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双T板结构体系工业厂房的设计和施工
时间: 2019-05-26浏览次数:
建筑结构改革如果只着眼于单体构件,追求单项指标,总是摆脱不了常用体系的束缚,有的越改越烦琐,使施工难度大,耗用木材多,有的构件受力不合理,施工中构件损耗也大,厂房

建筑结构改革如果只着眼于单体构件,追求单项指标,总是摆脱不了常用体系的束缚,有的越改越烦琐,使施工难度大,耗用木材多,有的构件受力不合理,施工中构件损耗也大,厂房的整体刚度削弱,综合指标不好。要使建筑结构根本改观,必须突破旧框框,从结构整体上加以改革,创造新型的结构体系。对双T板体系工业厂房的情况曾在《冶金建筑》1978年第二期上作过简单介绍,继机加工车间建成之后又兴建了汽修车间及一幢食堂,再将设计试验和工程试点中的几点体会介绍如下。

一、建筑设计
 
 

双T板体系建筑有其自身的特点,在本试点工程中,对建筑造型、平面布置、门窗处理、细部构造等方面进行了一些探讨和尝试。

1、定位轴线  在机加工车间设计中,其横向轴线按板宽2.4米设置,汽修车间因采用1.5米宽的屋面板,以其肋中心线作为定位轴线,这样处理便于基础放线和构件定位安装。纵向定位轴线采取与墙板内表面相重合,使15米净距恰好是3米宽山墙板的倍数。同时,亦满足了汽修车间吊车跨距14.5米的要求。但是对用双T板体系的新型厂房,若跨度较大,且是多跨,又有较大吨位的桥式吊车或梁式吊车时,构件与定位轴线间的关系应如何处理,尚有待进一步研究。 

2、吊车设置  机加工车间跨度15米,建筑面积1000平方米,屋面板两端肋底标高7.2米和7.8米,整个车间由66块墙板和26块屋面板组成。汽修车间由15米主跨和、7.5米付跨组成,建筑面积1500平方米。主跨内设3吨梁式吊车,吊车轨道直接架设在双T墙板板面伸出的牛腿上(图1),轨顶标高7.2米,主、付跨屋面板肋底标高分别为8.3米和5.0米。


图1  双T墙板伸出牛腿

3、檐口处理  在檐口处理上分无组织排水和有组织排水两种(图2、图3)。值得提出的是图2b的形式,这种方案无需另外制作、安装天沟构件,大大简化施工。

机加工车间窗洞开设在每块墙板的肋间,预制墙板时在肋间预留无框窗洞,洞口上缘预埋螺栓用于固定上冒头,窗扇铰接在上冒头,做成上悬窗(图4)。这种形式的窗洞可省木料,采光系数为27%。汽修车间是切去翼缘开长条形窗,采光面积大,立面观感较好,且解决了两肋间开窗时因板面薄而不易固定木窗的问题。

图2  无组织排水檐口形式

1-层面板;2-纵墙板;3-墙板

4、屋面防水、保温  屋面防水采用5毫米厚的乳化沥青抹面,为解决保温隔热问题,在汽修车间低跨采用加气混凝土〔附注一〕夹心墙板。

机加工车间技术经济指标                 表1


 

5.  技术经济指标  以机加工车间为列,其技术经济指标见表1。

图3  有组织排水檐口形式

1-层面板;2-天沟;3-纵墙板


图4  窗与墙板连接

1-上冒头;2-连接螺栓

3-窗扇;4-墙板

5-预留窗洞;6-墙板肋部

二、结构设计
 
 

进行排架分析时,车间的横向由两块竖立的墙板和一块(双T)或二块(单T)屋面板组成一个单元(图5),按平面铰接排架计算。在车间的纵向,根据双T板间连接的方式,可视为一整体工作的剪力墙或一群独立工作的墙体来抵抗纵向水平力。按上述原则分析结果,纵横向组合力并不控制墙板的设计,墙板是按起模、运输、吊装要求设计的。


图5  横向排架单元

1-双T层面板;2-双T墙板

1.  屋面板  屋面板的板宽主要考虑吊车起重能力,为避免起模、吊装时因受力不均而产生纵向裂缝,宜采用对称截面。肋高主要根据屋面板跨中断面的抗裂度和强度要求、所选用的钢筋型号、布筋方式和张拉工艺来选择。肋坡度的选取主要考虑使构件能顺利脱模,本工程取1/10。

屋面板计算跨度15.3米,活荷载50公斤/平方米,预留隔热层荷载45公斤/平方米,用400号混凝土制作。以直径5毫米的光面碳素钢丝作预应力筋,机加工屋面板每肋配置16根,汽修单T屋面板每肋配置20根(图6)。张拉控制应力。ÓK=0.7=11200公斤/平方厘米,肋内配置∮6间距为300毫米的型单肢箍筋,肋端用  型双肢箍筋加密到100毫米,每肋端下部配置2Ø12纵向构造筋,板面采用间距200X200毫米的功Øb4钢丝网片。当跨度更大、肋更高、预应力也更大时,可采用部分预应力筋在肋端涂油或包果塑料管等措施,使预应力筋在肋端较少锚固,以减小板端负弯距和跨中上拱值,并避免预应力在肋端过分集中而产生各样裂缝。

图6  层面板设计简图

我们对汽修车间屋面板进行了检验性试验。从试验结果看出,预应力双T板有很好的弹性,用光面碳素钢筋作预应力筋安全可靠,刚度、抗裂度、安全度符合设计要求,板与肋能很好地共同工作,与设计中板面全宽参加工作的假设相符。

2、墙板  墙板设计成如图7的形式,在平面排架计算时,假设板面部分为悬挂于两肋的围护物,而作为偏心受压柱的双肋因与板面的整体作用,在垂直荷载作用下,肋在板平面方向的稳定性不须验算。

墙板的板宽应与屋面板互相适应。板厚根据窗的材料(钢或木)的尺寸要求、板与板接缝形式、有无保温隔热层以及施工阶段的刚度要求来选定。在有重吨位吊车厂房或设计中考虑抗震时,板厚还需保证埋设件的安设、节点的连接和传力要求。肋距要考虑采光和开窗形式的要求。肋高要满足作为排架柱时所需刚度,还应符合现行规范中长细比以及施工阶段抗裂度和强度要求。在设计胎模时,要从一个建筑群来综合考虑,选择适当的肋距,并要考虑到肋高有变化的可能性。从本试点工程来看,采用200号混凝土,肋高41厘米(连板面厚度),用于长10米的墙板,在施工阶段的抗裂能力(胎模吸附力为板重的0.4倍)已耗尽,墙板加长时,以板厚不变而增加肋高为宜。

墙板肋部作为柱,每肋配置4∮12纵向构造筋已能满足使用和施工阶段的强度要求。肋内采用∮6双肢箍筋,间距200毫米,板面用协Øb4间距200 X 200毫米单层网片配筋。

从图7中可以看到,上端板面伸出肋顶530毫米作为封檐板,省去了二次制作封檐板安装工序,整体性好。封檐板间预留凹槽,便于屋面板肋的安装定位。上部和下部板面设有100 X 100毫米混凝土小梁,配置4∮10钢筋,增加了板的横向刚度,对防止起模、运输、堆放、安装过程中出现纵向裂缝起到了很好的效果。墙板上端小梁还可作为安装屋面板时施工人员的通道,站立位置。此时,封檐板即为通道的安全扶手,整个厂房施工中废除了脚手架,省工省料。墙板下端肋部外伸550毫米,插人杯口500毫米,预留50毫米作为墙板与基础顶面施工公差,且在墙板安装调整时, 便于插入撬杠和施放垫块。

图7  墙板图

1-窗台板;2-窗洞位置;3-相邻墙板

4-70毫米厚气混凝土夹心

肋与板交接形式采用“八”字形(图8)。与圆弧形比较,具有胎模制作简便、构件外观棱角清晰、线条分明、美观大方的特点;减小了构件起模时的吸附力;更重要的是当改变构件截面形式时,如汽修车间墙板为“”形,边模可用不带圆角的方形和三角形木条组成,边模、端模制作简便,并且使板与肋交接处不易产生裂缝。

图8  肋与板交接形式

1-边模;2-墙板;3-胎模

3、基础 在无吊车或吊车吨位小的厂房中,双T墙板的基础在正常使用情况下设米,计宽度较小,必须核算墙板安装后屋面板安装前在风荷载作用下的倾覆安全度,必要时给墙板加临时支撑或揽风绳,而尽量不增加基础宽度。

应该指出,设计为素混凝土长条槽形基础是不合理的。如图9a所示,打紧楔子的力加上墙板受风荷载后对基础上边缘的压力P可能使1-1断面拉裂。可见不能忽视该断面的核算,要保证该断面有足够的抗裂度,就必须增大1-1断面的高度,从而大大增加了混凝土量。

本工程采用独立式杯口基础,一块墙板的两肋分别插人相邻基础的一个杯口(图9b),与长条槽式基础比较,除避免了上面所述的受力缺陷外,还有如下优点:(1)杯口吊模做成工具式,减少了模板并可缩短生产周期。同时也可节省部分混凝土;(2)雨季施工时,可分批开挖基坑和浇灌基础,且便于防雨物覆盖,进水也不致于殃及邻坑。


图9  基础、基础与墙板连接

1-基础;2-墙板

4、伸缩缝  武汉地区温差变化大,而双T板厂房在国内又无前例可鉴,并且武汉地区不作地震设防,我们以放松约束为原则,避免因温差而产生结构中过大的变形或内力,因此在机加工车间设置了三道伸缩缝。伸缩缝处所采用的连接件考虑能传一部分剪力,而在板横向由于温差引起受拉、压时能产生一定的变形。墙板伸缩缝构造见图10。考虑到屋面板在施工阶段有集中荷载作用时,使伸缩处相邻板有相对垂直位移,采用了能阻止其相对垂直位移的销连接(图11)。在伸缩缝处,采用聚氯乙烯胶泥嵌缝。

图10  墙板伸缩缝节点

1-埋设件;2-墙板

3-连接件;4-聚氯乙烯胶泥

  三、双T板体系厂房的施工
 
 

1. 胎模  双T墙板作为墙柱合一的构件,外表面不抹灰,故要求胎模表面平整、光滑,线条平直,棱角清晰,容易脱模。因目前是试验阶段,未采用钢模。

图11  屋面板伸缩缝处节点

1-屋面板;2-聚氯乙烯胶泥

3-钢管d=26毫米;4-预埋件

5-钢筋d=24毫米

采用固定式长线胎模可以节省木材和人力,缩短生产周期。固定式胎模的肋槽如用手工抹灰制作,实践证明是很难满足上述要求的。我们在国内首次采用了明矾石无收缩灌浆料自流成型新工艺,制成了两坐长度分别为60米和36米的长线胎模,60米胎模用来制作墙板,肋槽高35厘米;36米胎模用来制作预应力屋面板,肋槽高55厘米,肋槽底宽皆为11厘米,肋的坡度皆为1/10。肋槽的外模用红砖砌筑,内模采用箱形木模。内外模之间预留空隙2~3厘米,过宽则浪费材料,且砂浆初凝时,由于沉降使上部与内、外模脱离,过窄则脱模时易把砂浆带起拉裂。

为保证肋槽的高质量,须严格做到木模平直光滑;肋槽砖砌体事先湿水饱和而槽内无多余积水;灌浆前将木模压紧以防浮起;胎模纵向应有坡度以利排水,灌浆时从低端向高端浇注,让其自流;灌满后覆盖木模以免阳光暴晒收缩过快,或因雨水泡涨木模而造成脱模困难;为节省木模可分段浇注,分段接头处如不平整,待达到一定强度后用砂轮磨平,有汽泡者用水泥浆填平磨光;在气温25℃左右,十二小时即可脱模,脱模后满槽水养护七天,否则仍有收缩。由于施工中

注意了以上各个环节,才能使胎模的平直度好,构件脱模顺利。

胎模型式的选择和质量的好坏,直接影响到构件的质量、生产周期、材料耗用等多方面的指标,是双T板体系厂房施工的重要环节。而明矾石无收缩灌浆料〔附注二〕自流成型新工艺加快了胎模施工,具有造价低,质量好,减轻劳动强度等优点。

由于胎模只有纵向肋槽。因此,在同一胎模上可制作多种型式不同、长宽不同的构件,如双T、单T板,“∏”型板,“「”型板,"F”型板等。可见,这种胎模使用灵活性大,通用性强,且经久耐用。

2. 张拉工艺  屋面板预应力筋采用定下料,两端冷墩头,成束张拉的先张法工艺。由于采用了活动锚固板,使预应力筋下料、穿锚板、套锚具、墩头这一些工序能在胎模外完成。将上述准备好的预应力筋放置在肋槽内,调整好锚固板后,由卷扬机钢丝绳通过挂板与束锚挂接成束张拉,每束四根,张拉到设计应力和长度(双控)后,插人卡板固定在锚板上。这套张拉工艺直接在胎模上操作一般只需1.5-2小时。为了保证板面钢筋网片位置正确,将板面部分纵向钢丝每根张拉到500公斤,然后放置预扎网片。为了防止个别预应力钢丝因墩头拉裂而射出伤人,在张拉端设置防护木栅,另一端加临时盖板。操作时,在钢丝轴线方向和张拉钢绳夹角内侧不要站人,以确保施工安全。

3.  脱模  堆放  为避免因构件两肋产生较大高差而出现纵向裂纹,起模时,先用脱模小车架通过油压千斤顶将构件水平顶升,肋下垫以木块,再将构件吊出胎模,堆放在垫木上。垫木必须平直,在不平的地面上必须用碎石垫层找平。12吨重的屋面板重叠四层情况良好。在起模时,如墙板跨中肋部出现了裂缝,应采用三点支承堆放或竖立堆放,以免塑性变形使构件弯曲过大影响正常使用。

屋面板肋较高,胎模吸附力较大,且放张预应力筋的弹性压缩变形可能使肋在纵向挤紧卡模,因此,用废机油作隔离剂时掺滑石粉使达到一定稠度,效果较好。经测定,脱模顶升力为构件自重的1.4倍。但须注意涂刷均匀而无堆积,若肋底出现流动状油积,应用纱布或水泥粉吸干,施工过程中严禁预应力钢筋沽油。墙板安装后肋朝室外,不加粉刷,为保证墙面颜色均匀,所用水泥品种和隔离剂不宜中途改变。

由于预应力钢丝张拉应力和放张时混凝土强度控制较好,屋面板上拱均匀,一般反拱为10~20毫米。

4. 运输、吊装  胎模离吊装现场较近,墙板、屋面板的起模、运输,墙板的安装均由15吨履带式吊车完成,每台班可安装10~16块墙板。1000平方米屋面由36吨汽车吊只用两个台班就安装完毕。

5. 公差控制及构件修整  屋面板、墙板制作误差测定结果见表2。实践证明,在长线胎上生产,构件的尺寸精度较高。板缝预留公差可从20毫米减为10毫米。使嵌缝简化,节省嵌缝材料。

制作误差测定结果                                   表2

由于堆放场地有限,构件分批安装,不能一次调整所有柱顶标高,因此,基础杯底标高和墙板长度控制要严格。吊装前检查肋长,长者切去部分混凝土,短者用高一级砂浆补长,或通过杯底标高调整以相适应。门洞处采用预制短柱,预制雨蓬梁,预制短墙板,其制作误差与杯底标高误差积累结果,若为正公差,则使柱顶过高难于处理,应尽量避免。宁可出现负公差,这样只需垫高个别柱顶,而不影响其它柱顶标高的调整,故在设计短墙板时将助长减短20毫米。

6. 养护及其它施工措施  为提高混凝土早期强度,缩短生产周期,制作构件时掺人适量的减水剂NNO或FDN,三天强度比空白混凝土提高60% , 28天强度提高30%,制作构件若在高温季节,自然养生4~5天即可达到设计强度的70%而起模,生产周期为5~7天。

通过双T板结构体系厂房的建设实践,进一步体会到,要迅速实现建筑工业化,必须从根本上对建筑体系实行改革。

采用板梁合一屋面构件打破了旧框框,产生了几种新型的屋盖结构,如折叠式及整体式折板,双曲长壳(又称马鞍形壳),双、单T板等,比旧式屋盖体系前进了一大步。尤其是双、单T板,构件的灵活性和多功能,胎模的一模多用,使它在电业系统得到较大的发展。旧式屋盖构件型号繁多,重叠堆积,无用空间大;以集中力形式传力,路线曲折且长,一旦一个节点、一个构件出了问题便使传力路线中断,涉及全局;整体刚度差,须设置繁杂的支撑系统。板梁合一的屋盖结构克服了以上缺点,且简化了施工,缩短了工期。

旧式墙体结构采用单独柱,填充砖墙或悬挂墙板,这种围护结构与承重结构分离的结构形式,未发挥砖墙和混凝土墙板的承重作用。两个柱和柱基承受一个柱间屋盖和墙体的全部结构荷载和吊车荷载,形成“深基”、“胖柱”。采用砖填充墙时,还要配合圈梁、基础梁、柱上预留拉结钢筋等。结构整体性差,材料耗用量大,施工复杂。而墙柱合一的双T墙板一改旧观,使承重、围护多功能于一体,墙和柱、窗框、封檐板一气呵成,墙体平面刚度大,其优越性为旧式墙体所无法比拟。

双T板结构体系厂房集中了屋盖结构板梁合一和墙体结构墙柱合一的优点:传力直接而均匀,体型简洁美观,构件型号少,构造简单,设计简化,构件通用性大,施工方便,节省材料和劳力,减轻劳动强度,减少高空作业,安装速度快,施工工期短,有较好的综合性指标。墙体按剪力墙设计时,厂房形成一盒子空间结构,整体刚度更大,抗震性能好。

应当指出,目前对双T板结构体系厂房的研究尚很粗浅,在没有更多实践经验的情况下,可试用于跨度不大(≤18米)、吊车吨位不大(≤15吨)的一般中、小型单层工业厂房。在更大跨度和较大吨位吊车的工业厂房上应用时,对于厂房的建筑模数如何选取,定位轴线如何设置,厂房的保温隔热问题如何解决,厂房的温度伸缩缝如何考虑等等,都有待进一步的研究。我们相信,在五届人大和全国科学大会精神的鼓午下,新型建筑结构体系的研究和应用将会很快出现一个新的局面。

附注一:加气混凝土采用本所试制的轻质隔热材料,施工现场配制,自然养生,容重500公斤/立方米,抗压强度10公斤/平方厘米,导热系数0.097千卡/米·度·时,墙板板面设置7厘米厚的夹心层时,热工性能能否相当于370毫米砖墙,有待日后观测。

附注二:无收缩灌浆料具有两个特性:一是产生微膨张,可抵消砂浆的收缩:二是掺减水剂后,自流灌注充填性好,我们将流动度控制在250毫米左右,标号为500号,配合比(重量比)见下表。

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