当前,随着建筑业转型升级步伐的加快,建筑工业化日益受到关注和重视,国家也大力支持其发展,积极出台相应政策扶持,今年国务院出台的《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》文件明确指出:发展新型建造方式,大力推广装配式建筑,减少建筑垃圾和扬尘污染,缩短建造工期,提升工程质量。力争用10年左右的时间,使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。采用装配式混凝土结构,具有节约劳动力、克服季节影响、节能减排等优点。推广装配式混凝土结构,是实现建筑工业化的重要途径之一,而工业化建筑又是推动建筑工业化的新动力,国家标准《工业化建筑评价标准》GB/T 51129—2015中给出了工业化建筑的定义:采用以标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和信息化管理等为主要特征的工业化生产方式建造的建筑,工业化建筑以单体建筑作为评价对象,参评项目必须满足预制率应≥20%、装配率应≥50%的要求^[1,2,3] 。

南通政务中心立体车库项目位于江苏省南通市工农路西,沿河路以北,总用地面积3 454.66m²,总建筑面积49 593.01m²(其中地上面积42 071.79m²,地下面积7 521.22m²),建筑总高度60.3m。建筑结构安全等级为二级,建筑抗震设防类别为丙类、抗震设防烈度为7度,地下防水等级为一级,建筑物耐火等级地下一级、地上一级,预制构件设计使用年限50年。

结构采用了预制装配整体式框架、预制装配整体式框架-现浇剪力墙2种体系,地下室及地上2层为现浇框架剪力墙结构,西侧为8层框架结构,其中2~7层为预制装配整体式框架结构,西侧第8层及以上屋面结构采用传统的现浇结构施工;东侧为16层框架剪力墙结构,其中2~15层为预制装配整体式框架剪力墙结构,16层及以上屋面结构采用现浇结构施工,建筑整体预制率52.6%。如图1所示。

项目起初已经由设计院按照传统框架-剪力墙结构体系进行方案设计和施工图设计,后来决定采用预制装配式结构形式,使得原设计方案不得不搁浅。由于预制结构自身的特点,考虑工期和成本因素,新方案在原有方案基础上进行了重大调整,采用预制装配整体式框架-现浇剪力墙结构、预制装配整体式框架结构体系相组合的结构形式。为此,在预制方案的策划阶段主要考虑以下内容。

1)依据新规划要点中对预制率的要求,合理选型,若单纯采用框架结构或框剪结构的预制装配式混凝土施工,预制梁和柱在施工现场以刚性连接或者铰接连接而成,构成承重体系,由预制梁和预制柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载,而墙体不承重,仅仅起到围护和分隔作用。这对技术要求及成本而言都比较高,故采用预制叠合梁和叠合板与现场浇筑相结合,即预留钢筋,现场浇筑成整体。

2)构件生产及运输能力,对整个场地内的建筑进行规划,尽可能地在满足预制率的前提下降低成本。在总体规划中还考虑构配件的制作、堆放和起重运输设备吊装能力及起重运输设备服务半径所需的空间。

3)建筑、结构、给排水、电气、暖通各专业充分配合,利用BIM技术,结合建筑功能与造型,除选用已有的预制装配整体式框架结构体系绿色建筑技术外,还采用如太阳能光伏系统、墙面垂直绿化系统、植被屋面、雨水回收系统、地源热泵空调系统等绿色建筑技术,室外硬质地面透水面砖铺装率≥50%。

原方案由于准备采用传统的框架-剪力墙结构形式,建筑平面尺寸变化较多,建筑结构布置与工业化设计不协调、不一致的问题较为突出,不利于按照装配式建筑进行结构设计,为此,新方案进行了如下调整和改动,满足工业化设计和施工需要,实现无外架、无外模、无粉刷施工,节能环保。

立体车库原设计方案考虑采用冲孔板进行立面装饰,根据停车楼功能(车库总设计机动车位653个,其中地下154个,地上499个,含无障碍车位11个),会有大量汽车尾气排出,为减少气体和噪声污染,对原设计立面进行优化,采用垂直绿化,净化空气的同时,丰富了外立面效果。

立体车库原结构设计中,梁、板布置不符合工业化设计“少规格,多组合”的基本原则,在二次设计过程中进行调整(见图2)。原方案中,柱网尺寸不规则,有7 300,7 600,7 800,8 100,8 300,8 400,10 400,10 800,11 700mm共9种不同尺寸,为此在保持原建筑外轮廓基本不变和满足停车功能需求的前提下,将开间柱网尺寸调整为7 800,8 300mm 2种,进深柱网尺寸修改为7 800,10 300,11 400mm 3种,大量减少了预制构件的种类,有利于降低建造成本。

该项目预制框架柱纵向钢筋连接采用浆锚-直螺纹套筒连接,其规格有CT20,CT22,CT25,CT22/20,CT25/22,CT25/20等,采用这种连接方式可以大幅缩短预制柱层间上下钢筋连接长度。用连接套筒制作相应规格的浆锚-直螺纹连接接头试件,按照《钢筋机械连接技术规程》JGJ107—2010的要求,通过接头型式试验来检验套筒性能。该项目抗震设防类别为标准设防丙级,框架抗震等级二级。预制构件结构材料,钢筋采用HPB300,HRB400,HTRB600 E。叠合梁两端设抗剪键槽,在外侧边和高低板连接处叠合梁高的一侧设计PC模板,叠合梁底伸出钢筋锚入柱内(见图3,4)。装配整体式框架结构中,预制柱水平接缝处不宜出现拉力。

现浇和预制层柱防雷扁铁(40mm×4mm热镀锌扁钢)上下通过焊接连接,焊接长度100mm。预制柱与预制柱上下扁铁连接时,节点留在叠合梁、叠合板平面内,弯起点至钢筋端部长度≥150mm,焊接长度≥50mm。为了降低后期施工成本,取消梁钢筋连接套筒,采用节点现浇连接。柱与梁及主梁与次梁节点,如图4所示。

采用整间整板布置,增加吊装效率,减少拼缝。采用60mm厚预制底板代替传统底模板,同时作为结构受力板,降低建筑成本,促进环境保护;现场仅需绑扎现浇层板面钢筋,现场混凝土浇筑量较少,且板底无需粉刷,如图5所示。

楼梯梯段板按简支计算模型考虑,支座处为销键连接,上端支撑处为固定铰支座,下端支撑处为滑动铰支座,可不参与整体结构计算,如图6所示。预制楼梯梯段板应进行结构性能检验(型式检验)。原方案中,标准层3个疏散楼梯开间尺寸分别为2 600,2 800,3 100mm,无障碍楼梯间开间尺寸为2 800mm,合计共4种楼梯规格。方案优化后,在满足疏散的前提下,3个疏散楼梯的开间尺寸均统一成2 650mm,无障碍楼梯开间尺寸为2 900mm,通过标准化设计,减少楼梯模具种类和开模费用,降低建造成本。

在2F~8F停车库外周设计有外围挡、绿化为一体的预制花池,花池的固定利用梁板上预留ф16钢筋与花池内侧壁预埋的ф40mm的金属波纹管浆锚连接(见图7)。

1)预制装配整体式框架结构用于公共建筑,对比原有传统现浇框架-剪力墙结构体系,充分发挥了预制装配建筑的优点,通过标准化、工业化设计,节约了成本。

2)立体车库采用预制装配整体式框架结构形式,整体建筑预制率达到52.6%,符合绿色建筑发展方向,同时在该立体车库的设计中,应用了屋面绿化、垂直绿化、太阳能光伏发电系统、地源热泵空调系统、雨水回收系统等绿色建筑技术,达到三星级绿色建筑评价标识要求,对原有方案进行了创新和发展,并经过实践检验,节能环保、降低后期运营成本,达到了预期目标。