預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板在港口工程的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳紅兵，劉觀發(fā)，胡佳棟

(中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510290)

近年來，隨著裝配式建筑的推廣和發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板(簡稱雙T板)因其良好的經(jīng)濟(jì)性、受力性能和耐久性能，已在國內(nèi)外的大跨度、重荷載的工業(yè)建筑中得到了較廣的應(yīng)用[1-2]，但雙T板結(jié)構(gòu)的使用存在一定的地域特點(diǎn)，即北方地區(qū)應(yīng)用較為廣泛，南方地區(qū)的案例卻不多[3-4]。而在沿海尤其是南方的港口類工程大跨度工業(yè)建筑中，普遍采用門式剛架+輕鋼屋面的結(jié)構(gòu)，在南方多雨、沿海高鹽分和臺風(fēng)頻發(fā)的海岸環(huán)境下，存在鋼結(jié)構(gòu)易腐蝕、滲漏水、輕鋼屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)被臺風(fēng)損壞、后期定期維護(hù)費(fèi)用高等缺點(diǎn)。為了克服鋼結(jié)構(gòu)的固有缺點(diǎn)，又能發(fā)揮裝配式結(jié)構(gòu)施工便利、低碳節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，在欽州7#、8#泊位自動(dòng)化碼頭工程兩個(gè)大跨度的維修車間采用雙T板屋面結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

雙T板結(jié)構(gòu)雖然在國內(nèi)尤其是北方地區(qū)有了較多的工程實(shí)踐，但相關(guān)的總結(jié)普遍為試驗(yàn)[5]、裂縫[6]、施工[7]和支座[8-10]等方面的研究，設(shè)計(jì)與施工綜合相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)介紹卻比較少。本文以欽州自動(dòng)化碼頭工程的成功實(shí)踐為基礎(chǔ)，對雙T板在沿海港口工程中的應(yīng)用進(jìn)行了較為全面的設(shè)計(jì)總結(jié)，從建模計(jì)算分析到構(gòu)造措施以及施工注意事項(xiàng)提出了應(yīng)注意的關(guān)鍵點(diǎn)，為雙T板在港口工程中類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的參考。

1 結(jié)構(gòu)計(jì)算要點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)布置及模型

本工程單層車間長60 m、總寬度30.4 m，其中維修區(qū)寬24.4 m、高10.3 m，高程8.0 m處帶10 t的橋式吊車，設(shè)計(jì)采用跨度24 m雙T板屋蓋；儲存區(qū)寬度6 m、高6.5 m。A軸側(cè)邊(梁板式)雨棚的懸挑長度為2 m，結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。結(jié)構(gòu)采用盈建科(YJK)軟件進(jìn)行三維整體建模計(jì)算和分析，模型如圖2所示。

圖1 建筑平面(尺寸：mm；高程：m)

圖2 三維計(jì)算模型

1.2 雙T板的設(shè)計(jì)和模擬

該維修車間屋面結(jié)構(gòu)的跨度為24 m，選用國標(biāo)圖集《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板》[11]中YTSb2430-2坡板板型，預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量為10φs12.7×2(10根1×2的直徑12.7 mm鋼絞線)，不上人屋面附加的永久荷載限值為2.45 kPa，可滿足工程的荷載使用要求，其截面尺寸如圖3所示，實(shí)物如圖4所示。

圖3 雙T板截面(單位：mm)

圖4 雙T板實(shí)物

雙T坡板為變截面(坡板)，屋脊處與端部的高差為240 mm。整體模型中，每塊板的雙T梁按矩形梁參與計(jì)算，樓板厚度取50 mm。為考察屋脊變截面找坡的影響，分為模擬和不模擬變截面坡梁兩個(gè)模型，其對支承梁和框排柱的配筋影響見表1。

表1 雙T板模擬對主要構(gòu)件的配筋影響

1.3 支座模擬

雙T板結(jié)構(gòu)中，板梁支座處的連接節(jié)點(diǎn)是傳力的關(guān)鍵部位。雙T板與支承構(gòu)件的連接方式以焊接、螺栓的干式全截面連接為主。文獻(xiàn)[8-10]對雙T板端部的連接方式進(jìn)行了較為全面的總結(jié)和論述，并提出了變截面的新型鋼質(zhì)企口連接。

本工程的支座連接采用國標(biāo)圖集《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板》中的焊接做法(圖5)，結(jié)構(gòu)計(jì)算按固定鉸支座模擬。

圖5 焊接支座連接

為考察支座水平剛度的影響，分別試算雙T板兩端固定鉸接和一端固定鉸接、另一端滑動(dòng)簡支兩種模型。兩種模型下支承梁和框排柱的配筋變化見表2。

表2 雙T板支座類型對主要構(gòu)件的配筋影響

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

2.1 雙T板模擬對支承梁和排架柱配筋的影響

雙T板變截面模型對支承梁和排架柱的配筋有較大影響，雙T板支承梁最大配筋位置在車間的兩個(gè)邊跨，排架柱最大配筋位置在中間跨。

由表1可知，按實(shí)際模擬變截面找坡時(shí)，邊跨的支承梁剪扭縱筋需要增大184%，框排架柱配筋需要增大38%。即雙T板的變截面找坡會(huì)引起排架柱和支承梁的配筋顯著加大，尤其是邊跨的支承梁剪扭縱筋會(huì)增大很多，不容忽視。

同時(shí)，雙T板變截面找坡時(shí)，其下的支承框架梁處于雙向受彎狀態(tài)，故對雙T板支承梁應(yīng)注意復(fù)核軟件是否進(jìn)行了面外配筋設(shè)計(jì)。

2.2 雙T板支座模擬對支承梁和排架柱配筋的影響

雙T板支座模型對支承梁和排架柱的配筋有較大影響。由表2可知，雙T板兩端固定鉸接模型計(jì)算的配筋對比一側(cè)滑動(dòng)簡支模型的計(jì)算，支承梁的剪扭縱筋的配筋需要增大127%，框排架柱配筋需要減少7%。即固定鉸接模擬會(huì)增大支撐梁的剪扭配筋量，因結(jié)構(gòu)整體性更好，柱配筋會(huì)略小。實(shí)際工程中，考慮到滑動(dòng)支座也存在一定的摩擦約束力，建議采用兩端固定鉸支座的設(shè)計(jì)，避免支承梁配筋偏小，固定鉸接支座也對柱頂提供了側(cè)向約束力，能加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。

2.3 整體位移控制

位移控制是整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，結(jié)構(gòu)長邊(縱向)方向形成了框架結(jié)構(gòu)，故該方向結(jié)構(gòu)位移的控制指標(biāo)按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[12]要求取h/550(h為層高)，本模型計(jì)算的層間位移為h/855，滿足要求。

結(jié)構(gòu)短邊(雙T板長度)方向?yàn)榕偶芙Y(jié)構(gòu)，因目前國標(biāo)沒有明確的位移控制指標(biāo)，參照國標(biāo)圖集《實(shí)腹鋼梁混凝土柱》[13]，位移可按h/400控制，本模型計(jì)算的層間位移為h/640，滿足要求。

2.4 構(gòu)造措施

為確保兩側(cè)山墻處的抗風(fēng)柱與屋面結(jié)構(gòu)形成有效的傳力路徑，抗風(fēng)柱的頂面注意預(yù)埋鋼板，并與雙T板進(jìn)行連接(圖6)，使屋面板對抗風(fēng)柱形成側(cè)向支點(diǎn)。

注：La為鋼筋的錨固長度。

同時(shí)，作為抗震構(gòu)造措施的要求，屋面與山墻相鄰近處兩榀雙T板的頂面(6 m范圍)均應(yīng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)預(yù)埋件M-3，并采用鋼板或角鋼進(jìn)行連接形成整體，具體做法可參見國標(biāo)圖集《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板》相關(guān)的屋面抗震構(gòu)造。

2.5 其他問題與建議

1)國標(biāo)圖集《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板》最大適用跨度為24 m，江蘇省標(biāo)準(zhǔn)圖集《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板》[14]的最大跨度可達(dá)30 m。鑒于目前國內(nèi)24 m跨度以上的雙T板有了一定的工程經(jīng)驗(yàn)，建議國標(biāo)圖集增加24 m以上雙T板的類型，便于該類結(jié)構(gòu)的推廣和使用。

2)雙T板按圖集使用時(shí)，應(yīng)避免板面作用較大的集中荷載，當(dāng)屋面有設(shè)備基礎(chǔ)及放置較重的設(shè)備時(shí)，注意對雙T板進(jìn)行截面抗剪驗(yàn)算，且集中荷載作用位置盡量避免靠近雙T板的端部位置。

3 施工注意事項(xiàng)

1)因A軸處排架柱單側(cè)帶較大懸挑的梁板式雨棚，使柱子承受了一定的面外傾覆力矩，故在屋面雙T板安裝固定前注意不應(yīng)拆除懸挑梁板式雨棚的腳手架，避免對柱子產(chǎn)生不利影響。

2)雙T板預(yù)制施工時(shí)，須根據(jù)圖紙和圖集的要求，注意預(yù)埋吊鉤、支座埋件M-1、板邊緣處的拼縫埋件M-2和接山墻處雙T板的抗震構(gòu)筑措施要求的埋件M-3，避免埋件遺漏而影響后期安裝。

3)雙T板運(yùn)輸時(shí)不宜超過3層，且應(yīng)有可靠的固定措施。運(yùn)抵現(xiàn)場后，應(yīng)注意堆放場地的平整和放置枕木，堆放層數(shù)不宜超過5層。

4)雙T板吊裝過程中應(yīng)防止雙T板遭受沖擊作用。安裝完畢后，外露鐵件應(yīng)除銹并按圖紙的要求做防腐處理。

4 結(jié)論

1)雙T板屋蓋結(jié)構(gòu)具有良好的經(jīng)濟(jì)性、耐久性及抗臺風(fēng)性能，與鋼結(jié)構(gòu)屋蓋相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢，可在港口工程的工業(yè)建筑中積極推廣使用。

2)雙T板下部支承梁處于雙向受彎狀態(tài)，應(yīng)進(jìn)行支承梁的面外配筋復(fù)核，避免梁配筋偏小。

3)雙T板變截面坡產(chǎn)生的側(cè)向推力對其下支承梁和排架柱配筋均有較大的影響，建模計(jì)算時(shí)應(yīng)予考慮；雙T板的支座選型和模擬對結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算有較大影響，建議采用固定鉸支座的設(shè)計(jì)。

4)邊跨的框排架柱外側(cè)有較大的懸挑構(gòu)件(如雨棚等)時(shí)，應(yīng)注意復(fù)核施工期間柱子的傾覆問題，建議懸挑構(gòu)件的模板在雙T板安裝完畢后再拆除。

5)建議國標(biāo)圖集適當(dāng)考慮和補(bǔ)充24 m以上雙T板的結(jié)構(gòu)選型，便于預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板在更多跨度類型的工業(yè)建筑中的應(yīng)用和推廣。