建筑結構改革如果只著眼于單體構件,追求單項指標,總是擺脫不了常用體系的束縛,有的越改越煩瑣,使施工難度大,耗用木材多,有的構件受力不合理,施工中構件損耗也大,廠房的整體剛度削弱,綜合指標不好。要使建筑結構根本改觀,必須突破舊框框,從結構整體上加以改革,創造新型的結構體系。對雙T板體系工業廠房的情況曾在《冶金建筑》1978年第二期上作過簡單介紹,繼機加工車間建成之后又興建了汽修車間及一幢食堂,再將設計試驗和工程試點中的幾點體會介紹如下。
雙T板體系建筑有其自身的特點,在本試點工程中,對建筑造型、平面布置、門窗處理、細部構造等方面進行了一些探討和嘗試。
1、定位軸線 在機加工車間設計中,其橫向軸線按板寬2.4米設置,汽修車間因采用1.5米寬的屋面板,以其肋中心線作為定位軸線,這樣處理便于基礎放線和構件定位安裝??v向定位軸線采取與墻板內表面相重合,使15米凈距恰好是3米寬山墻板的倍數。同時,亦滿足了汽修車間吊車跨距14.5米的要求。但是對用雙T板體系的新型廠房,若跨度較大,且是多跨,又有較大噸位的橋式吊車或梁式吊車時,構件與定位軸線間的關系應如何處理,尚有待進一步研究。
2、吊車設置 機加工車間跨度15米,建筑面積1000平方米,屋面板兩端肋底標高7.2米和7.8米,整個車間由66塊墻板和26塊屋面板組成。汽修車間由15米主跨和、7.5米付跨組成,建筑面積1500平方米。主跨內設3噸梁式吊車,吊車軌道直接架設在雙T墻板板面伸出的牛腿上(圖1),軌頂標高7.2米,主、付跨屋面板肋底標高分別為8.3米和5.0米。
圖1 雙T墻板伸出牛腿
3、檐口處理 在檐口處理上分無組織排水和有組織排水兩種(圖2、圖3)。值得提出的是圖2b的形式,這種方案無需另外制作、安裝天溝構件,大大簡化施工。
機加工車間窗洞開設在每塊墻板的肋間,預制墻板時在肋間預留無框窗洞,洞口上緣預埋螺栓用于固定上冒頭,窗扇鉸接在上冒頭,做成上懸窗(圖4)。這種形式的窗洞可省木料,采光系數為27%。汽修車間是切去翼緣開長條形窗,采光面積大,立面觀感較好,且解決了兩肋間開窗時因板面薄而不易固定木窗的問題。
圖2 無組織排水檐口形式
1-層面板;2-縱墻板;3-墻板
4、屋面防水、保溫 屋面防水采用5毫米厚的乳化瀝青抹面,為解決保溫隔熱問題,在汽修車間低跨采用加氣混凝土〔附注一〕夾心墻板。
機加工車間技術經濟指標 表1
5. 技術經濟指標 以機加工車間為列,其技術經濟指標見表1。
圖3 有組織排水檐口形式
1-層面板;2-天溝;3-縱墻板
圖4 窗與墻板連接
1-上冒頭;2-連接螺栓
3-窗扇;4-墻板
5-預留窗洞;6-墻板肋部
進行排架分析時,車間的橫向由兩塊豎立的墻板和一塊(雙T)或二塊(單T)屋面板組成一個單元(圖5),按平面鉸接排架計算。在車間的縱向,根據雙T板間連接的方式,可視為一整體工作的剪力墻或一群獨立工作的墻體來抵抗縱向水平力。按上述原則分析結果,縱橫向組合力并不控制墻板的設計,墻板是按起模、運輸、吊裝要求設計的。
圖5 橫向排架單元
1-雙T層面板;2-雙T墻板
1. 屋面板 屋面板的板寬主要考慮吊車起重能力,為避免起模、吊裝時因受力不均而產生縱向裂縫,宜采用對稱截面。肋高主要根據屋面板跨中斷面的抗裂度和強度要求、所選用的鋼筋型號、布筋方式和張拉工藝來選擇。肋坡度的選取主要考慮使構件能順利脫模,本工程取1/10。
屋面板計算跨度15.3米,活荷載50公斤/平方米,預留隔熱層荷載45公斤/平方米,用400號混凝土制作。以直徑5毫米的光面碳素鋼絲作預應力筋,機加工屋面板每肋配置16根,汽修單T屋面板每肋配置20根(圖6)。張拉控制應力。ÓK=0.7=11200公斤/平方厘米,肋內配置∮6間距為300毫米的型單肢箍筋,肋端用 型雙肢箍筋加密到100毫米,每肋端下部配置2Ø12縱向構造筋,板面采用間距200X200毫米的功Øb4鋼絲網片。當跨度更大、肋更高、預應力也更大時,可采用部分預應力筋在肋端涂油或包果塑料管等措施,使預應力筋在肋端較少錨固,以減小板端負彎距和跨中上拱值,并避免預應力在肋端過分集中而產生各樣裂縫。
圖6 層面板設計簡圖
我們對汽修車間屋面板進行了檢驗性試驗。從試驗結果看出,預應力雙T板有很好的彈性,用光面碳素鋼筋作預應力筋安全可靠,剛度、抗裂度、安全度符合設計要求,板與肋能很好地共同工作,與設計中板面全寬參加工作的假設相符。
2、墻板 墻板設計成如圖7的形式,在平面排架計算時,假設板面部分為懸掛于兩肋的圍護物,而作為偏心受壓柱的雙肋因與板面的整體作用,在垂直荷載作用下,肋在板平面方向的穩定性不須驗算。
墻板的板寬應與屋面板互相適應。板厚根據窗的材料(鋼或木)的尺寸要求、板與板接縫形式、有無保溫隔熱層以及施工階段的剛度要求來選定。在有重噸位吊車廠房或設計中考慮抗震時,板厚還需保證埋設件的安設、節點的連接和傳力要求。肋距要考慮采光和開窗形式的要求。肋高要滿足作為排架柱時所需剛度,還應符合現行規范中長細比以及施工階段抗裂度和強度要求。在設計胎模時,要從一個建筑群來綜合考慮,選擇適當的肋距,并要考慮到肋高有變化的可能性。從本試點工程來看,采用200號混凝土,肋高41厘米(連板面厚度),用于長10米的墻板,在施工階段的抗裂能力(胎模吸附力為板重的0.4倍)已耗盡,墻板加長時,以板厚不變而增加肋高為宜。
墻板肋部作為柱,每肋配置4∮12縱向構造筋已能滿足使用和施工階段的強度要求。肋內采用∮6雙肢箍筋,間距200毫米,板面用協Øb4間距200 X 200毫米單層網片配筋。
從圖7中可以看到,上端板面伸出肋頂530毫米作為封檐板,省去了二次制作封檐板安裝工序,整體性好。封檐板間預留凹槽,便于屋面板肋的安裝定位。上部和下部板面設有100 X 100毫米混凝土小梁,配置4∮10鋼筋,增加了板的橫向剛度,對防止起模、運輸、堆放、安裝過程中出現縱向裂縫起到了很好的效果。墻板上端小梁還可作為安裝屋面板時施工人員的通道,站立位置。此時,封檐板即為通道的安全扶手,整個廠房施工中廢除了腳手架,省工省料。墻板下端肋部外伸550毫米,插人杯口500毫米,預留50毫米作為墻板與基礎頂面施工公差,且在墻板安裝調整時, 便于插入撬杠和施放墊塊。
圖7 墻板圖
1-窗臺板;2-窗洞位置;3-相鄰墻板
4-70毫米厚氣混凝土夾心
肋與板交接形式采用“八”字形(圖8)。與圓弧形比較,具有胎模制作簡便、構件外觀棱角清晰、線條分明、美觀大方的特點;減小了構件起模時的吸附力;更重要的是當改變構件截面形式時,如汽修車間墻板為“ㄇ”形,邊??捎貌粠A角的方形和三角形木條組成,邊模、端模制作簡便,并且使板與肋交接處不易產生裂縫。
圖8 肋與板交接形式
1-邊模;2-墻板;3-胎模
3、基礎 在無吊車或吊車噸位小的廠房中,雙T墻板的基礎在正常使用情況下設米,計寬度較小,必須核算墻板安裝后屋面板安裝前在風荷載作用下的傾覆安全度,必要時給墻板加臨時支撐或攬風繩,而盡量不增加基礎寬度。
應該指出,設計為素混凝土長條槽形基礎是不合理的。如圖9a所示,打緊楔子的力加上墻板受風荷載后對基礎上邊緣的壓力P可能使1-1斷面拉裂??梢姴荒芎鲆曉摂嗝娴暮怂?,要保證該斷面有足夠的抗裂度,就必須增大1-1斷面的高度,從而大大增加了混凝土量。
本工程采用獨立式杯口基礎,一塊墻板的兩肋分別插人相鄰基礎的一個杯口(圖9b),與長條槽式基礎比較,除避免了上面所述的受力缺陷外,還有如下優點:(1)杯口吊模做成工具式,減少了模板并可縮短生產周期。同時也可節省部分混凝土;(2)雨季施工時,可分批開挖基坑和澆灌基礎,且便于防雨物覆蓋,進水也不致于殃及鄰坑。
圖9 基礎、基礎與墻板連接
1-基礎;2-墻板
4、伸縮縫 武漢地區溫差變化大,而雙T板廠房在國內又無前例可鑒,并且武漢地區不作地震設防,我們以放松約束為原則,避免因溫差而產生結構中過大的變形或內力,因此在機加工車間設置了三道伸縮縫。伸縮縫處所采用的連接件考慮能傳一部分剪力,而在板橫向由于溫差引起受拉、壓時能產生一定的變形。墻板伸縮縫構造見圖10??紤]到屋面板在施工階段有集中荷載作用時,使伸縮處相鄰板有相對垂直位移,采用了能阻止其相對垂直位移的銷連接(圖11)。在伸縮縫處,采用聚氯乙烯膠泥嵌縫。
圖10 墻板伸縮縫節點
1-埋設件;2-墻板
3-連接件;4-聚氯乙烯膠泥
1. 胎模 雙T墻板作為墻柱合一的構件,外表面不抹灰,故要求胎模表面平整、光滑,線條平直,棱角清晰,容易脫模。因目前是試驗階段,未采用鋼模。
圖11 屋面板伸縮縫處節點
1-屋面板;2-聚氯乙烯膠泥
3-鋼管d=26毫米;4-預埋件
5-鋼筋d=24毫米
采用固定式長線胎??梢怨澥∧静暮腿肆?,縮短生產周期。固定式胎模的肋槽如用手工抹灰制作,實踐證明是很難滿足上述要求的。我們在國內首次采用了明礬石無收縮灌漿料自流成型新工藝,制成了兩坐長度分別為60米和36米的長線胎模,60米胎模用來制作墻板,肋槽高35厘米;36米胎模用來制作預應力屋面板,肋槽高55厘米,肋槽底寬皆為11厘米,肋的坡度皆為1/10。肋槽的外模用紅磚砌筑,內模采用箱形木模。內外模之間預留空隙2~3厘米,過寬則浪費材料,且砂漿初凝時,由于沉降使上部與內、外模脫離,過窄則脫模時易把砂漿帶起拉裂。
為保證肋槽的高質量,須嚴格做到木模平直光滑;肋槽磚砌體事先濕水飽和而槽內無多余積水;灌漿前將木模壓緊以防浮起;胎??v向應有坡度以利排水,灌漿時從低端向高端澆注,讓其自流;灌滿后覆蓋木模以免陽光暴曬收縮過快,或因雨水泡漲木模而造成脫模困難;為節省木??煞侄螡沧?,分段接頭處如不平整,待達到一定強度后用砂輪磨平,有汽泡者用水泥漿填平磨光;在氣溫25℃左右,十二小時即可脫模,脫模后滿槽水養護七天,否則仍有收縮。由于施工中
注意了以上各個環節,才能使胎模的平直度好,構件脫模順利。
胎模型式的選擇和質量的好壞,直接影響到構件的質量、生產周期、材料耗用等多方面的指標,是雙T板體系廠房施工的重要環節。而明礬石無收縮灌漿料〔附注二〕自流成型新工藝加快了胎模施工,具有造價低,質量好,減輕勞動強度等優點。
由于胎模只有縱向肋槽。因此,在同一胎模上可制作多種型式不同、長寬不同的構件,如雙T、單T板,“∏”型板,“「”型板,"F”型板等??梢?,這種胎模使用靈活性大,通用性強,且經久耐用。
2. 張拉工藝 屋面板預應力筋采用定下料,兩端冷墩頭,成束張拉的先張法工藝。由于采用了活動錨固板,使預應力筋下料、穿錨板、套錨具、墩頭這一些工序能在胎模外完成。將上述準備好的預應力筋放置在肋槽內,調整好錨固板后,由卷揚機鋼絲繩通過掛板與束錨掛接成束張拉,每束四根,張拉到設計應力和長度(雙控)后,插人卡板固定在錨板上。這套張拉工藝直接在胎模上操作一般只需1.5-2小時。為了保證板面鋼筋網片位置正確,將板面部分縱向鋼絲每根張拉到500公斤,然后放置預扎網片。為了防止個別預應力鋼絲因墩頭拉裂而射出傷人,在張拉端設置防護木柵,另一端加臨時蓋板。操作時,在鋼絲軸線方向和張拉鋼繩夾角內側不要站人,以確保施工安全。
3. 脫模 堆放 為避免因構件兩肋產生較大高差而出現縱向裂紋,起模時,先用脫模小車架通過油壓千斤頂將構件水平頂升,肋下墊以木塊,再將構件吊出胎模,堆放在墊木上。墊木必須平直,在不平的地面上必須用碎石墊層找平。12噸重的屋面板重疊四層情況良好。在起模時,如墻板跨中肋部出現了裂縫,應采用三點支承堆放或豎立堆放,以免塑性變形使構件彎曲過大影響正常使用。
屋面板肋較高,胎模吸附力較大,且放張預應力筋的彈性壓縮變形可能使肋在縱向擠緊卡模,因此,用廢機油作隔離劑時摻滑石粉使達到一定稠度,效果較好。經測定,脫模頂升力為構件自重的1.4倍。但須注意涂刷均勻而無堆積,若肋底出現流動狀油積,應用紗布或水泥粉吸干,施工過程中嚴禁預應力鋼筋沽油。墻板安裝后肋朝室外,不加粉刷,為保證墻面顏色均勻,所用水泥品種和隔離劑不宜中途改變。
由于預應力鋼絲張拉應力和放張時混凝土強度控制較好,屋面板上拱均勻,一般反拱為10~20毫米。
4. 運輸、吊裝 胎模離吊裝現場較近,墻板、屋面板的起模、運輸,墻板的安裝均由15噸履帶式吊車完成,每臺班可安裝10~16塊墻板。1000平方米屋面由36噸汽車吊只用兩個臺班就安裝完畢。
5. 公差控制及構件修整 屋面板、墻板制作誤差測定結果見表2。實踐證明,在長線胎上生產,構件的尺寸精度較高。板縫預留公差可從20毫米減為10毫米。使嵌縫簡化,節省嵌縫材料。
制作誤差測定結果 表2
由于堆放場地有限,構件分批安裝,不能一次調整所有柱頂標高,因此,基礎杯底標高和墻板長度控制要嚴格。吊裝前檢查肋長,長者切去部分混凝土,短者用高一級砂漿補長,或通過杯底標高調整以相適應。門洞處采用預制短柱,預制雨蓬梁,預制短墻板,其制作誤差與杯底標高誤差積累結果,若為正公差,則使柱頂過高難于處理,應盡量避免。寧可出現負公差,這樣只需墊高個別柱頂,而不影響其它柱頂標高的調整,故在設計短墻板時將助長減短20毫米。
6. 養護及其它施工措施 為提高混凝土早期強度,縮短生產周期,制作構件時摻人適量的減水劑NNO或FDN,三天強度比空白混凝土提高60% , 28天強度提高30%,制作構件若在高溫季節,自然養生4~5天即可達到設計強度的70%而起模,生產周期為5~7天。
通過雙T板結構體系廠房的建設實踐,進一步體會到,要迅速實現建筑工業化,必須從根本上對建筑體系實行改革。
采用板梁合一屋面構件打破了舊框框,產生了幾種新型的屋蓋結構,如折疊式及整體式折板,雙曲長殼(又稱馬鞍形殼),雙、單T板等,比舊式屋蓋體系前進了一大步。尤其是雙、單T板,構件的靈活性和多功能,胎模的一模多用,使它在電業系統得到較大的發展。舊式屋蓋構件型號繁多,重疊堆積,無用空間大;以集中力形式傳力,路線曲折且長,一旦一個節點、一個構件出了問題便使傳力路線中斷,涉及全局;整體剛度差,須設置繁雜的支撐系統。板梁合一的屋蓋結構克服了以上缺點,且簡化了施工,縮短了工期。
舊式墻體結構采用單獨柱,填充磚墻或懸掛墻板,這種圍護結構與承重結構分離的結構形式,未發揮磚墻和混凝土墻板的承重作用。兩個柱和柱基承受一個柱間屋蓋和墻體的全部結構荷載和吊車荷載,形成“深基”、“胖柱”。采用磚填充墻時,還要配合圈梁、基礎梁、柱上預留拉結鋼筋等。結構整體性差,材料耗用量大,施工復雜。而墻柱合一的雙T墻板一改舊觀,使承重、圍護多功能于一體,墻和柱、窗框、封檐板一氣呵成,墻體平面剛度大,其優越性為舊式墻體所無法比擬。
雙T板結構體系廠房集中了屋蓋結構板梁合一和墻體結構墻柱合一的優點:傳力直接而均勻,體型簡潔美觀,構件型號少,構造簡單,設計簡化,構件通用性大,施工方便,節省材料和勞力,減輕勞動強度,減少高空作業,安裝速度快,施工工期短,有較好的綜合性指標。墻體按剪力墻設計時,廠房形成一盒子空間結構,整體剛度更大,抗震性能好。
應當指出,目前對雙T板結構體系廠房的研究尚很粗淺,在沒有更多實踐經驗的情況下,可試用于跨度不大(≤18米)、吊車噸位不大(≤15噸)的一般中、小型單層工業廠房。在更大跨度和較大噸位吊車的工業廠房上應用時,對于廠房的建筑模數如何選取,定位軸線如何設置,廠房的保溫隔熱問題如何解決,廠房的溫度伸縮縫如何考慮等等,都有待進一步的研究。我們相信,在五屆人大和全國科學大會精神的鼓午下,新型建筑結構體系的研究和應用將會很快出現一個新的局面。
附注一:加氣混凝土采用本所試制的輕質隔熱材料,施工現場配制,自然養生,容重500公斤/立方米,抗壓強度10公斤/平方厘米,導熱系數0.097千卡/米·度·時,墻板板面設置7厘米厚的夾心層時,熱工性能能否相當于370毫米磚墻,有待日后觀測。
附注二:無收縮灌漿料具有兩個特性:一是產生微膨張,可抵消砂漿的收縮:二是摻減水劑后,自流灌注充填性好,我們將流動度控制在250毫米左右,標號為500號,配合比(重量比)見下表。
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