杭州某特色小镇装配式框架结构设计

第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文 2016 年 1 基于 EPC 模式下的某特色小镇装配式结构设计 霍喆赟 童来富 单玉川 周晓悦 孙烨 孟祥韬 裘 涛 浙江工业大学工程设计集团有限公司 杭州 摘 要 装配式结构是推进建筑工业化的重要形式之一 是当前建筑行业关注的热点 目前我国装配式结构在住 宅项目中的应用已经逐渐开始发展起来 但是在公共建筑领域的应用相对较少 本文介绍的杭州某特色 小镇项目是基于 EPC 工程总承包模式背景下装配式结构技术在公共建筑中应用的案例 通过本项目的设 计介绍 阐述了在装配式结构应用于公共建筑的设计实践情况 以及 EPC 模式下装配式结构设 计的特点 关键词 装配式结构 建筑工业化 EPC 公共建筑 1 引言 装配式混凝土结构相比传统的现浇混凝土结构具有低能耗 低污染 高效率 施工方便 工程进度 快 发展装配式混凝土结构可以一改以往建筑行业劳动密集型 粗放型的的生产模式 同时将原来的游 击队式的农民工升级为产业工人 进而有利于全面提升工人的技术素养 有效控制建筑工程的质量 在 我国目前的经济发展模式及节能环保方面的的要求来看 预制装配式结构的推广将是今后建筑业的发展 趋势 当前国内装配式混凝土结构在住宅建筑中的应用已经多地开花 而装配式公共建筑的设计与建造 相对滞后 笔者通过对杭州某特色小镇的装配式框架结构的设计 得到了装配式混凝土结构在公共建筑 中的应用一些体会 本文对该工程结构设计情况进行介绍分析 图 1 效果图 作者简介 霍喆赟 1983 男 硕士 工程师 第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文 2016 年 2 2 工程概况 本工程位于杭州市大江东产业集聚区 采用 EPC 工程总承包模式 项目建筑用地面积 25731m2 总 建筑面积 43860 m2 地上一层为大型车库及商业用房 二到五层为办公用房及商业用房 六层为构架层 建筑里面效果见图 1 本工程抗震设防类别为丙类 设防烈度为 6 度 场地类别为 类 设计地震分组 为第一组 基本风压取 50 年重现期的风压 0 45KN m2 地面粗糙度为 B 类 结构采用装配式框架结构体 系 预制装配率超 30 结构平面总长度 219 8m 总宽度 68 0m 基础形式为桩基础 结构一层设两道 变形缝 二层以上分为 5 个塔楼 结构平面布置见图 2 图 3 图 2 二层结构平面 图 3 三层以上结构平面 3 结构设计 3 1 结构方案 建筑完成面正负零标高高于原状场地标高 场地需要有 1m 左右的大面积填土 大面积填土可能导致 一层地面在使用过程中产生沉降 设计过程中放弃了普通建筑地面刚性地坪的设计方案 考虑在一层底 处做结构架空楼板 由于南方地区雨水丰富 地下水位较高 一层地面的防水抗渗性能不可忽略 因此 在结构设计中一层底板不采用装配式叠合楼板 任然采用传统的钢筋混凝土现浇楼板 为保证结构竖向构件的可靠性 本工程框架柱全部采用钢筋混凝土现浇形式 建筑二层在塔楼范围 内为办公和商业功能 设备管线用房 卫生间楼梯间均集中在交通核附近 该区域梁板布置相对复杂 第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文 2016 年 3 综合考虑施工方便程度 构件预制难度 以及预制厂开模数量等原因最终决定塔楼内部交通核区域梁板 采用现浇形式 二层塔楼内办公用房 商业用房及塔楼以外室外景观区域建筑形式相对简单 便于结构规则布置 因此这部分区域考虑采用装配式预制叠合梁板方案 为便于构件预制减少预制构件种类 每 8400 x8400 柱网内设置两道次梁 将网格划分为 3 块板跨为 2800mm 的单向板 此方案经同施工人员 预制厂等多方 协商发现该设计的具体操作困难 因为本项目有别于一般住宅项目 柱网尺寸更大 楼面荷载也更大 比如二层楼面的塔楼外景观荷堆载要求导致楼面梁截面尺寸较大 这对构件的运输和吊装产生困难 特 别是吊装方面 据施工方反映 施工现场的起重设备无法完成大截面预制框架梁的吊装 最终二层结构 方案确定为现浇柱 现浇梁 预制叠合楼板 三层至五层为办公用房 结构平面见图 3 由于荷载较小 楼面梁截面尺寸也相应减小 因此这部分 楼层采用装配式叠合梁板 左右两侧塔楼 17 6m 跨的大梁同样因为吊装原因放弃采用装配是叠合梁方案 改为传统的现浇梁形式 屋面层结构原方案同三至五层结构 后考虑的到叠合楼板防水抗渗性能不如现浇楼板 因此最后屋 面层楼板采用现浇形式 而楼面梁保留预制装配式预制叠合形式 3 2 结构设计细节 在叠合主次梁交接位置节点示意见图 4 图 5 次梁与主梁交接时 在次梁端部预留不小于 1 5h 长度的后浇段 后浇段内箍筋加密 连接处预制主梁侧面及预制次梁端部设抗剪槽 以加强节点处 混凝土咬合 次梁顶纵向钢筋一般在中间节点时拉通布置 而在边跨端节点位置 梁顶纵向钢筋采 用螺栓锚头机械锚固 预制主梁侧预埋腰筋及梁底纵向钢筋和预埋钢筋机械连接套筒接头 次梁腰 筋及底面纵向钢筋通过套筒接头与预埋钢筋连接 在设计中发现由于跨中位置梁底钢筋计算配筋值 较大两较大 如梁底钢筋按全长贯通布置就会导致梁端部钢筋拥挤 另外钢筋在主次梁交接位置为 套筒连接 套筒的宽度大于钢筋本身直径很多 这就出现在梁宽范围内无法排下所需的套筒数的情 况 为解决连接困难的情况 最后更加计算结构调整梁配筋方案 根据计算结果显示 次梁的跨中 底筋较大 而支座处的底筋相对不大 因此在满足规范构造要求和计算结果的基础上 在梁支座附 近处截断部分梁底纵向钢筋 只留计算和构造所需的纵向钢筋与主梁预埋钢筋套筒连接 图 4 次梁边跨端支座节点 第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文 2016 年 4 图 5 次梁中间跨支座节点 根据板跨及荷载条件 取楼板总厚度 120mm 即可满足承载力要求 即预制层厚度 60mm 叠合面 60mm 厚 楼板搁置部位为现浇叠合层 叠合面上有预制梁预留的 U 型箍筋 梁面纵向钢筋 以及楼 板顶面钢筋 考虑到各种钢筋都需要占据一定的高度 因此 60mm 高的楼板叠合面扣去钢筋保护层厚 度后板钢筋的布置伸入梁内的空间就非常有限 如板筋碰到箍筋或者梁面钢筋时 钢筋调整位置的 余地几乎没有 因此经过材料费用 人工费用 施工进度等各方面因素的综合考虑 决定取预制板 厚度 60mm 叠合面高度 80mm 楼板总厚度 140mm 预制叠合楼板配筋按计算确定 另外考虑到吊装 以及改善预制板与现浇叠合面的咬合效果 预制板设置间距为 750mm 的桁架钢筋 见图 6 图 6 预制板示意 4 EPC 模式下的设计特点 传统模式下设计过程以建筑专业为龙头 协调各个专业 而 EPC 模式下结构专业则是先行专业 结构专业需要从方案阶段开始介入项目 特别是采用装配式结构的工程 必须由结构方案来引导建 第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文 2016 年 5 方案 在设计过程中结构专业成为设计过程中的信息中枢 设计人员在设计过程中不单要做好本职 的结构设计工作 还需要协调各个专业的设计 因为装配式结构构件是工厂预制 一但构件成型就很难再做调整 因此装配式结构设计的容错 性较传统的现浇结构要差 在 EPC 模式下结构专业设计信息中枢的地位正好为装配式结构精细化设 计性提供了条件 降低了设计在后期的修改调整的概率 从而节省成本 减少浪费 此外由于装配 式结构的建造需要设计人员同预制工厂 施工人员等各方面紧密配合 以结构为中心的设计过程更 加有利于设计人员各个部门的联络和沟通 更加有效的保证工厂的快速 顺利进行 EPC 模式下 设计人员的不仅需要控制好设计的质量 还要在施工期间更多的到现场监控工程的 推进 全程监控施工质量 装配式混凝土结构的施工工艺相对传统现浇混凝土结构施工工艺要求更 高 更加精细 施工期间的质量监控十分重要 因此 EPC 模式的特点与装配式结构的施工特点正好 契合 笔者认为装配式结构 EPC 运作模式是建筑工业化的顺利推广的有效手段 5 存在的问题 一 目前常规的施工机械很难满足装配式结构的施工 二 装配式结构的构件容错性差 要求设计精细化程度进一步提高 三 公共建筑中装配式结构节点的施工难度较大 需在节点的设计和施工工艺方面进一步探究 四 相比住宅建筑而言公共建筑形式更加多样 这对提高公共建筑的预制装配率难度更大 6 工程现状 本工程于 2016 年 4 月 1 正式开工 到 2016 年 7 20 主体结构封顶 总历时 111 天 该项目得到了杭 州市政府及杭州大江东产业集聚区相关领导的高度评价 图 7 工程鸟瞰图 主体结构接近封顶时 第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文 2016 年 6 7 结语 通过本工程对配式混凝土结构设计的案例介绍 阐述了装配式混凝土结构在公共建筑中设计应用的 特点以及今后需要进一步解决的问题 表同时表明了在 EPC 工程总承包模式下的装配式混凝土结构设计 具有独到的优势 装配式混凝土结构结合 EPC 工程总承包模式今后推动建筑工业化的重要方向 参考文献 1 JGJ 1 2014 装配式混凝土结