陳 達(dá)

（廣東省建科建筑設(shè)計院有限公司 廣州510010）

1 工程概況

徐州某工業(yè)廠房項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)整性和工程造價的經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計采用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)計分析

2.1 工業(yè)廠房建筑特點

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)計為規(guī)格一致的樓板，非常適合設(shè)計為預(yù)制樓板。同時工業(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)計為預(yù)制板構(gòu)件，而梁柱構(gòu)件設(shè)計為現(xiàn)澆構(gòu)件，該設(shè)計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

本工程裝配式樓板設(shè)計為預(yù)制疊合板，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(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)計需要考慮兩階段使用設(shè)計。

其中，第一使用設(shè)計階段為疊合板的后澆疊合層混凝土未達(dá)到強度設(shè)計值之前的階段，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)件的受力按簡支構(gòu)件來分析計算；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)計階段為疊合板的后澆疊合層混凝土達(dá)到設(shè)計規(guī)定的強度值之后的階段。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)行截面鋼筋計算。對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。通過對一系列的條件進(jìn)行推敲和驗算預(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，也會影響預(yù)制板構(gòu)件的厚度，根據(jù)支撐間距驗算預(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)點將大大凸現(xiàn)。裝配式疊合構(gòu)件仍需要在現(xiàn)場施工安裝現(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)場施工安裝后澆層中鋼筋的效率［5］，特別是對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，對于裝配式疊合板的折分設(shè)計宜盡量設(shè)計為單向疊合板，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 運輸及吊裝施工可行性考慮

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

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

圖4 構(gòu)件水平運輸及立式運輸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，因為預(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)計進(jìn)行考慮（或者說影響預(yù)制構(gòu)件的分割設(shè)計），因為構(gòu)件尺寸的分割設(shè)計將影響構(gòu)件尺寸的自重，從而與汽車吊或者塔吊的布置位置、承載能力及相對應(yīng)的承載半徑相關(guān)。

徐州廠房項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，一個柱距范圍內(nèi)拆分為6個單向板，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)件運輸?shù)囊?，每塊預(yù)制板自重均控制在2.5 t 左右，對設(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)點參照國標(biāo)圖集《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點構(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 裝配率計算

根據(jù)《裝配式評價標(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)部分的評價分值不低于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)制樓板比例計算如表1所示。

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

表1 廠房預(yù)制樓板比例計算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，預(yù)制樓板的拆分設(shè)計宜采用單向板設(shè)計，減少出筋區(qū)域，提高現(xiàn)場施工安裝現(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，預(yù)制樓板的拆分設(shè)計應(yīng)考慮構(gòu)件尺寸及自重對構(gòu)件運輸、現(xiàn)場吊裝能力需求及布置的影響，充分考慮拆分設(shè)計的合理性和經(jīng)濟(jì)性。

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