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        裝配整體式建筑樓板選型的對(duì)比分析

        2018-11-09 08:38:12高續(xù)成
        建筑施工 2018年7期
        關(guān)鍵詞:樓板桁架現(xiàn)澆

        高續(xù)成

        上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)工程建設(shè)咨詢有限公司 上海 200041

        近年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要和國家政策的引導(dǎo),我國的建筑業(yè)呈現(xiàn)出工業(yè)化的發(fā)展態(tài)勢(shì),即通過現(xiàn)代化的制造、運(yùn)輸、安裝和科學(xué)管理的生產(chǎn)方式,來代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑業(yè)中分散、低水平、低效率的手工業(yè)生產(chǎn)方式。將建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)配件生產(chǎn)工廠化、施工機(jī)械化和組織管理科學(xué)化,最終將預(yù)制混凝土構(gòu)件或部件通過鋼筋、連接件或施加預(yù)應(yīng)力加以連接并現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土而形成整體結(jié)構(gòu),即為裝配整體式結(jié)構(gòu)。它結(jié)合了現(xiàn)澆整體式和預(yù)制裝配式兩者的優(yōu)點(diǎn),既節(jié)省模板,降低工程費(fèi)用,又可以提高工程的整體性和抗震性,在現(xiàn)代房屋建筑結(jié)構(gòu)中得到越來越多的應(yīng)用[1-4]。

        JGJ 1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定:裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)是由預(yù)制混凝土構(gòu)件通過可靠的方式進(jìn)行連接并與現(xiàn)場(chǎng)后澆混凝土、水泥基灌漿料形成整體的裝配式混凝土結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)稱裝配整體式結(jié)構(gòu)。裝配整體式結(jié)構(gòu)中,節(jié)點(diǎn)及接縫處的縱向鋼筋連接宜根據(jù)接頭受力、施工工藝等要求選用機(jī)械連接、套筒灌漿連接、漿錨搭接連接、焊接連接、綁扎搭接連接等連接方式。裝配整體式結(jié)構(gòu)的樓蓋宜采用疊合樓蓋,疊合板可根據(jù)預(yù)制板接縫構(gòu)造、支座構(gòu)造、長(zhǎng)寬比按單向板或雙向板設(shè)計(jì)。預(yù)制混凝土構(gòu)件與現(xiàn)場(chǎng)后澆混凝土在保證對(duì)節(jié)點(diǎn)和結(jié)合面采取可靠和有效的措施后,可以認(rèn)為預(yù)制混凝土構(gòu)件與現(xiàn)場(chǎng)后澆混凝土能夠協(xié)調(diào)變形和受力,達(dá)到整體澆筑混凝土的效果。在保證以上措施的前提下,裝配整體式結(jié)構(gòu)可采用與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相同的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。裝配整體式建筑的結(jié)構(gòu)類型在JGJ 1—2014中有明確規(guī)定,可以分為以下幾類:裝配整體式框架結(jié)構(gòu)、裝配整體式框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配整體式部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)類型與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)類型基本相同。裝配整體式結(jié)構(gòu)的樓蓋宜采用疊合樓蓋,目前,市場(chǎng)可提供的疊合板的類型大致有以下幾種類型:桁架鋼筋疊合板、雙T板疊合板、預(yù)應(yīng)力空心混凝土疊合板(SP板)。

        1 工程概述

        上海市浦東新區(qū)某產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目共由17個(gè)單體構(gòu)成:11棟單層廠房、3棟多層廠房、1棟綜合樓、1棟污水處理及變配電房和1棟配套用房及垃圾房。根據(jù)相關(guān)約定,該項(xiàng)目所有單體均要求為裝配式,建筑單體預(yù)制率不低于40%或裝配率不低于60%。其中1#、2#、3#廠房為3個(gè)相同的單體,每個(gè)單體地上3層,無地下室,外輪廓尺寸均為101.2 m(長(zhǎng))×58 m(寬)×19 m(高),3棟廠房總建筑面積為56 383 m2,標(biāo)準(zhǔn)柱跨為9 m×9 m,建筑平面較為規(guī)整,針對(duì)上述特點(diǎn)擬采用裝配整體式框架結(jié)構(gòu)。首層層高較高,結(jié)合JGJ 1—2014第6.1.8條第3款要求,框架柱全部采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu),2層、3層除樓梯間四周框架柱外均采用預(yù)制混凝土框架柱,豎向鋼筋采用套筒灌漿連接;2層及以上樓層的梁,均采用預(yù)制疊合梁(弧形梁、樓梯四周除外),梁、柱節(jié)點(diǎn)為現(xiàn)澆混凝土;所有樓梯踏步段均采用工廠預(yù)制的方式;3棟廠房地上結(jié)構(gòu)布置相同,故模板重復(fù)利用率較高,構(gòu)件均采用工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),可靠性高,符合工業(yè)化生產(chǎn)要求;由于業(yè)主對(duì)多層廠房樓面使用荷載提出的要求較高(10 kN/m2),經(jīng)整體建模計(jì)算對(duì)比分析各樓板方案,本案例中,由樓板選型不同導(dǎo)致的主框架柱、框架梁、基礎(chǔ)的截面及配筋變化均較小,對(duì)整體造價(jià)可忽略不計(jì)。故疊合樓板的選型對(duì)建筑的安全性、合理性、經(jīng)濟(jì)性有著至關(guān)重要的作用,如果疊合樓板選型不合理將會(huì)增加建設(shè)成本。

        2 樓板設(shè)計(jì)對(duì)比分析

        2.1 樓板方案選型

        根據(jù)JGJ 1—2014第6.6.2條規(guī)定:板跨大于3 m時(shí)宜采用桁架鋼筋混凝土疊合板;跨度大于6 m時(shí)宜采用預(yù)應(yīng)力疊合板;板厚度大于180 mm時(shí)宜采用混凝土空心板。通過考察,目前市場(chǎng)上常用的疊合樓板形式有:桁架鋼筋疊合板、雙T板疊合板、預(yù)應(yīng)力空心混凝土疊合板(SP板)。以下取該項(xiàng)目中典型柱距9 m×9 m范圍樓板進(jìn)行比較,分析各板型的特點(diǎn)和合理性及經(jīng)濟(jì)性。

        2.1.1 ?桁架鋼筋疊合板方案

        桁架鋼筋疊合板采用在疊合板中的預(yù)制部分加鋼筋桁架的方法來提高預(yù)制部分的剛度,同時(shí)增加預(yù)制部分與現(xiàn)澆部分交接面的抗剪強(qiáng)度,解決了大跨度疊合板的剛度問題,同時(shí)新舊混凝土的共同作用問題也得到很好的解決(圖1)。桁架鋼筋疊合板構(gòu)件制作工藝較為復(fù)雜,需工廠規(guī)?;a(chǎn)以降低造價(jià)。桁架鋼筋應(yīng)沿主要受力方向布置,距離板邊不應(yīng)大于300 mm,間距不宜大于600 mm,桁架鋼筋弦桿鋼筋直徑不宜小于8 mm,腹桿鋼筋直徑不應(yīng)小于4 mm,桁架鋼筋混凝土保護(hù)層厚度不應(yīng)小于15 mm。就該案例標(biāo)準(zhǔn)柱跨而言,跨中至少增設(shè)一道次梁后,板塊長(zhǎng)寬比約為2,采用雙向板受力模式為宜;參考相關(guān)圖集,預(yù)制板布置如圖1(a)所示,預(yù)制板板塊尺寸為4 240 mm×2 880 mm,采用桁架鋼筋疊合板方案需在標(biāo)準(zhǔn)柱距間設(shè)置一道300 mm×700 mm次梁;桁架鋼筋疊合板厚度90 mm,上部現(xiàn)澆60 mm現(xiàn)澆疊合層,現(xiàn)澆疊合層內(nèi)配φ8 mm@150 mm雙向鋼筋,支座處附加φ10 mm@300 mm。

        圖1 桁架鋼筋疊合板示意

        2.1.2 ?雙T板疊合板方案

        雙T板采用梁板合一式結(jié)構(gòu),使用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)碳素鋼絲和預(yù)應(yīng)力鋼絞線作梁的主筋,具有自重輕、承載力高、跨度大、撓度小、增加有效使用空間、施工進(jìn)度快、廠房等建筑物搬遷時(shí)可重復(fù)利用等特點(diǎn)(圖2)。根據(jù)相關(guān)圖集,該案例選用YTPb0920-3和YTPb0924這2種板型〔圖2(b)〕,肋高600 mm,折算厚度為127 mm,板面粗糙面凹凸深度4 mm以上;現(xiàn)澆疊合層厚度60 mm,內(nèi)配φ6 mm@250 mm雙向鋼筋。受力邊主梁設(shè)置挑耳,雙T板肋梁擱置在挑耳上,標(biāo)準(zhǔn)柱跨內(nèi)無次梁。

        圖2 雙T板疊合板示意

        2.1.3 ?預(yù)應(yīng)力空心混凝土疊合板(SP板)方案

        SP大板生產(chǎn)技術(shù)是美國SPANCRETE公司的專利產(chǎn)品。該產(chǎn)品是一種混凝土預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件,具有承載力高、跨度大、整體性好、抗震性好等特點(diǎn),在允許范圍內(nèi)可以任意切割開洞(圖3)。該板采用擠壓沖搗生產(chǎn)工藝成型,無需模板和蒸汽養(yǎng)護(hù),可疊層生產(chǎn),減少了生產(chǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。SP板是單向配筋構(gòu)件,受力筋為鋼絞線,韌性足、強(qiáng)度大、結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)合理。SP板延性好,臨破壞前有較大撓度,板安全度高。根據(jù)相關(guān)圖集,本案例選擇SPD25A,折算厚度為141 mm,板面粗糙面凹凸深度4 mm以上?,F(xiàn)澆疊合層厚度60 mm,內(nèi)配φ6 mm@250 mm雙向鋼筋。受力邊主梁設(shè)置挑耳,板端部擱置在挑耳上,擱置長(zhǎng)度80 mm,標(biāo)準(zhǔn)柱跨內(nèi)無次梁。

        2.2 材料用量及工況對(duì)比分析

        由3種板型的材料用量及工況對(duì)比(表1)可知:

        圖3 SP板疊合板示意

        表1 材料用量及工況對(duì)比

        1)經(jīng)整體建模計(jì)算,桁架鋼筋疊合板方案結(jié)構(gòu)總重為430 054 kN,雙T板方案結(jié)構(gòu)總重為433 337 kN,相對(duì)于桁架鋼筋疊合板,由于樓板厚度不同導(dǎo)致整棟樓增加的質(zhì)量比率為(433 337-430 054)/430 054=0.76%;SP板方案結(jié)構(gòu)總重為439 638 kN,相對(duì)于桁架鋼筋疊合板,由于樓板厚度不同導(dǎo)致整棟樓增加的質(zhì)量比率為(439 638-430 054)/430 054=2.2%,雙T板方案和SP板方案由于樓板厚度不同導(dǎo)致整棟樓增加的質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)的整體影響可忽略不計(jì)。

        2)桁架鋼筋疊合板方案中,樓板在整棟單體中的混凝土占比約為35%,樓板混凝土預(yù)制率貢獻(xiàn)比例為35%×63.3%=22.16%;雙T板樓板在整棟單體中的混凝土占比約為43%,樓板混凝土預(yù)制率貢獻(xiàn)比例為43%×66.5%=28.6%;SP板樓板在整棟單體中的混凝土占比約為45%,樓板混凝土預(yù)制率貢獻(xiàn)比例為45%×70.1%=31.5%。對(duì)比可發(fā)現(xiàn),雙T板和SP板較桁架鋼筋疊合板能起到提高整棟建筑預(yù)制率的效果。

        2.3 經(jīng)濟(jì)性比較

        由3種板型的經(jīng)濟(jì)性比較(表2)可知:

        1)桁架鋼筋疊合板造價(jià)最高,其次是雙T板,最優(yōu)為SP預(yù)應(yīng)力空心板,對(duì)于本案例中標(biāo)準(zhǔn)柱跨范圍內(nèi),雙T板對(duì)比桁架鋼筋疊合樓板可節(jié)省造價(jià)28 653.4-27 365.1=1 288.3元,每平方米可以節(jié)省造價(jià)1 288.3/81≈15.9元;SP板節(jié)省造價(jià)28 653.4-20 613.15=8 040.3元,每平方米可以節(jié)省造價(jià)8 040.3/81≈99.3元。

        表2 經(jīng)濟(jì)性比較

        2)雙T板和SP疊合板方案均可提高單位面積的預(yù)制量,40%的預(yù)制目標(biāo)更容易實(shí)現(xiàn),且雙T板和SP疊合板預(yù)制部分成型后,其邊角部位可小范圍靈活切割,可避免異形復(fù)雜構(gòu)件的預(yù)制。

        3)雙T板和SP疊合板方案板底無支撐,施工便捷,降低造價(jià)。

        4)由于預(yù)應(yīng)力雙T板需要蒸汽養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng),以本項(xiàng)目60 000 m2左右的雙T板為例,工廠生產(chǎn)周期夏季為3~4個(gè)月,冬季為6~7個(gè)月,故雙T板供貨周期是影響選擇的因素之一。SP疊合板的生產(chǎn)采用干硬性混凝土沖搗擠壓成型生產(chǎn)工藝,可連續(xù)大批量疊層生產(chǎn),不需模板,不需蒸汽養(yǎng)護(hù),一次成型,生產(chǎn)效率高,節(jié)能環(huán)保。

        3 結(jié)語

        通過本案例對(duì)3種常用的預(yù)制裝配式樓板的分析比較,對(duì)于跨度較大且對(duì)樓面荷載要求較高的工業(yè)廠房,樓板選用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)樓板有較好的經(jīng)濟(jì)性;且預(yù)應(yīng)力樓板在施工安裝過程中,可以按照免模、免支撐的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和板型選擇,施工安裝便捷,安裝效率得以較大提高,在本案例的2種預(yù)應(yīng)力樓板中,又以SP空心板為更優(yōu)。以上結(jié)論可供類似工程參考。

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