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一汽停車樓裝配式結構深化設計關鍵技術研究

1、概況


1.1 主要參建單位


開發單位:中國一汽車集團有限公司

建筑設計:中國航天建設集團有限公司第二設計研究院

深化設計:北京預制建筑工程研究院有限公司

施工單位:中國建筑第八工程局有限公司

監理單位:長春市正清和監理有限公司

設計咨詢及試驗:中國建筑科學研究院


1.2 項目概況


本項目名稱為一汽技術中心乘用車所建設項目,建設地點位于吉林省長春市汽車產業開發區,東風大街以北,凱達北街以西,丙九街以南,大眾街以東所圍成的區域。本項目包括前期策劃辦公樓、項目團隊大樓、R&D設計大樓、停車樓、動能物流中心、造型中心以及會議中心等單體建筑,其中停車樓地上結構為預制裝配式混凝土結構體系。總建筑面積:78834.6m2,東西寬103.975m,南北長132.40m,地上7層,局部地下1層,首層層高4.5m二~七層層高為3.2m,建筑高度:23.70m,如圖1所示。


圖1


2、建筑設計


本項目建筑平面布局為兩棟矩形平面布置,分南北兩棟樓間距26米其平面基本對稱,兩樓由端部過街樓在五~七層連為一體,過街樓下方為兩條汽車通道。


建筑外墻面為清水混凝土飾面為主,其中南北西側外墻面首層采用磚紅色陶棍后掛裝飾,二至七層窗下為 橫向刷磚紅色仿陶板外墻漆,西側山墻樓梯間外墻立面采用裝飾凹線條清水裝飾混凝土飾面,如圖2所示。


圖2


兩棟樓首層西側和過街樓下方各設置三個汽車出入口,平面東側靠山墻位置為主要人員疏散通道,電梯間樓梯間均布置在此處,另外西側山墻拐角處有兩個樓梯間疏散通道。兩棟樓地上建筑每層均設停車位,停車位垂直墻體靠邊布置中間預留不小于6米的行車道。首層主要布置大巴車、無障礙、自行車停車位,其余各層布置標準車位,整棟停車樓容納車位數見表1,如圖3-1所示。


整個停車空間按三跨立體布局,其中兩跨為剪刀梯型斜坡車道,供車輛上下樓行駛所用,另外一跨為平層樓板行車道,如圖3-2所示。


表1

圖3-1

圖3-2

3、結構設計


3.1 結構布置


停車樓平面為矩形,東西寬104m,南北長132m(南樓和北樓單樓寬度53米)建筑物地上為7層,1層地下室,地下室結構板頂標高-0.050m。停車樓主要荷載為小客車停放荷載,屋面為不上人屋面,抗震設防類別為丙級。


本結構體系豎向構件主要為預制混凝土剪力墻及柱,平面X向布置三道和Y方向四道預制剪力墻或預制柱,X向預制剪力墻為雙肢墻并列排布,各墻肢之間不連接,獨立承擔水平力,各墻肢之間變形的協調依靠樓面。柱截面為1mx1m,墻片厚度主要有:0.3m、0.4mm兩種。水平構件主要為2.38m寬預制預應力混凝土雙T板、預制混凝土倒T梁及0.2m厚預制混凝土連梁。預制雙T板跨度最大為17.25m,雙T板肋間距為1.2m,雙T板上設置80mm厚現澆混凝土疊合層,加強樓屋蓋的自身剛度和整體性,避免結構樓屋蓋局部振動,增強各預制柱及預制剪力墻在平面內的聯系。水平構件通過豎向構件上預留的預制混凝土牛腿豎向傳力,如圖4-1、圖4-2所示。


圖4-1

圖4-2


3.2 水平傳力途徑


結構水平傳力體系包括預制混凝土剪力墻和預制柱。水平力由預制雙T板及上部現澆疊合層共同受力并傳遞豎向力給豎向構件。在X方向,水平力主要通過樓板疊合層直接傳遞到相鄰的X向墻片上,X向剪力墻依靠平面內的抗剪及抗彎能力抵抗水平作用。在Y方向,水平力通過預制雙T板及疊合層傳遞給與其相連的Y向剪力墻,Y向剪力墻依靠面內的抗剪及抗彎能力抵抗Y向水平作用。


在水平力通過樓板向豎向構件傳遞的過程中,疊合樓板與預制剪力墻之間存在面內的剪力及拉力,主要通過疊合層與預制剪力墻之間的混凝土粗糙面及連接鋼筋,以及預制雙T板頂的預埋件與預制剪力墻埋件的鋼板焊接件傳遞應力。預制雙T板面板頂混凝土設計為粗糙面和抗剪鋼筋,加強疊合樓板的整體性保證水平力的有效傳遞。


3.3 豎向傳力途徑


豎向荷載作用在樓、屋蓋上主要通過預制預應力混凝土雙T板傳遞力,再通過豎向構件上預留的預制混凝土牛腿或預制倒T梁將預制雙T板的豎向力傳遞給預制混凝土剪力墻和預制柱上。


總之,結構傳力過程中主要經過以下兩個重要環節:


1)水平傳力時,預制雙T板疊樓、屋蓋應與預制剪力墻或預制梁有可靠的連接,豎向受力構件上下連接的水平接縫應具有足夠的剛度傳遞上層的水平力,水平接縫應滿足抗剪、抗彎承載力要求。


2)豎向傳力時,預制剪力墻、預制柱、預制梁預留牛腿能夠承擔預制雙T板傳來的豎向力,預制牛腿應滿足局壓、抗剪、抗彎承載力要求。


4、深化設計


本項目深化設計主要分為連接節點設計和預制構件設計,連接節點設計牽扯到將來現場裝配圖的設計內容,既要滿足建筑設計和結構設計的要求,還要考慮施工安裝過程當中的預留預埋、裝配順序的搭接關系以及現場可實施條件。預制構件設計是預制工廠層面的圖紙,要保證工廠工藝方案的可行性,及脫模起吊當中的預留預埋及施工過程的驗算。其中預制雙T板的連接節點設計和構件設計是整個項目深化設計的重點和難點。


圖5


4.1 連接節點設計


4.1.1 豎向構件連接


本項目豎向構件的連接主要以預制混凝土剪力墻和預制混凝土柱上下層構件的連接為主。

預制混凝土剪力墻二層以上為兩層一個墻高來分塊,上下墻之間的水平接縫處縱筋連接主要為鋼筋灌漿套筒連接,水平縫上下結合面為粗糙面,縫隙用灌漿料填實。豎向縫大部分為開封設計,只有在結構平面縱橫交接處和增強結構的整體性要求的地方做預埋件螺栓連接或焊接連接,如圖6所示。


圖6


預制混凝土柱為單層柱分塊,上下柱之間的水平接縫處縱筋連接主要為鋼筋灌漿套筒連接,水平縫上下結合面為粗糙面,并在預制柱底部結合面設置抗剪槽,預制柱底四個側面預留埋件與下柱柱頂預埋件現場焊接連接,縫隙用灌漿料填實,如圖7所示。


圖7


4.1.2 水平構件連接


本項目水平構件連接主要以預制混凝土雙T板與預制剪力墻、預制倒T梁、預制連梁、預制雙T板之間的連接為主,另外還包括預制倒T梁和預制柱之間的連接及預制連梁與預制剪力墻之間的連接。


預制混凝土雙T板和預制剪力墻在平面內Y方向以2.4米的模數分塊,預制雙T板的肋梁底部設置橡膠墊塊簡支擱置在預制剪力墻的預留混凝土牛腿上,預制雙T板肋梁上口預留預埋件與預制剪力墻上預留埋件用 鋼板連接件現場焊接連接,預制雙T板頂部現場澆筑80mm厚混凝土疊合層,在剪力墻連接的根部混凝土加厚50mm加強連接剛度,同時有利于此處面層受力鋼筋的錨固,如圖8所示。結構平面東西兩側各有兩跨框架梁柱,預制梁為倒T型梁,預制雙T板的肋梁底部設置橡膠墊塊簡支擱置在預制倒T梁牛腿上,預制雙T板肋梁上口預留預埋件與預制倒T梁上預留埋件用鋼板連接件現場焊接連接,鋼板連接件為“弓”型鋼板有助于節點的塑性變形。構件安裝完成后頂部現場澆筑80mm厚混凝土疊合層加強結構整體性,如圖9所示。預制倒T梁兩端設置橡膠墊塊簡支擱置在預制柱的預留混凝土牛腿上,預制倒T梁兩端側面預留預埋件與預制柱上預留埋件用角鋼連接件現場螺栓連接,如圖10所示。


圖8

圖9

圖10


南北棟樓靠外側立面預制剪力墻橫向之間均為預制連梁設計,預制雙T板的肋梁底部設置橡膠墊塊簡支擱置在預制連梁牛腿上,預制雙T板肋梁上口預留預埋件與預制連梁上預留埋件用鋼板連接件現場焊接連接。預制連梁兩端設置橡膠墊塊簡支擱置在預制剪力墻的預留混凝土牛腿上,預制連梁兩端側面預留預埋件與預制剪力墻上預留埋件用鋼板連接件現場焊接連接,如圖11所示。


圖11


預制雙T板在兩側懸挑翼緣方向預留20mm的安裝縫隙,并在50mm厚翼緣邊緣均勻布置預埋件,現場用鋼板連接件現場焊接連接,等所有雙T板安裝完成后做80mm厚頂層混凝土疊合面層,如圖12所示。


圖12


4.2 預制構件設計


本項目預制構件類型主要有:預制雙T板、剪力墻板、柱、倒T梁、連梁和樓梯等,其中預制雙T板最長尺寸為17.25米,最重的預制構件為20.27噸,預制構件混凝土體積總計14856立方米,構件統計詳見表2。


表2


預制構件的設計包括,模板圖設計、配筋圖設計、預埋件設計及連接構造的設計,其中預制雙T板的設計是此項目的重點和難點。


4.2.1 預制雙T板設計


本項目預制雙T板作為停車樓蓋、屋面以及行車道的水平承載構件,主要荷載為當地屋面雪荷載和樓面轎車活荷載,受力模型為簡支梁板結構設計,國內預制雙T板圖集中作為屋面板設計選用,并且長度為模數化定 型構件,面板薄構件截面帶橫向肋的輕型承載構件,不能滿足項目的工程需要。


依據項目特點必須開發一 種重型雙T板系統,借鑒國外雙T板樣式結合項目需求進行設計研究,主要內容為:

1)預制雙T板截面定型;

2)預制雙T板承載能力極限狀態計算和正常使用極限狀態的驗算;

3)施工階段進行驗算:

預制雙T板截面定型為肋梁截面高度0.7m肋底寬0.12m兩肋間距1.2m肋梁兩側放斜口漸變,面板厚度0.05m與肋梁相交處做倒角設計,預制雙T板按長線生產工藝設計長度方向定截面不變,按工程需求任意截取長度,預制雙T板寬度方向可以按需求做成單T板構件使用,如圖13所示。


圖13


預制雙T板承載能力極限狀態計算和正常使用極限狀態的驗算:


幾種截面特征參數計算:



(截面1)凈截面面積An=0.34×106(mm2)

凈截面重心軸到受拉邊緣的距離yn=474.07(mm)

凈截面慣性矩In=15.4×109(mm4)



(截面2)換算截面面積 A0=0.32×106(mm2)

換算截面重心軸到受拉邊緣的距離y0=453(mm)

換算截面慣性矩I0=16.4×109(mm4)



(截面3)疊合面面積An=0.51×106(mm2)

疊合面重心軸到受拉邊緣的距離yn=559(mm)

疊合面慣性矩In=26.4×109(mm4)

預應力損失值計算、正截面計算、抗裂計算等過程略……,具體可見論文集原文。


最終確定17.25米跨預制雙T板在樓、屋面的配筋方案見表3。


3


4.2.2 預制剪力墻設計


本項目預制剪力墻是主要的豎向傳力構件,雙面預制牛腿、開洞、套筒連接出筋、預留埋件等構造導致外形較為復雜,除了滿足結構構造要求外,尚需要滿足構件為清水混凝土飾面的建筑要求,結合工廠生產工藝和吊裝要求,構件設計按兩個建筑層高為墻高,由于首層層高較高按單層分塊。


上下墻連接結合面做成粗糙面,鋼筋連接套筒和預埋出筋在工廠預埋,由于墻板按平躺工藝生產所以脫模吊母埋設在板的上表面,構件澆筑完成后上表面做平整度較好的壓光面處理。由于吊裝要求起吊吊點設在板頂端避開套筒鋼筋布置,在板的兩端埋設角鋼預埋件現場鋼板連接件焊接,來滿足墻板的臨時固定和底部抗剪、抗彎承載力要求,如圖14所示。


圖14


4.2.3 預制柱設計


本項目預制柱是采用單層分塊方案,柱頂預留牛腿用于承擔預制倒T梁或預制雙T板傳遞的豎向荷載,上下柱連接結合面做成粗糙面,柱底部做抗剪槽,鋼筋連接套筒和預埋出筋在工廠預埋,在柱的兩端四面埋設預埋件現場鋼板連接件焊接,來滿足墻板的臨時固定和底部抗剪、抗彎承載力要求。


預制柱按平躺工藝生產所以脫模吊母埋設在柱的側表面,構件澆筑完成后側表面做平整度較好的壓光面處理,起吊吊點設在柱頂端避開套筒鋼筋布置,如圖15所示。


圖15


4.2.4 預制梁設計


本項目預制梁有兩種形式,即預制倒T梁和預制連梁,這兩種梁均為水平傳力構件,主要將預制雙T板的豎向荷載傳遞給豎向構件。


預制倒T梁兩端側面預留預埋件與預制柱上預留埋件用角鋼連接件現場螺栓連接,埋件處做凹陷處理滿足由于角鋼連接件突起導致的碰撞問題,如圖16所示。


圖16


預制連梁兩端側面預留預埋件與預制剪力墻上預留埋件用角鋼連接件現場螺栓連接,埋件處做凹陷處理 滿足由于角鋼連接件突起導致的碰 撞問題,如圖17所示。


圖17


結論


一汽停車樓是我國第一座裝配 式混凝土結構停車樓,具有典型的裝配式結構體系特征,通過工程實踐充分驗證了裝配式混凝土結構具有預制率高、施工速度快、安裝精度高、現場污染少、節約資源等優點,預制停車樓在國外已得到廣泛應用,我國未來停車設施建設中應大力推廣。


來源:工程建設標準與實踐

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