shù)及成本控制等因素。

考慮預(yù)制加工標(biāo)準(zhǔn)化、施工建造快捷化、施工質(zhì)量穩(wěn)定等因素，結(jié)合工程具體情況，對(duì)結(jié)構(gòu)方案、預(yù)制裝配技術(shù)選擇、預(yù)制構(gòu)件形式、節(jié)點(diǎn)連接方式等進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使預(yù)制結(jié)構(gòu)構(gòu)件拼裝技術(shù)簡(jiǎn)單可靠，施工方便，以保證質(zhì)量，提升效率。

1）高度標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)布置 在進(jìn)行整體布置時(shí)，設(shè)置連廊連接各單體，并通過結(jié)構(gòu)設(shè)縫等技術(shù)措施將廠房分隔為多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)廠房單元，實(shí)現(xiàn)廠房單體高度標(biāo)準(zhǔn)化，提高預(yù)制框架利用率，最大限度降低成本。標(biāo)準(zhǔn)廠房單體構(gòu)件截面、結(jié)構(gòu)布置方式統(tǒng)一，提高結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化程度。標(biāo)準(zhǔn)廠房結(jié)構(gòu)布置如圖4所示。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)廠房結(jié)構(gòu)布置

2）優(yōu)化框架節(jié)點(diǎn)連接 在目前預(yù)制框架結(jié)構(gòu)推廣應(yīng)用中遇到的難題之一是梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋密集，安裝施工難度大。為解決此問題，在設(shè)計(jì)中進(jìn)行框架梁柱節(jié)點(diǎn)配筋及連接方式的優(yōu)化，優(yōu)化措施包括：①首層現(xiàn)澆框架柱鋼筋采用與2層預(yù)制柱等同的鋼筋加附加鋼筋的做法，減少鋼筋套筒種類和數(shù)量；②根據(jù)計(jì)算要求確定預(yù)制框架梁梁底鋼筋，減少梁端伸入核心區(qū)鋼筋數(shù)量，節(jié)點(diǎn)做法如圖5所示；③當(dāng)梁縱筋在梁柱節(jié)點(diǎn)內(nèi)水平錨固長度不滿足要求時(shí)采用加短鋼筋的方式，同時(shí)兩端梁鋼筋交錯(cuò)彎折避免碰撞，鋼筋布置遵循“粗而少”的原則，降低鋼筋密集度；④框架柱頂層節(jié)點(diǎn)采用鋼筋錨固板；⑤兩個(gè)方向框架梁梁高不同，避免鋼筋在核心區(qū)碰撞。

圖5 框架節(jié)點(diǎn)做法

3）簡(jiǎn)化主次梁節(jié)點(diǎn)，方便加工制作 考慮到本工程為工業(yè)廠房，荷載較大，為單跨雙次梁布置，主次梁節(jié)點(diǎn)較多，為方便預(yù)制主梁制作，主次梁節(jié)點(diǎn)后澆區(qū)域設(shè)置在次梁端部，次梁底筋采用在后澆區(qū)域搭接連接的方式，主梁中部不斷開，預(yù)留抗剪鍵槽，主梁鋼筋預(yù)留機(jī)械套筒（見圖6）。

圖6 預(yù)制主次梁連接剖面

4）優(yōu)化疊合樓板布置方案，現(xiàn)場(chǎng)安裝方便快捷 目前工程中常用雙向疊合板，其預(yù)制底板四邊出筋，接縫處需預(yù)留現(xiàn)澆鋼筋搭接區(qū)，疊合板端板底伸出的受力筋與疊合梁箍筋現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生碰撞非常普遍，影響施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，采用單向板設(shè)計(jì)，沿疊合板非受力方向端板底的受力筋不伸出預(yù)制板端，拼縫位置不留現(xiàn)澆段，在預(yù)制板側(cè)另增設(shè)小直徑連接鋼筋，同時(shí)在疊合板疊合面處附加鋼筋。這種做法在滿足板底鋼筋支座錨固要求的前提下，方便疊合板吊裝就位，大大降低疊合板安裝難度和建造成本。疊合板節(jié)點(diǎn)如圖7，8所示。

圖7 疊合板支座連接做法

圖8 疊合板拼接做法

5）外圍框架梁預(yù)制構(gòu)件外側(cè)設(shè)置預(yù)制混凝土側(cè)板，兼做混凝土模板，如圖9所示，施工中可取消部分外模板，提高施工效率，并可取得良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

圖9 外框梁側(cè)模板做法

4 結(jié)語

本文介紹裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)裝配式建筑特點(diǎn)，綜合考慮便捷施工等因素及預(yù)制裝配技術(shù)的應(yīng)用，取得如下成果。

1）在裝配整體式框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中借鑒裝配式建筑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及在施工中遇到的問題，在結(jié)構(gòu)方案確定過程中，最大限度提高預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度，提高預(yù)制模板使用率，節(jié)約成本。

2）設(shè)計(jì)中優(yōu)化框架梁柱節(jié)點(diǎn)配筋及連接方式，使節(jié)點(diǎn)連接更易于施工，并提高連接可靠性。

3）采用單向混凝土疊合樓板設(shè)計(jì)，減少疊合板拼接作業(yè)量，方便施工，通過優(yōu)化支座構(gòu)造做法，提高裝配式建筑整體性和抗震性能。

4）通過簡(jiǎn)化主次梁節(jié)點(diǎn)方便加工制作，并改進(jìn)主次梁連接方式，使結(jié)構(gòu)受力合理，充分發(fā)揮裝配式建筑優(yōu)勢(shì)。

5）本工程主體結(jié)構(gòu)整體預(yù)制率可達(dá)55%，施工作業(yè)中減少現(xiàn)場(chǎng)部分濕作業(yè)，其設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可為高烈度區(qū)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)提供參考。