裝配整體式框架結構工業廠房設計實踐

文/中國建筑設計研究院有限公司 劉長松 任樂明 朱宏利

1 工程概況

海南老城標準化廠房工業園項目位于老城經濟技術開發區中部，南側和西側緊臨南一環路和福音路。整個項目包括12個廠房組團及后勤服務區，各組團包括A型標準廠房、B型標準廠房、C型定制廠房、D型定制廠房，分兩期建設。其中標準廠房組團采用預制裝配整體式框架結構，定制廠房組團采用現澆混凝土框架結構。本文主要對標準組團結構設計進行介紹。

本工程抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度8度，設計基本地震加速度0.20g，設計地震分組為第二組，建筑場地類別Ⅱ類，特征周期Tg＝0.40s。工業園整體鳥瞰與標準廠房效果如圖1，2所示。

圖1 工業園整體鳥瞰

圖2 標準廠房效果

標準廠房單體主體結構除1層框架柱采用現澆外，2層樓面以上標準層均采用裝配整體式框架結構，預制構件在本工程的應用范圍如下。

1）2層及以上結構豎向構件采用預制混凝土框架柱。

2）框架梁和次梁采用預制混凝土疊合梁。

3）樓板采用預制混凝土疊合板，其預制層厚70mm，現澆層厚80mm。

4）樓梯均采用預制混凝土梯段板。

以上混凝土預制構件均在構件廠預制完成，運至現場拼裝，由疊合構件現澆層和框架節點現澆施工實現結構整體式連接，以達到結構性能等同于現澆結構的要求。

2 結構體系選型與結構布置

本工程框架抗震等級為二級，主要結構特征如表1所示，其中，預制柱混凝土強度等級為C40，疊合梁、疊合板、預制樓梯及現澆層混凝土強度等級均為C35。

表1 主要結構特征

單個組團內各廠房單體通過連廊連接，通過設置抗震縫將整個組團分為2種標準型廠房單體，連廊部分采用現澆混凝土框架結構，標準廠房單體采用裝配整體式框架結構。結構設計以JGJ 1—2014《裝配式混凝土結構技術規程》、GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》（2016年版）為依據。結構分析軟件采用YJK系列軟件程序。單個組團結構布置如圖3所示。

圖3 單個組團結構構件布置

標準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，結構總高度23.85m，平面柱距9m×9m。框架柱截面尺寸主要為1000mm×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。

結構整體計算時的各項計算指標均滿足現行規范要求。

3 裝配式技術應用

在制定該工程建筑方案時，結合裝配式建筑特點，借鑒裝配式建筑設計經驗及在施工中遇到的問題，綜合考慮施工技術及成本控制等因素。

考慮預制加工標準化、施工建造快捷化、施工質量穩定等因素，結合工程具體情況，對結構方案、預制裝配技術選擇、預制構件形式、節點連接方式等進行結構優化設計，使預制結構構件拼裝技術簡單可靠，施工方便，以保證質量，提升效率。

1）高度標準化結構布置 在進行整體布置時，設置連廊連接各單體，并通過結構設縫等技術措施將廠房分隔為多個標準廠房單元，實現廠房單體高度標準化，提高預制框架利用率，最大限度降低成本。標準廠房單體構件截面、結構布置方式統一，提高結構標準化程度。標準廠房結構布置如圖4所示。

圖4 標準廠房結構布置

2）優化框架節點連接 在目前預制框架結構推廣應用中遇到的難題之一是梁柱節點鋼筋密集，安裝施工難度大。為解決此問題，在設計中進行框架梁柱節點配筋及連接方式的優化，優化措施包括：①首層現澆框架柱鋼筋采用與2層預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量；②根據計算要求確定預制框架梁梁底鋼筋，減少梁端伸入核心區鋼筋數量，節點做法如圖5所示；③當梁縱筋在梁柱節點內水平錨固長度不滿足要求時采用加短鋼筋的方式，同時兩端梁鋼筋交錯彎折避免碰撞，鋼筋布置遵循“粗而少”的原則，降低鋼筋密集度；④框架柱頂層節點采用鋼筋錨固板；⑤兩個方向框架梁梁高不同，避免鋼筋在核心區碰撞。

圖5 框架節點做法

3）簡化主次梁節點，方便加工制作 考慮到本工程為工業廠房，荷載較大，為單跨雙次梁布置，主次梁節點較多，為方便預制主梁制作，主次梁節點后澆區域設置在次梁端部，次梁底筋采用在后澆區域搭接連接的方式，主梁中部不斷開，預留抗剪鍵槽，主梁鋼筋預留機械套筒（見圖6）。

圖6 預制主次梁連接剖面

4）優化疊合樓板布置方案，現場安裝方便快捷 目前工程中常用雙向疊合板，其預制底板四邊出筋，接縫處需預留現澆鋼筋搭接區，疊合板端板底伸出的受力筋與疊合梁箍筋現場發生碰撞非常普遍，影響施工進度和施工質量。根據項目特點，采用單向板設計，沿疊合板非受力方向端板底的受力筋不伸出預制板端，拼縫位置不留現澆段，在預制板側另增設小直徑連接鋼筋，同時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。疊合板節點如圖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）外圍框架梁預制構件外側設置預制混凝土側板，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濟效益。

圖9 外框梁側模板做法

4 結語

本文介紹裝配整體式混凝土框架結構體系設計，在設計過程中根據裝配式建筑特點，綜合考慮便捷施工等因素及預制裝配技術的應用，取得如下成果。

1）在裝配整體式框架結構設計中借鑒裝配式建筑設計經驗及在施工中遇到的問題，在結構方案確定過程中，最大限度提高預制構件標準化程度，提高預制模板使用率，節約成本。

2）設計中優化框架梁柱節點配筋及連接方式，使節點連接更易于施工，并提高連接可靠性。

3）采用單向混凝土疊合樓板設計，減少疊合板拼接作業量，方便施工，通過優化支座構造做法，提高裝配式建筑整體性和抗震性能。

4）通過簡化主次梁節點方便加工制作，并改進主次梁連接方式，使結構受力合理，充分發揮裝配式建筑優勢。

5）本工程主體結構整體預制率可達55%，施工作業中減少現場部分濕作業，其設計經驗可為高烈度區工業廠房設計提供參考。