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        土木工程網-工程師的家園
        裝配式混凝土結構特點及對傳統建筑的影響
        RSS 打印 復制鏈接 發布時間:2020-05-04 11:34:45

        摘要:由于國家政策的相關要求,裝配式建筑在全國各地開始廣泛應用。在裝配式混凝土結構的設計和施工方面,與傳統建筑有著很多區別,將此類區別進行分析,在項目的設計前期進行考量,提高設計施工的效率,更好的實現建筑項目的經濟性和合理性。

        關鍵詞:裝配式混凝土結構;現澆建筑;建筑設計;結構設計

        1引言

        隨著我國城市化進程的加快,傳統建筑行業用工難,揚塵大等問題與越來越高的綠色節能要求等矛盾日益突出。裝配式建筑以其工業化、節能、環保、施工速度快等顯著優勢,以及國家政策的相關支持與要求,在建筑行業得以快速發展與應用。在我國,鋼筋混凝土工程在多層建筑中依然占據著主導地位,與其他結構相比,其發展歷史悠久、技術相對成熟、耐久性好、結構剛度大且造價相對低廉,是現階段裝配式住宅的主要結構形式。預制裝配式混凝土結構,是以預制混凝土構件為主要構件,經裝配、連接、結合部分現澆而形成的混凝土結構。預制裝配式建筑的主要特點是生產工業化,生產工業化的關鍵是設計標準化,最核心的環節是建立一整套具有適應性的模數及模數協調原則。設計中據此優化各功能模塊的尺寸和種類,使建筑部品實現通用性和互換性,保證建筑在建設過程中,在功能、質量、技術和經濟等方面獲得最優的方案,促進建造方式從粗放型向集約型轉變。因此,采用預制裝配式建筑與傳統建筑有著很多區別,下面就這些區別特點進行分析。

        2建筑平面影響因素

        2.1戶型排布的影響

        傳統建筑在建筑設計時,為保證立面的統一協調與戶內戶型的排布規范標準,戶型一般采用對稱式排布。而住宅小區的使用和銷售需求,使得同一小區內的住宅戶型數量增多,一般一個項目至少有4個以上的戶型。這種戶型的對稱排布及個數需求,就導致同一項目的樓型數量較多。對于裝配式建筑而言,如預制外墻、預制凸窗、全預制陽臺等,此類構件,如構件與構件之間采用對稱式,則其模具實為2套模具。如將不同戶型均組合到同一棟樓內,且戶型排布方向相同,其余樓棟均采用同一樓型,則可以大大減少模具的套數,從而降低模具生產成本。優化戶型組合方式:一種樓型,重復率高,成本低。

        2.2預制構件的影響

        對于預制構件本身來說,如采用預制疊合樓板,則房間的開間、進深、結構的墻柱梁布置對其尺寸有很大影響;如采用預制樓梯,則同一項目樓棟的樓梯間,建議樓梯踏步的跑向一致(順時針向上跑向或逆時針向上跑向),即鏡像排布的戶型,樓梯跑向不鏡像,采用復制關系;如采用預制外墻、凸窗等,則房間的門窗洞尺寸,門窗垛與現澆混凝土柱、現澆邊緣構件的距離關系,都影響著預制構件的模數尺寸,如能將其類型數量減少,則也可以減少模具的數量。

        3建筑立面影響因素

        3.1外飾面材料的影響

        預制混凝土構件由于其在工廠制作的原因,其構件尺寸精度高,構件成型好,因此可為建筑立面效果提供豐富多彩的表達形式,F今主要的預制外飾面有素混凝土飾面、瓷磚飾面、石材飾面和陶板飾面。瓷磚采用反打技術,在工廠鋪貼并連接錨固件,其與混凝土之間的粘結強度要遠高于傳統施工現場鋪貼瓷磚的工藝,不易空鼓、脫落。石材和陶板通過反打技術,可以取消傳統工藝的干掛龍骨,節省材料和人工費用。

        3.2立面造型的影響

        建筑師在立面設計時,往往喜歡采用凹凸的線條線腳變化,來實現豐富立面效果的需求。而預制混凝土構件由于其生產工藝特點,凹線條的模具成本費用要遠小于凸線條的模具成本費,因此在預制建筑設計時,建議采用凹線條替代凸線條的表達方式,在標準層線條盡量保持一致,或其線條變化有規律,有明顯的重復率,從而達到更經濟合理又美觀的效果。

        3.3預制構件分縫的影響

        預制單面疊合式外墻體系及預制夾心保溫外墻體系,由于其防水性能好、外側可免除濕作業模板、如吊裝安裝精度控制好的情況下無需傳統二次抹灰等處理工藝,可直接進行飾面工程施工等顯著優點,在預制裝配式建筑中得以廣泛應用。但這兩種體系也有個顯著的特點,就是預制外墻間的水平縫和豎向縫比較突出,此縫寬一般為20mm。采用涂料遮蓋的方式很難保證長期自然條件作用下,此處縫不開裂。因此,如能在建筑方案設計階段,將預制板間的水平縫和豎向縫作為立面的表達因素,則可降低后期立面效果降低的風險。

        3.4結構層高的影響

        傳統建筑結構設計在住宅頂層設計時,結構標高往往和建筑標高為同一標高,造成頂層的結構層高與標準層的結構層高不同。而預制構件尺寸設計時,其構件高度是由結構層高及樓板厚度決定的,因此建議建筑結構設計時,將頂層結構層高及樓板厚度與標準層層高及樓板厚度統一,從而避免單獨增添一層模數的模具。

        4結構專業影響因素

        4.1陽臺受力形式的影響

        傳統結構設計時,認為懸挑梁式陽臺要比懸挑板式陽臺安全,其考慮懸挑板式陽臺,板上部受力縱筋在現場施工時,容易受到工人踩踏,從而導致受力鋼筋的截面有效高度降低,降低了構件承載力,存在安全隱患,因此陽臺設計往往采用懸挑梁式陽臺。但如果采用預制懸挑梁式陽臺,懸挑梁內的鋼筋由預制構件帶出,與懸挑梁連接的現澆邊緣構件縱筋現場先行綁扎完畢,則在懸挑梁與邊緣構件連接節點處,邊緣構件內的水平環箍基本無操作空間,施工極其困難。而預制懸挑板式陽臺,由于板上部受力鋼筋由預制帶出,則可以避免上部綱筋由于踩踏導致截面有效高度變低的情況,且施工簡單迅速。裝配式建筑如采用預制陽臺,建議選擇懸挑板式陽臺。

        4.2疊合樓板對板厚的影響

        預制疊合樓板由于其構件加工成本低廉,預制部分可作為現澆鋼筋混凝土層的永久性模板,減少現場模板的優勢,一般在預制構件的選擇中優先選用。為保證預制疊合樓板在脫模吊裝及運輸過程中的剛度要求,一般板跨在4m以內,預制部分厚度為60mm;板跨4m以上,建議預制部分厚度為70mm。而為保證在樓板現澆層內的強弱電專業的線管走線空間要求,現澆部分的厚度要達到70mm以上。因此,如采用預制疊合樓板,則此樓板厚度至少為130mm。

        4.3預制框架柱的影響

        在裝配式框架項目中,預制框架柱的上下層縱筋一般采用灌漿套筒的連接方式,由于這種連接方式的特殊性,柱內縱筋直徑不宜小于20mm,縱筋不可并筋(灌漿套筒無并筋連接形式),上下層同一定位處縱筋直徑變化只能相差一級,且只能上層柱縱筋直徑小于下層柱縱筋直徑(灌漿套筒連接鋼筋的直徑規格不應大于灌漿套筒規定的連接鋼筋直徑規格,且不宜小于灌漿套筒規定的連接鋼筋直徑規格的一級以上)。在梁柱節點處,柱內鋼筋為避讓梁內鋼筋,一般柱內縱筋的間距控制在100mm以上為佳,縱筋的凈間距不應小于50mm。因此,如果上下層間框架柱截面變化,建議每一邊收縮的長度等于柱縱筋間距(大于等于100mm);三面收柱的,盡可能控制在一邊或兩邊,且每邊收縮的長度大于100mm?蚣苤v筋配筋設計時,建議將同一位置處的縱筋不同層間直徑、間距盡可能歸并,如需改變縱筋直徑、間距,建議4~5層一變,這樣有利于提高設計、制作和施工效率,減少模具套數,降低成本。由于預制框架柱縱筋采用灌漿套筒連接,灌漿套筒一般直徑較大,且其保護層厚度至少為20mm,則框架柱邊縱筋距邊定位一般在50mm以上,為了保證框架主梁縱筋與框架柱縱筋不碰撞,預制主梁邊不可與預制柱邊平,最好相差50mm。

        4.4預制梁的影響

        預制框架結構在梁平面布置時,建議兩方向的梁(即X,Y方向的梁,此處不區分主次梁),梁底高差在100mm以上,可有效避免梁底縱筋碰撞,降低施工難度。十字交叉布置的次梁,如采用預制則只可預制一個方向次梁,另一個方向的次梁現澆,從施工難度及經濟性考慮,不如采用同一方向雙次梁的布置方案。預制梁在配筋時,梁鋼筋間距宜控制在100mm以上,建議梁底采用大直徑鋼筋,減少鋼筋根數(300mm寬梁,梁底單排縱筋最多3根),否則梁底鋼筋過密,很難避免預制柱縱筋與預制梁縱筋碰撞問題。在結構受力允許條件下,梁縱筋第二排及以上的縱筋盡量不伸入支座,避免連接節點區域鋼筋過多造成鋼筋碰撞問題。

        5施工方面影響因素

        5.1構件運輸車的影響

        預制構件的運輸車輛體型較大,為保證運輸車輛順利通行,施工現場的出入口寬度需滿足大型車輛轉彎進出;運輸道路寬度一般需大于6m,可滿足2輛大型車交會;道路轉彎半徑需要9m~10m,用以滿足大型車輛轉彎半徑的要求;道路地面需硬化或平鋪20mm厚鋼板。施工總包應根據要求結合實際情況,根據設計荷載以及施工荷載等,對車行道路及PC堆場涉及范圍內的地庫頂板進行加固,特別是車行線使用鋼管加密加固,所有排架鋼管待結構封頂后拆除,并需編制地庫頂板加固方案。

        5.2塔吊選型的影響

        預制裝配式建筑塔吊選型需考慮以下幾個方面:最重單體構件;最大起重力矩構件;標準層構件數量;施工工期;塔吊基本參數的確定;塔吊安裝方式的確定;啟由高度的確定;周邊環境的影響;前期小塔吊(無PC)后期大塔吊(PC施工)公用基礎綜合考慮塔吊選型。經過選型、比較,采用合適的塔吊,大臂長度按照建筑結構構件吊點位置設計。在選型過程中應結合構件堆場、吊裝順序,塔吊性能,覆蓋范圍等綜合因素進行選擇,選擇最佳經濟實用型方案,在塔吊選型及布局設計完畢后,應對所有構件進行起重力矩復核,確保所有預制構件在塔吊起重能力范圍內。

        6結束語

        預制裝配式建筑在設計時,由于其自身加工工藝特點,與傳統建筑設計有很多區別,如能在項目的方案階段將這些區別因素考慮進去,則可以大幅提高設計效率減少返工,同時也使整個項目的經濟性得以提高。預制裝配式建筑在設計前期仍需考慮施工方面的相關因素,如預制最重構件及其位置對塔吊的影響等。綜上所述,預制裝配式建筑設計是涉及多專業的綜合設計,為了使項目更經濟合理,需要各專業的共同配合努力。

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